基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊
　　溫濕度傳感器SHT10采用類似但不兼容I²C總線的方式和處理器通信。數(shù)據(jù)通過DATA線直接讀取，控制流程如圖3所示。首先用一組啟動傳輸時序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟缓蟀l(fā)送一組測量命令(‘00000101’表示相對濕度，‘00000011’表示攝氏溫度)，釋放DATA線，等SHT10下拉DATA至低電平，表示測量結(jié)束，同時接收數(shù)據(jù)。
　　其中產(chǎn)生啟動傳輸時序的程序片段如下：
　　……
　　P1_1=1；
　　P1_0=1；
　　wait(1)；//等待1ms
　　P1_1=0；
　　wait(1)；
　　P1_0=0；
　　wait(1)；
　　P1_0=1；
　　wait(1)；
　　P1_1=1；
　　wait(1)；
　　P1_0=0；
　　……
　　測量溫度后，通過T=d1+d2×SOT計(jì)算出溫度。
　　測量濕度后，再根據(jù)當(dāng)前的溫度，通過RH=(T℃-25)×(t1+t2×SORH)+c1+c2×SORH+c3×SORH2，計(jì)算出相對濕度。其中常量d1、d2、t1、t2、c1、c2和c3由SHT1x數(shù)據(jù)手冊提供。
3.2 電源能量檢測模塊
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電，電池的能量檢測是重要環(huán)節(jié)。CC2430的ADC模塊不僅可以采樣P0端口引腳上的輸入電壓，還可以采樣AV_DD_SoC引腳上的1/3電壓。這個功能通常用于實(shí)現(xiàn)電池的能量檢測，即檢測當(dāng)前的電源電壓是否在CC2430所能工作電壓范圍2.0~3.6V內(nèi)。完成一次AD轉(zhuǎn)換的控制流程是：首先設(shè)置AVDD_SoC引腳上電壓的1/3為采樣輸入，然后啟動AD轉(zhuǎn)換，等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，寄存器ADCH：ADCL中的數(shù)據(jù)即為參考電壓的相對數(shù)值。
　　由于是對電池能量的檢測，可以采用CC2430內(nèi)部提供的1.25V電壓作為參考電壓。用這個參考電壓采樣AV_DD_SoC引腳上的1/3電壓，從而得出當(dāng)前的電源電壓值。選用8位的采樣精度，則寄存器ADCCON3應(yīng)配置為0x0F。設(shè)置完寄存器后，ADC立即啟動一次AD轉(zhuǎn)化，寄存器ADCCON1的EOC位用于指示當(dāng)前的轉(zhuǎn)化是否結(jié)束。當(dāng)EOC位變?yōu)?時，證明當(dāng)前的轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值被存放在寄存器ADCH中。ADCH中的數(shù)值被讀取后，EOC位自動恢復(fù)為0。根據(jù)取出的數(shù)值計(jì)算得到當(dāng)前AV_DD_SoC上引腳的電壓。通過連續(xù)采樣10次進(jìn)行均值濾波，用這個平均值與用戶設(shè)定的最低有效工作電壓2.4V相比，可判斷出當(dāng)前電壓是否正常。該模塊的程序流程圖如圖4。
　　其中由DATA[0...9]的均值A(chǔ)verage計(jì)算實(shí)際電壓的代碼如下：
　　……
　　Voltage=( (Average*15)>>9)；//Voltage為實(shí)際電壓的10倍
　　……
3.3 無線通信模塊
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信。本小節(jié)以兩個節(jié)點(diǎn)之間的通信為例，介紹了點(diǎn)對點(diǎn)通信的過程和實(shí)現(xiàn)方法。首先，定義一種比IEEE802.15.4規(guī)范所定義的MAC協(xié)議層數(shù)據(jù)幀簡單的MAC層數(shù)據(jù)幀的格式：

　　其中目標(biāo)地址和源地址分別用1個字節(jié)表示。本例中只有兩個節(jié)點(diǎn)互相通信，分別將兩個節(jié)點(diǎn)的地址設(shè)為0和1。標(biāo)志位Flags占1個字節(jié)，用于表示當(dāng)前數(shù)據(jù)幀的類型。當(dāng)數(shù)據(jù)幀中Flags字節(jié)的最高位為1時，表示該幀是數(shù)據(jù)序列中的一幀；第3位為1時，表示該幀是超時重傳的數(shù)據(jù)幀；第2位為1時表示該幀是接收到數(shù)據(jù)幀后的答復(fù)幀；第1位為1時，表示目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在收到該數(shù)據(jù)幀后要答復(fù)。幀校驗(yàn)FCS由2個字節(jié)表示，是MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDU的校驗(yàn)。如果CC2430的RF寄存器MDMCTRL0L.AUTOCRC控制位設(shè)為1，F(xiàn)CS將由硬件自動實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)必須由軟件用多項(xiàng)式x¹⁶+x¹²+x⁵+1進(jìn)行CRC的生成和校驗(yàn)。
　　由于IEEE802.15.4規(guī)范中定義了物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU)的最大長度為127字節(jié)，而其中的5字節(jié)已經(jīng)被使用，因此有效負(fù)載payload的字節(jié)長度在1～122之間。如果需要傳送的數(shù)據(jù)長度超過122字節(jié)，則發(fā)送時這個數(shù)據(jù)應(yīng)該被拆分成若干數(shù)據(jù)幀，以滿足最大長度的限制。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則必須能夠?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)幀整合成完整的數(shù)據(jù)。
　　IEEE802.15.4規(guī)定了RF物理層的工作頻段為2.4GHz，共有16個頻道。每個頻道的實(shí)際工作頻率和頻道序號的關(guān)系式為：Fc=2405+5×(k-11)MHz，k=11，12，…26。兩個節(jié)點(diǎn)的RF必須工作在相同的頻道上，才能夠互相收發(fā)數(shù)據(jù)。完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送的程序流程圖如圖5。