基于MSP430和NRF2401的WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

0 引 言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(wireless sensor network)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，它由大量低成本、資源有限的傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成，節(jié)點(diǎn)間協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)某一特定任務(wù)。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)所具有的易擴(kuò)展、自組織、分布式結(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)由軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到其他許多領(lǐng)域，例如環(huán)境監(jiān)測、氣候監(jiān)測、目標(biāo)追蹤、工業(yè)自動(dòng)化等方面，此外還為未來的遠(yuǎn)程醫(yī)療和空間探索提供了很大的應(yīng)用空間。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sinknode)、外部網(wǎng)絡(luò)和用戶界面。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在感知區(qū)域(Sensorfield)內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中所采集的數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳路由后到匯聚節(jié)點(diǎn)，再由匯聚節(jié)點(diǎn)通過外部網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送到處理中心進(jìn)行集中處理。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的硬件一般包括數(shù)據(jù)處理單元、無線傳輸單元、傳感采集單元和電源供應(yīng)單元。如圖2所示，傳感采集單元可以根據(jù)應(yīng)用背景選擇相應(yīng)的測量物理量的傳感器，電源供應(yīng)單元部分由于系統(tǒng)大部分處于低功耗模式，可以采用7號(hào)電池解決。下面著重介紹數(shù)據(jù)處理單元、無線傳輸單元。

1．1 數(shù)據(jù)處理單元
MSP430是具有超低功耗特點(diǎn)的16位單片機(jī)，本方案選用MSP430F148，其功耗電流已經(jīng)達(dá)到了μA級(jí)。16位CPU和高效的RISC指令系統(tǒng)，無外擴(kuò)的數(shù)據(jù)地址總線，在8MHz時(shí)可達(dá)到125ns的指令周期，具有16個(gè)快速響應(yīng)中斷，能及時(shí)處理各種緊急事件。豐富的片內(nèi)外圍功能模塊：12位的A／D轉(zhuǎn)換器ADC12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。有8個(gè)外通道，4個(gè)內(nèi)通道，高達(dá)200kbps的采樣速率，多種采樣方式。兩路USART通信串口，可用于UART和SPI模式；片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)并行口P1～P6，48條I／O口線，其具有64KB的閃存，用于存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)。