基于MSP430的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )溫度節點(diǎn)設計

　　O 引言

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )由于蘊藏著(zhù)巨大的科學(xué)意義和使用價(jià)值，己受到越來(lái)越多學(xué)術(shù)部門(mén)、軍事部門(mén)和工業(yè)部門(mén)的青睞。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，在很多情況下需要對環(huán)境的溫濕度進(jìn)行檢測，并加以控制，特別是對污染嚴重、自然條件惡劣、人員難以到達的地方。本文利用溫濕度傳感器DSl8820使用較為簡(jiǎn)單，測量精度較高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結合MSP430F2013的強大功能以及低功耗的特點(diǎn)，設計一種基于溫度無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監控系統中的節點(diǎn)，用來(lái)對環(huán)境的溫度進(jìn)行監控。

　　1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )結構

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由部署在監測區域內大量的廉價(jià)小型或微型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成一個(gè)多跳的自組織智能網(wǎng)絡(luò )系統。其應用前景非常廣闊，現正逐步深入到人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，比如醫療護理、建筑結構、健康監測等。環(huán)境檢測也是一類(lèi)典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用。其結構圖如圖1．

　　2 溫度傳感器節點(diǎn)設計結構

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統的核心是傳感器節點(diǎn)，且設計需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)主要條件：網(wǎng)絡(luò )性，小型化，低功耗，穩定性。

　　根據上述幾點(diǎn)要求，傳感器節點(diǎn)設計一般包括四個(gè)部分：處理器模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、傳感器模塊和電源供應模塊。如結構圖2所示：

　　本文硬件電路設計中采用了TI公司的16位低功耗單片機MSP430F2013作為處理模塊，傳感器模塊采用DS18820，無(wú)線(xiàn)傳輸模塊采用低功耗無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊CCll00，電源采用電池或者是穩壓電源。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集和數據轉換；處理器模塊負責控制整個(gè)傳感器節點(diǎn)的操作，存儲和采集的數據以及其他節點(diǎn)發(fā)來(lái)的數據；無(wú)線(xiàn)通信模塊負責與其他傳感器節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，交換控制消息和收發(fā)采集數據；電源供應模塊為傳感器節點(diǎn)提供運行所需的能量，通常采用微型電池。

　　2．1 DSl8820

　　溫度傳感器采用DSl8820，起使用比較簡(jiǎn)單，其主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面

　　(1)獨特的單線(xiàn)接口方式：DSl8820與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現微處理器與DSl8820的雙向通訊。在使用中不需要任何外圍元件。

　　(2)可用數據線(xiàn)供電，電壓范圍：+3．0~+5．5V。

　　(3)測溫范圍：-55+125℃。固有測溫分辨率為O．5℃。

　　(4)通過(guò)編程可實(shí)現9~12位的數字讀數方式。

　　(5)用戶(hù)可自設定非易失性的報警上下限值。

　　(6)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DSl8820可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現多點(diǎn)測溫。

　　(7)負壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計不會(huì )因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

　　由于DSl8820單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統對DSl8820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18820(發(fā)復位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據。

　　2．2 MSP430F2013

　　處理器模塊是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的計算核心，所有的設備控制、任務(wù)調度、能量計算和功能協(xié)調、通信協(xié)議、數據整合和數據轉儲程序都將在這個(gè)模塊的支持下完成，所以處理器的選擇在節點(diǎn)設計中至關(guān)重要。

　　msp430f2013是Ti公司msp430系列的一款微控制器， 它具有以下結構特點(diǎn)：16位的risc cpu、16位的寄存器和常數發(fā)生器，可以獲得很高的代碼效率；五種低功耗模式，在便攜式的測量應用中可以延長(cháng)電池的使用壽命：數控振蕩器(dco)使得從低功耗模式切換到正常模式只要不到μs；一個(gè)16位的定時(shí)器；10個(gè)i／o口：具備同步通信協(xié)議(spi或者i2c)；一個(gè)16位的σ一δADC。傳感器與處理器結構如圖3所示。

　　2．3 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊CCl100

　　無(wú)線(xiàn)通信模塊是耗能的主要模塊，因此要慎重選擇?？紤]到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的通信模塊必須是能量可控的，并且收發(fā)數據的功耗要非常低，選用Chipcon公司的CCll00作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。該芯片體積小、功耗低，數據速率支持1．2到500Kbps的可編程控制，本文中CCll00工作在315MHZ的頻率上，采用FSK調制方式，數據速率為100kbps，信道間隔為100kHZ。CCll00編程線(xiàn)與數據線(xiàn)是分別與處理器芯片連接的，這樣就可以在收發(fā)數據的同時(shí)方便地讀到CCll00內部寄存器的狀態(tài)，從而能有效地控制通信過(guò)程。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的原理圖如下：