STM32L152和S14432的无线网络系统设计

摘要：运用低功耗Cortex-M3微控制器STM32L152和低功耗集成无线收发芯片S14432设计了一种无线网络系统。介绍了系统的体系结构、硬件电路、数据的接收和发送流程，以及网络管理机制。系统运用了链路质量估计算法和硬件冗余技术，采用TinyOS系统的LEPS路由协议实现无线网络的构建和管理。
关键词：STM32L152；S14432；无线网络

引言
在现代生活和生产中，无线通信技术应用越来越广泛。生活小区、医院、工厂等复杂环境中的各种仪器仪表可以通过无线网络进行数据采集和监控。工业现场自动化数据的控制和采集需要传输距离1 km左右、功耗低、简单、可靠、价格低廉的无线通信网络。无线收发芯片
S14432的通信距离可达1～2km。本文设计了一种基于STM32L152和S14432的无线网络系统。系统采用低功耗、高性能的Cortex-M3核32位微控制器STM32L152和高集成度、低功耗的无线收发芯片S14432，适用于短距离的现场数据采集和监控。系统采用网络化管理并运用主节点备份技术和LEPS路由协议保证系统的可靠性和拓展性。

1 主控芯片
STM32L152是意法半导体公司提供的超低功耗、高数据安全性、高效能的ARM Cortex-M3微控制器系列芯片。STM32L15XXX系列芯片采用意法半导体的EnergyLite超低功耗平台，通过6个超低功耗模式能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。该控制器低功耗运行模式电流为10．4μA，工作电压为1．8～3．6 V，片上模拟功能的最低工作电压为1．8 V，数字功能的最低工作电压为1．65 V。工作温度范围为-40～+85℃，在32 MHz频率下的处理性能达到33 DMOPS(最大值)，拥有灵活的欠压复位、片上闪存支持纠错码(ECC)、存储器保护单元(MPU)和JTAG熔断器。它采用的ARM Cortex-M3处理器可提供出色的计算性能和对事件的卓越系统响应，同时可应对动态和静态功率限制的挑战。
系统中采用STM32L152芯片，48脚LQFP封装。该芯片拥有128 KB Flash、16 KB RAM、4 096字节的E2PROM以及8个16位定时器；片上集成了丰富的外围模块，包括12位ADC、12位DAC、比较器、SPI、I2C、LCD、USB等。

2 无线网络系统的体系结构
无线网络系统的体系结构如图1所示。系统是由主节点和多个从节点组成的树型拓扑网络。主节点组建和管理整个无线网络，实现向从节点传送控制指令和接收从节点的数据信息。从节点实现接收主节点传达的控制指令和将数据信息向主节点的传送。
　

3 系统硬件设计
无线网络系统的硬件结构如图2所示。主节点、备份主节点和从节点都采取同样的硬件电路。STM32L152单片机控制SI4432实现无线数据的收发。射频收发芯片采用的是Silicon Labs公司推出的SI4432芯片。该芯片是一款高集成度、低功耗的EZRadioPRO系列无线收发芯片。其工作频段为240～960 MHz，接收灵敏度达到-117 dB，可提供极佳的链路质量，在扩大范围的同时将功耗降至最低，最高输出功率可达+20 dB，传输距离可达2km。