基于CC2430的无线传感器网络节点设计

作者：时间：2011-04-12来源：网络收藏

基于无线传感器网络的特点，以CC2430芯片为核心设计了一种微型传感器节点。详细阐述了传感器节点的温湿度数据采集模块、电池能量检测模块以及节点之间“点对点”无线通信的软件流程。
　　关键词： 无线传感器网络传感器节点 CC2430

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/162181.htm

　　无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成的，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络技术在美国商业周刊和MIT技术评论的预测未来技术发展报告中，分别被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。
　　传感器节点是无线传感器网络的基本组成单位。它由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分组成。由于传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，并通过携带能量有限的电池供电。本文依据传感器节点的这些特点，设计了一种用于环境中温湿度监测的以芯片CC2430为核心的无线传感器网络节点。
1 CC2430简介
　　CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee协议的SoC解决方案。它延用了CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2430拥有1个8位8051MCU，8KB的RAM，32KB、64KB或128KB的Flash，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES128协处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。
　　CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
　　CC2430芯片的主要特点有：32MHz单指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE802.15.4标准2.4GHz频段的RF无线电收发机；8KB的SRAM，其中4KB可在所有功耗模式下保持数据；兼容RoHS的7×7mmQLP封装；4种可编程功耗模式；可编程的看门狗定时器；上电复位功能；支持硬件调试功能；优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅0.9μA的流耗，外部中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA功能；较宽的电压范围（2.0～3.6V）；数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能；具有电池监测和温度感测功能；集成了14位模数转换的ADC；集成AES安全协处理器；带有2个强大的、支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。
2 节点的硬件设计
　　无线传感器网络的节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。处理器模块和无线通信模块采用CC2430芯片，大大简化了射频电路的设计。传感器模块采用集成温湿度传感器SHT10。电源模块采用3V纽扣电池。节点的硬件原理框图如图1。

　　SHT10用于采集周围环境中的温度和湿度，其工作电压为2.4～5.5V，测湿精度为±4.5%RH，25℃时测温精度为±0.5℃。采用SMD贴片封装，与处理器的通信电路如图2所示。SHT10采用两条串行线与处理器进行数据通信。SCK数据线负责处理器和SHT10的通讯同步；DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个10kΩ的外部上拉电阻将信号提拉至高电平。本设计中CC2430的引脚P1.0用于SCK，P1.1用于DATA。