由MSP430和CC1100構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括若干傳感器終端節(jié)點(diǎn)、一個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)和一套后臺(tái)監(jiān)控軟件。其中，傳感器終端節(jié)點(diǎn)具有本地?cái)?shù)據(jù)采集傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的雙重功能，可以在后臺(tái)管理軟件和Sink節(jié)點(diǎn)的控制下采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)過多跳路由傳輸?shù)絊ink節(jié)點(diǎn)；Sink匯聚節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的中心，具有協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)的作用，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的配置、管理和數(shù)據(jù)的匯集，并負(fù)責(zé)與用戶PC機(jī)后臺(tái)管理軟件的通信。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)的硬件一般包括處理單元、無線傳輸單元、傳感采集單元和電源供應(yīng)單元。其中，處理單元負(fù)責(zé)控制傳感器節(jié)點(diǎn)的操作以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；傳感采集單元負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集；無線傳輸單元負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間的無線通信；電源供應(yīng)單元負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)供電。Sink節(jié)點(diǎn)功能更多，除包含上述功能單元以外，還包含與后臺(tái)監(jiān)控通信的接口單元。本文用串口作為Sink節(jié)點(diǎn)與后臺(tái)監(jiān)控軟件的通信接口。

　　本設(shè)計(jì)中處理單元采用了TI公司的16位低功耗單片機(jī)MSP430F1611，無線傳輸單元采用低功耗無線收發(fā)模塊CC1100，傳感采集單元采用溫濕度傳感器DHT90，電源模塊采用兩節(jié)普通7號(hào)電池。此外，考慮到很多數(shù)據(jù)具有時(shí)間相關(guān)性，本設(shè)計(jì)還加入了實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1337構(gòu)成的時(shí)間控制單元。

2.1 處理單元

　　MSP430F1611突出的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)極低的功耗。它有5種可編程的工作模式，其中活動(dòng)模式下工作電流僅需280μA，LPM4模式下僅需0.1 μA。MSP30F1611內(nèi)部具有44 KB的Flash存儲(chǔ)器和10 KB的RAM，以及豐富的外設(shè)。本文中，MSP430F1611使用I2C接口連接RTC，SPI接口連接無線收發(fā)模塊，UART接口連接串口通信單元。

2.2 無線收發(fā)單元

　　無線收發(fā)單元選用Chipcon公司的CC1100射頻芯片。該芯片體積小，功耗低，數(shù)據(jù)速率支持1.2～500 kbps的可編程控制，可以工作在915 MHz、868 MHz、433MHz、315 MHz四個(gè)波段，在所有頻段提供-30～10 dBm輸出功率。本文中CC1100工作在433 MHz的頻率上，采用FSK調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率為100 kbps，信道間隔為200kHz。

　　CC1100與單片機(jī)采用SPI接口連接，原理圖如圖4所示。SPI總線接口技術(shù)是一種高速、高效率的串行接口技術(shù)，主要用于擴(kuò)展外設(shè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。MSP430上SPI接口的詳細(xì)介紹和實(shí)現(xiàn)方式請(qǐng)參考文獻(xiàn)[2]。

下面是利用SPI與MSP430F1611通信的示例代碼。

(1) 往CC1100指定寄存器寫入一個(gè)數(shù)值

(2) 讀單個(gè)寄存器值