基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計

基于無線傳感器網(wǎng)絡的特點，以CC2430芯片為核心設計了一種微型傳感器節(jié)點。詳細闡述了傳感器節(jié)點的溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、電池能量檢測模塊以及節(jié)點之間“點對點”無線通信的軟件流程。
　　關鍵詞： 無線傳感器網(wǎng)絡 傳感器節(jié)點 CC2430

　　無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點組成的，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡技術在美國商業(yè)周刊和MIT技術評論的預測未來技術發(fā)展報告中，分別被列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。
　　傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡的基本組成單位。它由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四個部分組成。由于傳感器節(jié)點通常是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，它的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，并通過攜帶能量有限的電池供電。本文依據(jù)傳感器節(jié)點的這些特點，設計了一種用于環(huán)境中溫濕度監(jiān)測的以芯片CC2430為核心的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。
1 CC2430簡介
　　CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee協(xié)議的SoC解決方案。它延用了CC2420芯片的架構，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。CC2430擁有1個8位8051MCU，8KB的RAM，32KB、64KB或128KB的Flash，還包含模擬數(shù)字轉換器、幾個定時器、AES128協(xié)處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。
　　CC2430芯片采用0.18μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
　　CC2430芯片的主要特點有：32MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE802.15.4標準2.4GHz頻段的RF無線電收發(fā)機；8KB的SRAM，其中4KB可在所有功耗模式下保持數(shù)據(jù)；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；4種可編程功耗模式；可編程的看門狗定時器；上電復位功能；支持硬件調(diào)試功能；優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅0.9μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于0.6μA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；較寬的電壓范圍（2.0～3.6V）；數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；集成了14位模數(shù)轉換的ADC；集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個強大的、支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802.15.4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。
2 節(jié)點的硬件設計
　　無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊構成。處理器模塊和無線通信模塊采用CC2430芯片，大大簡化了射頻電路的設計。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器SHT10。電源模塊采用3V紐扣電池。節(jié)點的硬件原理框圖如圖1。

　　SHT10用于采集周圍環(huán)境中的溫度和濕度，其工作電壓為2.4～5.5V，測濕精度為±4.5%RH，25℃時測溫精度為±0.5℃。采用SMD貼片封裝，與處理器的通信電路如圖2所示。SHT10采用兩條串行線與處理器進行數(shù)據(jù)通信。SCK數(shù)據(jù)線負責處理器和SHT10的通訊同步；DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應驅動DATA在低電平。需要一個10kΩ的外部上拉電阻將信號提拉至高電平。本設計中CC2430的引腳P1.0用于SCK，P1.1用于DATA。

3 節(jié)點的軟件設計
　　節(jié)點的軟件分為數(shù)據(jù)采集、電池能量檢測和無線通信這三個分別設計的模塊。以下給出了各個模塊的流程圖和詳細說明。