STM32L152和S14432的無線網絡系統設計

摘要：運用低功耗Cortex-M3微控制器STM32L152和低功耗集成無線收發芯片S14432設計了一種無線網絡系統。介紹了系統的體系結構、硬件電路、數據的接收和發送流程，以及網絡管理機制。系統運用了鏈路質量估計算法和硬件冗余技術，采用TinyOS系統的LEPS路由協議實現無線網絡的構建和管理。
關鍵詞：STM32L152；S14432；無線網絡

引言
在現代生活和生產中，無線通信技術應用越來越廣泛。生活小區、醫院、工廠等復雜環境中的各種儀器儀表可以通過無線網絡進行數據采集和監控。工業現場自動化數據的控制和采集需要傳輸距離1 km左右、功耗低、簡單、可靠、價格低廉的無線通信網絡。無線收發芯片
S14432的通信距離可達1～2km。本文設計了一種基于STM32L152和S14432的無線網絡系統。系統采用低功耗、高性能的Cortex-M3核32位微控制器STM32L152和高集成度、低功耗的無線收發芯片S14432，適用于短距離的現場數據采集和監控。系統采用網絡化管理并運用主節點備份技術和LEPS路由協議保證系統的可靠性和拓展性。

1 主控芯片
STM32L152是意法半導體公司提供的超低功耗、高數據安全性、高效能的ARM Cortex-M3微控制器系列芯片。STM32L15XXX系列芯片采用意法半導體的EnergyLite超低功耗平臺，通過6個超低功耗模式能夠在任何設定時間以最低的功耗完成任務。該控制器低功耗運行模式電流為10．4μA，工作電壓為1．8～3．6 V，片上模擬功能的最低工作電壓為1．8 V，數字功能的最低工作電壓為1．65 V。工作溫度范圍為-40～+85℃，在32 MHz頻率下的處理性能達到33 DMOPS(最大值)，擁有靈活的欠壓復位、片上閃存支持糾錯碼(ECC)、存儲器保護單元(MPU)和JTAG熔斷器。它采用的ARM Cortex-M3處理器可提供出色的計算性能和對事件的卓越系統響應，同時可應對動態和靜態功率限制的挑戰。
系統中采用STM32L152芯片，48腳LQFP封裝。該芯片擁有128 KB Flash、16 KB RAM、4 096字節的E2PROM以及8個16位定時器；片上集成了豐富的外圍模塊，包括12位ADC、12位DAC、比較器、SPI、I2C、LCD、USB等。

2 無線網絡系統的體系結構
無線網絡系統的體系結構如圖1所示。系統是由主節點和多個從節點組成的樹型拓撲網絡。主節點組建和管理整個無線網絡，實現向從節點傳送控制指令和接收從節點的數據信息。從節點實現接收主節點傳達的控制指令和將數據信息向主節點的傳送。
　

3 系統硬件設計
無線網絡系統的硬件結構如圖2所示。主節點、備份主節點和從節點都采取同樣的硬件電路。STM32L152單片機控制SI4432實現無線數據的收發。射頻收發芯片采用的是Silicon Labs公司推出的SI4432芯片。該芯片是一款高集成度、低功耗的EZRadioPRO系列無線收發芯片。其工作頻段為240～960 MHz，接收靈敏度達到-117 dB，可提供極佳的鏈路質量，在擴大范圍的同時將功耗降至最低，最高輸出功率可達+20 dB，傳輸距離可達2km。