基于IEEE 802.15.4/ZigBee标准的WSN解析方案

·处理器的选择

处理器是传感器节点的核心，在选择时，必须满足体积小、集成度高、功耗低且支持睡眠模式、速度足够快、成本尽量低等几个要求。AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡,是高性价比的单片机。高档ATMega系列AVR单片机，主要包括ATMega8/16/32/64/128等型号，片内集成了较大容量的存储器(存储容量分别为8/16/32/64/128 KB)和丰富强大的硬件接口电路，具有先进的RISC精简指令集结构。

·传感器和电源

传感器应根据实际的需要进行选择，可以是温度、湿度、强度、加速度、震动等传感器。电源采用5号电池。

节点参考设计原理图

传感器节点参考设计的电路原理图如图2所示。采用CC2420无线收发芯片作为传输模块，AVR Mega128作为处理器。图中不包括具体的传感器器件，可根据具体的应用添加。由Mega128和CC2420可以实现IEEE 802.15.4的物理层协议。

图2 基于IEEE/ZigBee的无线传感器网络节点参考设计电路图

电路设计主要包括三个重点部分，即射频接口电路、处理器接口电路和上层应用接口电路。射频接口就是CC2420芯片射频引脚与天线之间的电路。CC2420的射频信号采用差分方式，其最佳差分负载是115+j180Ω，阻抗匹配电路需要根据这一数值进行调整。本设计采用50欧姆单极子天线，阻抗匹配电路采用巴伦 (BALUN)。巴伦电路由成本低廉的电感和电容构成(参见图2)，包括电感L1、L2、L3和电容C3、C4、C5、C6。其中电感L1、L2还为芯片内部的低噪声放大器和功率放大器提供直流偏置。

结语

本文重点讨论了基于IEEE 802.15.4/ZigBee标准的WSN的优点及其节点设计，低成本、低功耗、应用简单的协议的诞生为无线传感网络及大量基于微控制应用提供了互联互通的国际标准，不同厂商的微传感器之间基于统一的标准才能实现互连组网。开放性的产品间的竞争将最终导致传感器的批量生产并降低成本，从而为推动无线传感网的应用及相关产业的发展提供有力的契机。