開放式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平臺設(shè)計
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MSP430F5438單片機(jī)工作電壓為1．8～3．6 V；TI公司的無線通信芯片也多以2．1～3．6電壓供電；JTAG模塊和串口模塊采用USB供電；傳感器模塊根據(jù)實際情況采用外部供電或母板供電。因此，我們選用3 V的紐扣電池進(jìn)行供電，同時利用JTAG仿真器進(jìn)行輔助供電。電源模塊以及JTAG模塊如圖2所示。當(dāng)使用JTAG仿真器進(jìn)行供電時將S1閉合至JTAG接口的拐腳2，同時S2斷開。當(dāng)使用電池供電時，將S1閉合至JTAG接口的拐腳4，同時閉合S2。ADP3339保證了電源較好的穩(wěn)壓性。本文引用地址：http://2s4d.com/article/159364.htm
2．2 傳感器模塊
由于我們的平臺是一種開放的可擴(kuò)展的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平臺，所以我們的傳感器模塊要根據(jù)實際應(yīng)用背景進(jìn)行設(shè)計。所以，所有的傳感器模塊都單獨進(jìn)行設(shè)計，并通過接插件(過孔和插座)與母板進(jìn)行連接。傳感器應(yīng)盡量選擇數(shù)字傳感器并盡量選擇低功耗、小體積的傳感器。下面以溫度采集為應(yīng)用背景為例進(jìn)行傳感器模塊的設(shè)計，如圖3所示。溫度傳感器我們選擇數(shù)字溫度傳感器DS18B20。
2．3 微處理器模塊
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是一種微型嵌入式設(shè)備，要求其價格低、功耗小。這些限制導(dǎo)致其所攜帶的微處理器能力相對較弱，存儲器容量相對較小。然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要完成監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的管理和處理、應(yīng)答其他節(jié)點的請求和節(jié)點控制等多種復(fù)雜工作。這就需要我們在選擇主控芯片時既要保證其能滿足低功耗的要求又能完成多種復(fù)雜任務(wù)。這里我們選擇了TI公司的MSP430F5438單片機(jī)，相對于51或52系列單片機(jī)它可以完成更復(fù)雜的任務(wù)，相對于ARM系列處理器它的能耗更低。
TI公司的MSP430F5438單片機(jī)是基于RISC架構(gòu)的16位超低功耗單片機(jī)，內(nèi)部集成256KB閃存和16KB RAM，在1．8～3．6 V的工作電壓范圍內(nèi)性能高達(dá)25MIPS。強大的數(shù)據(jù)處理能力和足夠容量的存儲器滿足了我們的平臺完成各種數(shù)據(jù)處理和存儲的要求。該處理器包含一個用于優(yōu)化功耗的創(chuàng)新電源管理模塊，具有6種低功耗模式。其功耗已經(jīng)達(dá)到了微安級，超低功耗使我們可以更大的延長我們的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平臺的生命周期。從低功耗模式喚醒到激活模式只需要不到5μs的時間。MSP430F5438內(nèi)部集成有多通道、高速A／D轉(zhuǎn)換模塊ADC12，能提供多通道12位精度的A／D轉(zhuǎn)換，其最大采樣速率可以達(dá)到200ksps。ADC12模塊內(nèi)包括采樣／保持功能的ADC內(nèi)核、轉(zhuǎn)換存儲邏輯、內(nèi)部參考電平發(fā)生器、多種時鐘源、采樣及轉(zhuǎn)換時序電路。對于大多數(shù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用環(huán)境而言，MSP430F5438內(nèi)部集成的ADC12模塊都能很好地滿足數(shù)據(jù)采集的要求。此外MSP430F5438具有豐富的外設(shè)。它具有多達(dá)10個8位I＼O口，P1口到P10口是完整的，P11口包含3個單獨的I＼O口。所有單獨的I＼O位可獨立編程，輸入、輸出以及中斷條件的任意組合是可以的，所有的端口可編程上拉或下拉，所有端口上的驅(qū)動強度可編程控制，對于P1口和P2口的所有的8比特端口具有邊緣可選的終端輸入能力，支持端口控制寄存器讀＼寫訪問的所有指令，所有單位可以以字節(jié)為單位進(jìn)行訪問也可以以字為單位進(jìn)行訪問。豐富的外設(shè)滿足了我們的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平臺開放式和可擴(kuò)展的要求。這里我們將預(yù)留多個I＼O口用于接入傳感器模塊、無線通信模塊以及其他通用模塊。處理器模塊如圖4所示。
2．4 無線通信模塊
在我們的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平臺的設(shè)計過程中我們將無線通信模塊單獨設(shè)計并通過插針和插座和母板進(jìn)行連接。這樣我們可以根據(jù)不同的通信協(xié)議設(shè)計不同的無心通信模塊而無需改變其他模塊。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最常用的無線通信協(xié)議就是IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)具有低功耗、低成本等有點，很符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求。下面我們就以2．4 GHz的IEEE802．15．4無線通信規(guī)范設(shè)計我們的無線通信模塊。
這里我們選擇TI的CC2420作為我們的無線控制芯片。CC2420是首款符合IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，它基于SmartRF03技術(shù)，以0．18 mm CMOS工藝制成只需要極少的外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低其MAC層和PHY層協(xié)議符合IEEE 802．15．4規(guī)范，工作于無執(zhí)照的2．4 GHz頻段。利用CC2420和MSP430共同開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)250 kbps，可實現(xiàn)多點間的快速組網(wǎng)。
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