組成網(wǎng)絡(luò)的基本單元無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)解析方案

充電及狀態(tài)顯示模塊

在有條件對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電時(shí)，節(jié)點(diǎn)使用鋰離子電池工作，可利用充電模塊為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電能補(bǔ)充，從而確保節(jié)點(diǎn)工作的連續(xù)性，避免了節(jié)點(diǎn)因更換電池造成的工作中斷。充電模塊使用達(dá)拉斯公司的DS2770和電池保護(hù)芯片DS2720設(shè)計(jì)，具有充電控制、電源控制、電量計(jì)數(shù)、電池保護(hù)等功能。處理器與DS2770用一線(xiàn)接口來(lái)傳遞信息，并需外接一個(gè)約4.7k!的上拉電阻。充電模塊示意圖如圖5。LCD顯示模塊采用LCM6432ZK液晶顯示器，通過(guò)串行接口和主MCU連接，用于系統(tǒng)工作狀態(tài)信息、充電進(jìn)程、電池電量等狀態(tài)的顯示。節(jié)點(diǎn)硬件留有LCD接口，在需要顯示時(shí)可方便接插LCD顯示模塊。

傳感器模塊

節(jié)點(diǎn)傳感器模塊與計(jì)算和通信子板分離，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。傳感器模塊可根據(jù)實(shí)際需要確定合適的傳感器，如溫度、濕度、振動(dòng)、光強(qiáng)、氣體報(bào)警、磁阻、紅外等，以滿(mǎn)足不同的需要。由于節(jié)點(diǎn)多為電池供電，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。

本設(shè)計(jì)選用的部分傳感器為：

溫度傳感器DS18B20是一種新型數(shù)字溫度傳感器，外部電路非常簡(jiǎn)單，使用一線(xiàn)總線(xiàn)接口。其測(cè)量范圍為-55℃～125℃，在-10℃～85℃之間的測(cè)量精度為±0.5℃，分辨率最大可以設(shè)計(jì)為12位，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

紅外傳感器PD632是一種數(shù)字熱釋電傳感器，工作波長(zhǎng)：7.5ηm～14ηm，在-20℃～60℃工作環(huán)境下探測(cè)距離可達(dá)6m～15m。

加速度傳感器ADXL202是AD公司的兩維數(shù)字加速度傳感器，工作溫度：-40℃～85℃，采用先進(jìn)的MEMS技術(shù)，可以測(cè)量震動(dòng)加速度和靜態(tài)加速度。

外部接口

節(jié)點(diǎn)外部接口包括JTAGE接口、ISP編程接口、RS232接口、充電接口、傳感器接口、SMA天線(xiàn)座接口等。節(jié)點(diǎn)使用JTAGE、ISP多種方法下載程序;使用RS232接口直接與PC機(jī)串口連接;可根據(jù)不同需求經(jīng)傳感器接口掛接不同的傳感器模塊;在有充電條件的情況下，可通過(guò)充電接口迅速為節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量。圖6是RS232 接口示意圖。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及應(yīng)注意的事項(xiàng)

射頻部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。在模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題及解決方法有：

CC2420的載波頻率是2.4GHz，每5MHz增加一個(gè)頻道，而晶振的精確度將影響載波的頻率，從而影響通信的建立和穩(wěn)定性。CC2420要求時(shí)鐘源的精度在±40ppm以?xún)?nèi)。如果使用外部晶振應(yīng)盡量使用精度高、性能穩(wěn)定的四腳貼片晶振。

CC2420射頻電路工作在2.400GHz～2.4835GHz高頻率工作頻段，抗干擾設(shè)計(jì)直接關(guān)系到射頻性能和整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。在射頻部分布線(xiàn)時(shí)，合理的布局與布線(xiàn)及采用多層板既是布線(xiàn)所必須的也是降低電磁干擾提高抗干擾能力的有效手段。布線(xiàn)時(shí)特別要注意以下幾點(diǎn)：一是射頻電路沒(méi)有用做布線(xiàn)的面積均需用銅填充并連接到地，以提供RF屏蔽達(dá)到有效抗干擾的目的;二是CC2420芯片底部應(yīng)接地;為了降低延遲、減少串?dāng)_，確保高頻信號(hào)的傳輸，要使用多個(gè)接地過(guò)孔將CC2420芯片底部和地層相連;三是盡可能地減少串?dāng)_，減少分布參數(shù)的影響，器件要緊密地分布在CC2420的四周，并使用較小封裝。

對(duì)于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，天線(xiàn)起著舉足輕重的作用。天線(xiàn)的選擇和設(shè)置會(huì)直接影響整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。本節(jié)點(diǎn)射頻芯片CC2420可以使用金屬倒F型PCB引線(xiàn)天線(xiàn)和單極天線(xiàn)兩種設(shè)計(jì)方案。PCB引線(xiàn)天線(xiàn)是印制在電路板上的導(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)它來(lái)感應(yīng)空中電波，接收信息。PCB天線(xiàn)的形狀、尺寸應(yīng)嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)設(shè)計(jì)。近幾年，隨著計(jì)算機(jī)成本的下降和微處理器體積的縮小，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越受到人們重視。本設(shè)計(jì)是筆者在歸納國(guó)內(nèi)外無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的低功耗、低成本、實(shí)用型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)采用了獨(dú)立可選的充電模塊、LCD狀態(tài)顯示模塊和豐富的對(duì)外接口，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，可在多種環(huán)境中工作，按多種需要進(jìn)行配置完成系統(tǒng)功能，并且在成本、功耗、靈活性等方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。