開放式的無線傳感器網絡節點平臺設計

2．2 傳感器模塊
由于我們的平臺是一種開放的可擴展的無線傳感器網絡節點平臺，所以我們的傳感器模塊要根據實際應用背景進行設計。所以，所有的傳感器模塊都單獨進行設計，并通過接插件(過孔和插座)與母板進行連接。傳感器應盡量選擇數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用背景為例進行傳感器模塊的設計，如圖3所示。溫度傳感器我們選擇數字溫度傳感器DS18B20。

2．3 微處理器模塊
無線傳感器網絡節點是一種微型嵌入式設備，要求其價格低、功耗小。這些限制導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，無線傳感器網絡節點需要完成監測對象的數據采集和轉換、數據的管理和處理、應答其他節點的請求和節點控制等多種復雜工作。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雜任務。這里我們選擇了TI公司的MSP430F5438單片機，相對于51或52系列單片機它可以完成更復雜的任務，相對于ARM系列處理器它的能耗更低。
TI公司的MSP430F5438單片機是基于RISC架構的16位超低功耗單片機，內部集成256KB閃存和16KB RAM，在1．8～3．6 V的工作電壓范圍內性能高達25MIPS。強大的數據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據處理和存儲的要求。該處理器包含一個用于優化功耗的創新電源管理模塊，具有6種低功耗模式。其功耗已經達到了微安級，超低功耗使我們可以更大的延長我們的無線傳感器網絡節點平臺的生命周期。從低功耗模式喚醒到激活模式只需要不到5μs的時間。MSP430F5438內部集成有多通道、高速A／D轉換模塊ADC12，能提供多通道12位精度的A／D轉換，其最大采樣速率可以達到200ksps。ADC12模塊內包括采樣／保持功能的ADC內核、轉換存儲邏輯、內部參考電平發生器、多種時鐘源、采樣及轉換時序電路。對于大多數現場數據采集的應用環境而言，MSP430F5438內部集成的ADC12模塊都能很好地滿足數據采集的要求。此外MSP430F5438具有豐富的外設。它具有多達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為單位進行訪問也可以以字為單位進行訪問。豐富的外設滿足了我們的無線傳感器網絡節點平臺開放式和可擴展的要求。這里我們將預留多個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絡節點平臺的設計過程中我們將無線通信模塊單獨設計并通過插針和插座和母板進行連接。這樣我們可以根據不同的通信協議設計不同的無心通信模塊而無需改變其他模塊。無線傳感器網絡中最常用的無線通信協議就是IEEE802．15．4標準。該標準具有低功耗、低成本等有點，很符合無線傳感器網絡節點的要求。下面我們就以2．4 GHz的IEEE802．15．4無線通信規范設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標準的射頻收發器，它基于SmartRF03技術，以0．18 mm CMOS工藝制成只需要極少的外部元器件，性能穩定且功耗極低其MAC層和PHY層協議符合IEEE 802．15．4規范，工作于無執照的2．4 GHz頻段。利用CC2420和MSP430共同開發的無線通信設備支持數據傳輸率可高達250 kbps，可實現多點間的快速組網。