低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊是應(yīng)用傳感器件監(jiān)測(cè)外部環(huán)境。比如溫度、濕度、液位、位移、轉(zhuǎn)速等模擬參數(shù)，然后通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換送給單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　3.2 數(shù)據(jù)處理模塊

　　處理器是整個(gè)節(jié)點(diǎn)的中心。其他模塊都要通過(guò)處理器控制。因此處理器性能的好壞決定整個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能。處理器采用PICl8F4620型單片機(jī)。它具有13路通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，2.0～5.5 V寬工作電壓。內(nèi)嵌用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的3 986字節(jié)SRAM和用于存儲(chǔ)程序代碼的64 K字節(jié)Flash，Jrl'AG程序下載和在線調(diào)試接口。支持4線SPI和12c主從模式等特點(diǎn)。

　　3.3 射頻模塊

　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。最關(guān)鍵的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信。隨著集成電路的發(fā)展。芯片的集成度越來(lái)越高，能耗越來(lái)越少，因此，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量主要是消耗在通信上。

　　所以。選擇一款低能耗的通信器件將節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量，延長(zhǎng)壽命。在ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，射頻收發(fā)器CC2420工作在從機(jī)模式。PICl8F4620 T作在主機(jī)模式，通過(guò)SPl接口配置CC2420寄存器參數(shù)和讀寫緩沖器內(nèi)的數(shù)據(jù)，詳細(xì)的引腳連接如表1所示。

CC2420具有完全集成的壓控振蕩器，只需要天線、16MHz晶體振蕩器等非常少的外圍電路就能在2.4 GHz頻段工作。同時(shí)。CC2420提供一個(gè)4線SPI接口（SI、SO、SCLK、CSn）與微處理器連接，通過(guò)這個(gè)接口完成設(shè)置和收發(fā)數(shù)據(jù)工作。并實(shí)現(xiàn)讀，寫緩存數(shù)據(jù)、讀，寫狀態(tài)寄存器等。片選信號(hào)CSn低電平有效。該接口使用步驟為：

　?、衮?qū)動(dòng)CSn為低電平。告知CC2420開始新的SPI通信周期。

　?、赾c2420選中后。開始驅(qū)動(dòng)SCU（時(shí)鐘信號(hào)。SCLK無(wú)需用固定頻率驅(qū)動(dòng)并有一個(gè)可變的服務(wù)周期。在SCLK信號(hào)上升沿。CC24加采樣sl、SO上的數(shù)據(jù)；在SCLK信號(hào)下降沿。如果SO為輸出模式，CC2420將改變s0上的數(shù)據(jù)。當(dāng)這一周期完成時(shí)，停止SCLK的驅(qū)動(dòng)并將Cs-信號(hào)變?yōu)楦唠娖健?/font>

　　3.4 供電模塊

　　偏遠(yuǎn)地區(qū)的工業(yè)設(shè)施、軍事裝備的監(jiān)控系統(tǒng)具有無(wú)人值守、低數(shù)據(jù)量和點(diǎn)多面廣等特點(diǎn)。該監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。采用電池供電，因此，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功耗為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。CC2420采用低電壓供電（2.1～3.6 V），并具有休眠模式，且從休眠模式激活的時(shí)延短，因此，功耗大大減小。CC2420各狀態(tài)下的電流消耗典型值為：穩(wěn)壓器關(guān)閉為0.02 μA。低電位模式為20μA，空閑模式為426μA.接收模式為18.8 μA，發(fā)送模式（如Ⅳ=0 dBm）為17.4 μA。另外，PICl8F4620也是一款低電壓供電的器件（2.0～5.5 V）。并具有運(yùn)行、空閑、休眠3種功耗管理模式，合理利用這些功耗管理模式可獲得理想的節(jié)能效果。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3.3 V穩(wěn)壓電源是由兩節(jié)五號(hào)電池或9 V方型鎳氫電池穩(wěn)壓至3.3 V的電源來(lái)提供。圖2為CC2420射頻收發(fā)器的應(yīng)用電路。