基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)今世界通信技術(shù)迅猛發(fā)展，隨著微機(jī)電系統(tǒng)、片上系統(tǒng)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知行業(yè)的一場(chǎng)變革。基于此，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種以CC24 30為核心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其中，傳感器模塊包括有溫濕度傳感器SHTll、紅外傳感器BS520、光照度傳感器PGM5506。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是對(duì)周圍環(huán)境的溫度、濕度、光、加速度等信息進(jìn)行監(jiān)控和管理的技術(shù)。這種無線傳感器節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置了傳感器、傳感器控制電路、CPU、無線通信模塊、天線、電源裝置等，通過Ad-Hoc通信技術(shù)，可以與周圍的傳感器節(jié)點(diǎn)一起把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。本文介紹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過匯聚節(jié)點(diǎn)上傳到遠(yuǎn)程主機(jī)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)
CC2430是Chipcon公司推出的用來實(shí)現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)。CC2430只需要很少的外接元件就可以運(yùn)行，其內(nèi)部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能。圖2為CC2430基本電路設(shè)計(jì)。

圖2中C1，C2為22pF的電容，連接32 MHz的晶振電路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4為15 pF的電容，連接32．768 kHz的晶振電路，此石英晶振用于休眠時(shí)工作，從而降低功耗。C5=O．1μF，用于去除一些雜波干擾，防止單片機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位。C6～C8分別為100 nF，220n F，220 nF，用作濾波，去除雜波干擾使電壓更穩(wěn)定。C9=5．6 pF，電路中非平衡變壓器由電容C9和電感L1，L2，L3以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入／輸出匹配電阻(50 Ω)的要求，L1，L2，L3分別為8．2 nH，22 nH，1．8 nH。C10，C11，C12，C13，C14為去耦合電容，用于電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。偏置電阻器R1，R2分別為43 kΩ，56 kΩ，R1用于為32 MHz晶體振蕩器設(shè)置精密偏置電流。
由于CC2430芯片具有低功耗的特性，選用2節(jié)2 800 mAh的干電池為節(jié)點(diǎn)機(jī)供電。天線選用外置天線。
CC2430與溫濕度傳感器SHTll，光照度傳感器PGM5506，紅外傳感器BS520連接原理圖如圖3所示，其中P0．O，P0．1，P0．6，P1．2和P1．3為CC2430的I／O端口。

SHTll采用兩線串行線和處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，SCK數(shù)據(jù)線負(fù)責(zé)處理器和SHTll的通訊同步；DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。為避免信號(hào)沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻將信號(hào)提拉至高電平，圖3顯示CC2430的引腳P1．2用于SCK，P1．3用于DATA。
光照度傳感器PGM5506實(shí)際就是一個(gè)光敏電阻，隨著周邊環(huán)境的光量而改變電阻值，從而輸入3 V電壓受到隨著光量而變化的光敏電阻的影響，因而輸出電壓值改變。在測(cè)定輸出電壓值的LIGHTOUT中，可以根據(jù)變化的電壓量感知光量。圖3顯示CC2430的引腳P0．0連接LIGHT OUT。紅外傳感器BS520，隨著紅外線的強(qiáng)弱輸出A／D也變化，因此CC2430處理器可以根據(jù)輸入的電流變化量來測(cè)定紅外線值。圖3顯示CC2430的引腳PO．1連接INFRARED ADC。

3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件包括傳感器的數(shù)據(jù)采集及無線通信。數(shù)據(jù)采集包括溫濕度傳感器、光照度傳感器、紅外傳感器，由于光照度傳感器、紅外傳感器數(shù)據(jù)的采集就是直接將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，軟件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，下面只以溫濕度傳感器SHTll為例介紹數(shù)據(jù)采集軟件。無線通訊采用ZigBee技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器以及協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)。
3．1 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊
溫濕度傳感器SHTll采用串行接口，但是在傳感器信號(hào)的讀取及電源損耗方面，都做了優(yōu)化處理。SCK用于CC2430與SHTll之間的通訊同步，DATA雙向串行通信線可寫命令和讀數(shù)據(jù)?？刂屏鞒虉D如圖4所示。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?，然后發(fā)送一組測(cè)量命令。SHTll接收命令測(cè)量數(shù)據(jù)后處理器來讀取數(shù)據(jù)。