無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點模塊化的接口電路設計

摘要：為了完成測試任務，傳感器節(jié)點采用模塊化設計。為了實現(xiàn)各模塊間方便、快速地通信，依據(jù)可編程邏輯器件CPLD編程靈活，在部分功能模塊內(nèi)擴展了專用SPI接口電路。試驗證明：接口電路工作穩(wěn)定、模塊間可快速便捷通信、系統(tǒng)擴展性強，系統(tǒng)整體性能提高。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；模塊化設計；CPLD；SPI

0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術之一。在分布式測試中使用無線傳感器網(wǎng)絡，不受通信電纜的限制、組態(tài)靈活、重構(gòu)性強，可以在較惡劣的測試環(huán)境中使用。由無線傳感器網(wǎng)絡組成的分布式測試系統(tǒng)已應用于水中爆炸測試系統(tǒng)。在一些分布場測試系統(tǒng)中，被測量種類繁雜，為完成測試任務，節(jié)點采用模塊化設計，SPI接口電路簡單、傳輸速度快，各模塊通過SPI總線通信協(xié)同完成測試任務。但在實際開發(fā)應用中，由于系統(tǒng)要求，使某些模塊與多個模塊鏈接，且接口工作在不同的模式下，如果完成通信需要功能模塊的SPI接口主從切換，致使通信速度與靈活性降低。CPLD具有可編程性特點，可根據(jù)需要擴展專用SPI接口電路，提高系統(tǒng)通信速度與靈活性，方便系統(tǒng)擴展功能模塊，提高系統(tǒng)整體性能。

1 節(jié)點的模塊化設計及其接口電路
無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采用模塊化的設計方法，每個節(jié)點包括無線收發(fā)模塊、核心主控模塊和功能模塊。系統(tǒng)通過無線收發(fā)模塊接收主站發(fā)送的命令碼，核心主控模塊對命令解碼，完成對各功能模塊的控制(開啟采集、時統(tǒng)清零等)。系統(tǒng)要完成多次重復性試驗，因此每次試驗完畢要把實驗數(shù)據(jù)(沖擊波數(shù)據(jù)、環(huán)境變量信息、時統(tǒng)跟定位信息等)存儲到數(shù)據(jù)存儲管理模塊統(tǒng)一管理，同時準備下次試驗。系統(tǒng)工作時，數(shù)據(jù)儲存管理模塊SPI接口一方面工作在從模式，接收主控模塊發(fā)送的命令；另一方面工作在主模式，轉(zhuǎn)發(fā)控制其他功能模塊的命令碼并讀取試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，圖1為在其內(nèi)擴展專用工作在主模式下的SPI接口的模塊問鏈接圖。專用工作在主模式下的SPI接口電路，具有提高模塊間數(shù)據(jù)傳輸速度與靈活性等特點。

2 SPI接口電路設計
數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)以單片機和可編程邏輯器件組成核心控制器。可編程邏輯器件CPLD依據(jù)其編程靈活、易修改的特點，配合單片機在其內(nèi)部擴展SPI接口電路，不僅簡化了接口和控制，且提高了系統(tǒng)的整體性能及系統(tǒng)擴展性。
SPI接口電路設計分兩部分：
(1)硬件部分：CPLD內(nèi)擴展SPI接口框圖如圖2。在CPLD內(nèi)部編寫雙向IO總線、地址鎖存譯碼電路、時鐘發(fā)生器、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)移位寄存器、傳輸結(jié)束標志SPIF產(chǎn)生器等電路完成SPI接口電路設計。READY1為與從機(沖擊波模塊等)通信時狀態(tài)標志位，用于當主機與從機通信時查詢使用，READY1為1時，可讀取沖擊波數(shù)據(jù)。