摘要： 傳感器節(jié)點(diǎn)是組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單位.本文通過(guò)對(duì)傳感器硬件節(jié)點(diǎn)的分析,以射頻芯片 cc2420 為核心，設(shè)計(jì)了一種基于cc2420 與 msp430 單片機(jī)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案。

　　關(guān)鍵詞： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 硬件節(jié)點(diǎn)； cc2420； msp430

　　傳感器節(jié)點(diǎn)是組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單位，是構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。本文依據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)功耗低、成本低、體積小等硬件限制條件，設(shè)計(jì)了一種基于射頻芯片cc2420和單片機(jī)msp430的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件節(jié)點(diǎn)。

硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　在進(jìn)行無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮其具有的如下特點(diǎn):微型化, 應(yīng)用中的傳感器節(jié)點(diǎn)要高度集成，保證不會(huì)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的特性造成影響，受外形尺寸限制，模塊必須能夠集成更多部件；低功耗,網(wǎng)絡(luò)往往部署在無(wú)人值守的地方，節(jié)點(diǎn)使用電池供電，不能頻繁更換電池，因此，如何節(jié)省電能是應(yīng)用的首要問(wèn)題；運(yùn)行速度，網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)性要求很高，要求處理器的實(shí)時(shí)處理能力要強(qiáng)；擴(kuò)展接口,多功能的傳感器產(chǎn)品是發(fā)展的趨勢(shì)，而在前期設(shè)計(jì)中，不可能把所有的功能包括進(jìn)來(lái)，這就要求系統(tǒng)有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性；可靠性, 傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分布在很廣的地域,因此，維護(hù)十分困難，傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件必須具有高魯棒性和容錯(cuò)性；盡可能低的成本。

綜合以上考慮,本文設(shè)計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源等模塊組成，本方案采用了以msp430為核心的控制模塊。msp430在低功耗方面表現(xiàn)出色，并且在惡劣條件下工作性能穩(wěn)定。以cc2420為無(wú)線收發(fā)模塊，msp430與cc2420通過(guò)spi方式通信，msp430采用主模式，cc2420采用從模式。節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊與主板分離，模塊化的設(shè)計(jì)提高了節(jié)點(diǎn)在不同應(yīng)用中的靈活性。由于本節(jié)點(diǎn)為電池供電，要求傳感器體積小、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單，最好采用不需要復(fù)雜信號(hào)調(diào)理電路的數(shù)字傳感器。

主要芯片介紹

cc2420

　　cc2420是一款兼容2.4ghz ieee 802.15.4的無(wú)線收發(fā)芯片。該芯片體積小、功耗低，非常適合于家庭及樓宇自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)。

　　cc2420具有完全集成的壓控振蕩器，只需要天線、16mhz晶振等非常少的外圍電路就能在2.4ghz頻段工作。cc2420只提供一個(gè)spi接口與微處理器連接，通過(guò)這個(gè)接口完成設(shè)置和收發(fā)數(shù)據(jù)工作。許多單片機(jī)都集成了spi控制器，例如msp430，可以非常方便地與cc2420配合使用。簡(jiǎn)單的外圍電路和處理器接口，使得cc2420可以應(yīng)用在非常廉價(jià)的設(shè)備上。

msp430

　　msp430是具有超低功耗特點(diǎn)的16位單片機(jī)，本方案選用msp430f149，其功耗電流已經(jīng)達(dá)到了ma級(jí)。它是功能強(qiáng)大的cpu內(nèi)核:16位cpu和高效的risc指令系統(tǒng)，無(wú)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pl～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)。

cc2420與msp430的

硬件接口電路

　　cc2420與處理器的連接非常方便。它使用sfd、 fifo、 fifop、和cca 4個(gè)引腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài);而處理器通過(guò)spi接口與cc2420交換數(shù)據(jù)、發(fā)送命令等。

　　cc2420收到物理幀的sfd字段后，會(huì)在sfd引腳輸出高電平，直到接收完該幀。如果啟動(dòng)了地址辨識(shí)，在地址辯識(shí)失敗后，sfd引腳立即轉(zhuǎn)為輸出低電平。fifo和fifop引腳表示接收f(shuō)ifo的緩存區(qū)狀態(tài)。如果接收f(shuō)ifo緩存區(qū)有數(shù)據(jù)，fifo引腳輸出高電平;如果接收f(shuō)ifo緩存區(qū)為空，fifo引腳輸出低電平。當(dāng)fifop引腳在接收f(shuō)ifo緩存區(qū)的數(shù)據(jù)超過(guò)某個(gè)臨界值時(shí)，或者在cc2420接收到一個(gè)完整的幀以后輸出高電平。臨界值可以通過(guò)cc2420的寄存器設(shè)置。

　　cca引腳在信道有信號(hào)時(shí)輸出高電平，它只在接收狀態(tài)下有效。在cc2420進(jìn)入接收狀態(tài)至少8個(gè)符號(hào)(symbol)周期后，才會(huì)在cca引腳上輸出有效的信道狀態(tài)信息。

　　spi接口由csn、si、so和sclk引腳組成。處理器通過(guò)spi接口訪問(wèn)cc2420內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器。在訪問(wèn)過(guò)程中，cc2420是spi接口的從設(shè)備，接收來(lái)自處理器的時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào)，并在處理器的控制下執(zhí)行輸入／輸出操作。spi接口接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，都與時(shí)鐘下降沿對(duì)齊。cc2420與msp430是通過(guò)spi連接的，其中，msp430處于主模式，cc2420處于從模式。msp430還有4個(gè)i/o與cc2420相連，主要起查詢(xún)cc2420狀態(tài)的作用。cc2420與ms