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基于CC2430的无线传感器网络节点设计

作者:时间:2011-04-12来源:网络收藏

基于无线传感器网络的特点,以CC2430芯片为核心设计了一种微型传感器节点。详细阐述了传感器节点的温湿度数据采集模块、电池能量检测模块以及节点之间“点对点”无线通信的软件流程。
  关键词: 无线传感器网络 传感器节点 CC2430

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162181.htm

  
  传感器节点是无线传感器网络的基本组成单位。它由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分组成。由于传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统,它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱,并通过携带能量有限的电池供电。本文依据传感器节点的这些特点,设计了一种用于环境中温湿度监测的以芯片CC2430为核心的无线传感器网络节点。
1 CC2430简介
  CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee协议的SoC解决方案。它延用了CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2430拥有1个8位8051MCU,8KB的RAM,32KB、64KB或128KB的Flash,还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES128协处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路,以及21个可编程I/O引脚。
  CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产,工作时的电流损耗为27mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
  CC2430芯片的主要特点有:32MHz单指令周期低功耗的8051微控制器核;集成兼容IEEE802.15.4标准2.4GHz频段的RF无线电收发机;8KB的SRAM,其中4KB可在所有功耗模式下保持数据;兼容RoHS的7×7mmQLP封装;4种可编程功耗模式;可编程的看门狗定时器;上电复位功能;支持硬件调试功能;优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性;在休眠模式时仅0.9μA的流耗,外部中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6μA的流耗,外部中断能唤醒系统;硬件支持CSMA/CA功能;较宽的电压范围(2.0~3.6V);数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能;具有电池监测和温度感测功能;集成了14位模数转换的ADC;集成AES安全协处理器;带有2个强大的、支持几组协议的USART,以及1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器,1个常规的16位计时器和2个8位计时器。
2 节点的硬件设计
  无线传感器网络的节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。处理器模块和无线通信模块采用CC2430芯片,大大简化了射频电路的设计。传感器模块采用集成温湿度传感器SHT10。电源模块采用3V纽扣电池。节点的硬件原理框图如图1。


  SHT10用于采集周围环境中的温度和湿度,其工作电压为2.4~5.5V,测湿精度为±4.5%RH,25℃时测温精度为±0.5℃。采用SMD贴片封装,与处理器的通信电路如图2所示。SHT10采用两条串行线与处理器进行数据通信。SCK数据线负责处理器和SHT10的通讯同步;DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态,并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间,在SCK时钟高电平时,DATA必须保持稳定。为避免信号冲突,微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个10kΩ的外部上拉电阻将信号提拉至高电平。本设计中CC2430的引脚P1.0用于SCK,P1.1用于DATA。


3 节点的软件设计
  节点的软件分为数据采集、电池能量检测和无线通信这三个分别设计的模块。以下给出了各个模块的流程图和详细说明。


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