無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計new

《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計new》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前研究的熱點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的必要組成部分，高性能高穩(wěn)定性的傳感器節(jié)點(diǎn)成為研究的難點(diǎn)，文中首先闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)，然后從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能要求設(shè)計的原則出發(fā)，著重分析所提出的系統(tǒng)硬件電路的構(gòu)成以及硬件電路核心部件設(shè)計的關(guān)鍵問題，并給出了具體的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)CC1100MSP430射頻0引言無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它集成了傳感器、微機(jī)電和無線通信三大技術(shù)，能夠?qū)崟r地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的對象信

2、息，并發(fā)送給觀察者；具有覆蓋區(qū)域廣、可遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)測精度高、布網(wǎng)快速和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、環(huán)保、醫(yī)療保健、空間探索、工業(yè)監(jiān)控、精細(xì)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均有非常良好的應(yīng)用前景。1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般來說，一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括傳感器節(jié)點(diǎn)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。其中，傳感器節(jié)點(diǎn)具有本地數(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，可以在后臺管理軟件和傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)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)絺鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)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)

3、后臺管理軟件的通信。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常具有兩種應(yīng)用模式：主動輪詢模式、被動模式。主動模式要求網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對各個傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主動的輪詢以獲得消息，而被動模式則要求在某個傳感器節(jié)點(diǎn)事件發(fā)生時，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能作出及時的響應(yīng)。各個傳感器節(jié)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)還能進(jìn)行組合，這也很大地提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)的效率。當(dāng)然這也要求傳感器節(jié)點(diǎn)要具有一定的計算能力。圖1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2系統(tǒng)硬件設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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、電源供應(yīng)單元和其他擴(kuò)展單元，如圖2所示。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)的存儲和處理；傳感采集

4、單元負(fù)責(zé)監(jiān)測區(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。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)功能更多，除包含上述功能單元以外，還包含與后臺監(jiān)控通信的接口單元。本文主要介紹的是傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的硬件平臺的實現(xiàn)。圖2傳感器節(jié)點(diǎn)硬件框圖2.1處理單元傳感器節(jié)點(diǎn)的計算單元的功能已經(jīng)在上節(jié)中介紹過，在我們的系統(tǒng)中采用了TI公司的16位微控制器MSP430F1611。MSP430具有豐富的片上存儲資源，在5MHz的工作頻率下，MSP430的功耗大約為1.5mW，而且該微控制器還有多種省電模式可供選擇。除了豐富的片上存儲資源和多種省

5、電模式以外，MSP430還具有多個AD接口和I/O數(shù)據(jù)線，很容易用軟件編程，這些接口還可以用作與傳感單元的接口。2.2無線傳輸單元無線收發(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1.2～500kbps的可編程控制，可以工作在915MHz、868MHz、433MHz、315MHz四個波段，在所有頻段提供-30～10dBm輸出功率。本文中CC1100工作在433MHz的頻率上，采用FSK調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率為100kbps，信道間隔為200kHz。2.3傳感采集單元節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集單元可以根據(jù)實際需要

6、和被監(jiān)測物理信號特征選擇合適的傳感器，如光照、壓力、振動、溫度、濕度、土壤鹽堿度等。本系統(tǒng)中采用的微控制器MSP430F1611有多個IO接口和AD接口，傳感采集單元可以通過控制器的AD接口、I2C接口、SPI接口和UART接口來擴(kuò)展。2.4電源供應(yīng)單元本文采用兩節(jié)7號堿性電池為整個節(jié)點(diǎn)供電。為了能夠及時獲取節(jié)點(diǎn)電池的電量狀況，并根據(jù)電池的剩余電量狀況和放電特性來調(diào)整節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)，本文利用MSP430F1611芯片內(nèi)部集成的ADC模塊測量電源正極電平值，并通過將所測電平值與參考電平進(jìn)行比較，得到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)NADC，最后電源的電壓Vin可

7、以由下式得出：NADC=(Vin-VR-)×4095/(VR+-VR-)式中：VR+為參考電壓正極，VR-為參考電壓負(fù)極，Vin為ADC轉(zhuǎn)換得到的電壓值，NADC為單片機(jī)轉(zhuǎn)換寄存器值。2.5時間控制單元時間控制單元用于設(shè)置、記錄數(shù)據(jù)采集的時間，以便后臺用戶能夠依靠采集時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本文選用Maxim公司的串行實時時鐘芯片DS1337作為時間控制單元。DS1337可以工作在1.8～5.5V，并且具有很低的功耗，在休眠模式下僅需要15μA。3軟件設(shè)計傳感器節(jié)點(diǎn)上的軟件主要利用匯編和C語言開發(fā)，主要完成的功能是接收傳感單元的數(shù)據(jù)，并將數(shù)

8、據(jù)發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)組的網(wǎng)關(guān)上，而無線傳輸是傳感器節(jié)點(diǎn)中設(shè)計的難點(diǎn)。MCU通過SPI方式對CC1100內(nèi)部寄存器設(shè)置實現(xiàn)功能設(shè)置和測試。CC1100內(nèi)部寄存器地址范圍為0X00～0X3F，其中0X00～0X2