開(kāi)放式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)
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MSP430F5438單片機(jī)工作電壓為1．8～3．6 V；TI公司的無(wú)線通信芯片也多以2．1～3．6電壓供電；JTAG模塊和串口模塊采用USB供電；傳感器模塊根據(jù)實(shí)際情況采用外部供電或母板供電。因此，我們選用3 V的紐扣電池進(jìn)行供電，同時(shí)利用JTAG仿真器進(jìn)行輔助供電。電源模塊以及JTAG模塊如圖2所示。當(dāng)使用JTAG仿真器進(jìn)行供電時(shí)將S1閉合至JTAG接口的拐腳2，同時(shí)S2斷開(kāi)。當(dāng)使用電池供電時(shí)，將S1閉合至JTAG接口的拐腳4，同時(shí)閉合S2。ADP3339保證了電源較好的穩(wěn)壓性。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159364.htm
2．2 傳感器模塊
由于我們的平臺(tái)是一種開(kāi)放的可擴(kuò)展的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)，所以我們的傳感器模塊要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以，所有的傳感器模塊都單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)接插件(過(guò)孔和插座)與母板進(jìn)行連接。傳感器應(yīng)盡量選擇數(shù)字傳感器并盡量選擇低功耗、小體積的傳感器。下面以溫度采集為應(yīng)用背景為例進(jìn)行傳感器模塊的設(shè)計(jì)，如圖3所示。溫度傳感器我們選擇數(shù)字溫度傳感器DS18B20。
2．3 微處理器模塊
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一種微型嵌入式設(shè)備，要求其價(jià)格低、功耗小。這些限制導(dǎo)致其所攜帶的微處理器能力相對(duì)較弱，存儲(chǔ)器容量相對(duì)較小。然而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要完成監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求和節(jié)點(diǎn)控制等多種復(fù)雜工作。這就需要我們?cè)谶x擇主控芯片時(shí)既要保證其能滿足低功耗的要求又能完成多種復(fù)雜任務(wù)。這里我們選擇了TI公司的MSP430F5438單片機(jī)，相對(duì)于51或52系列單片機(jī)它可以完成更復(fù)雜的任務(wù)，相對(duì)于ARM系列處理器它的能耗更低。
TI公司的MSP430F5438單片機(jī)是基于RISC架構(gòu)的16位超低功耗單片機(jī)，內(nèi)部集成256KB閃存和16KB RAM，在1．8～3．6 V的工作電壓范圍內(nèi)性能高達(dá)25MIPS。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和足夠容量的存儲(chǔ)器滿足了我們的平臺(tái)完成各種數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的要求。該處理器包含一個(gè)用于優(yōu)化功耗的創(chuàng)新電源管理模塊，具有6種低功耗模式。其功耗已經(jīng)達(dá)到了微安級(jí)，超低功耗使我們可以更大的延長(zhǎng)我們的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)的生命周期。從低功耗模式喚醒到激活模式只需要不到5μs的時(shí)間。MSP430F5438內(nèi)部集成有多通道、高速A／D轉(zhuǎn)換模塊ADC12，能提供多通道12位精度的A／D轉(zhuǎn)換，其最大采樣速率可以達(dá)到200ksps。ADC12模塊內(nèi)包括采樣／保持功能的ADC內(nèi)核、轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)邏輯、內(nèi)部參考電平發(fā)生器、多種時(shí)鐘源、采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)序電路。對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用環(huán)境而言，MSP430F5438內(nèi)部集成的ADC12模塊都能很好地滿足數(shù)據(jù)采集的要求。此外MSP430F5438具有豐富的外設(shè)。它具有多達(dá)10個(gè)8位I＼O口，P1口到P10口是完整的，P11口包含3個(gè)單獨(dú)的I＼O口。所有單獨(dú)的I＼O位可獨(dú)立編程，輸入、輸出以及中斷條件的任意組合是可以的，所有的端口可編程上拉或下拉，所有端口上的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可編程控制，對(duì)于P1口和P2口的所有的8比特端口具有邊緣可選的終端輸入能力，支持端口控制寄存器讀＼寫(xiě)訪問(wèn)的所有指令，所有單位可以以字節(jié)為單位進(jìn)行訪問(wèn)也可以以字為單位進(jìn)行訪問(wèn)。豐富的外設(shè)滿足了我們的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)開(kāi)放式和可擴(kuò)展的要求。這里我們將預(yù)留多個(gè)I＼O口用于接入傳感器模塊、無(wú)線通信模塊以及其他通用模塊。處理器模塊如圖4所示。
2．4 無(wú)線通信模塊
在我們的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中我們將無(wú)線通信模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)并通過(guò)插針和插座和母板進(jìn)行連接。這樣我們可以根據(jù)不同的通信協(xié)議設(shè)計(jì)不同的無(wú)心通信模塊而無(wú)需改變其他模塊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最常用的無(wú)線通信協(xié)議就是IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)具有低功耗、低成本等有點(diǎn)，很符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求。下面我們就以2．4 GHz的IEEE802．15．4無(wú)線通信規(guī)范設(shè)計(jì)我們的無(wú)線通信模塊。
這里我們選擇TI的CC2420作為我們的無(wú)線控制芯片。CC2420是首款符合IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，它基于SmartRF03技術(shù)，以0．18 mm CMOS工藝制成只需要極少的外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低其MAC層和PHY層協(xié)議符合IEEE 802．15．4規(guī)范，工作于無(wú)執(zhí)照的2．4 GHz頻段。利用CC2420和MSP430共同開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)250 kbps，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)間的快速組網(wǎng)。
評(píng)論