采用MC13192的無線傳感器網絡節點設計方案

　　ZigBee協議標準是由ZigBee聯盟與IEEE 802.15.4的任務小組來共同制定的，其協議棧主要由5層體系組成，結構如圖1所示。其中，物理層和MAC層標準主要由IEEE 802.15.4的任務小組完成；網絡層和安全層由ZigBee聯盟制定；應用層的開發則根據用戶的應用需要對其進行開發，用戶提供機動、靈活的組網方式。

　　ZigBee技術適合于承載數據流量較小的業務，特別是無線傳感器網絡，因為它具有以下優點：

　　功耗低。由于其傳輸速率低，發射功率僅為1 mW，所以功耗很低；而且采用了休眠模式，因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節五號電池就可以維持長達6個月～2年左右的使用時間。

　　時延短。通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備的時延為30 ms，休眠激活的時延為15 ms，活動設備信道接入的時延為15 ms。因此，ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制等應用。

　　網絡容量大。一個星型結構的ZigBee網絡最多可以容納254個從設備和1個主設備，一個區域內最多可以同時存在100個獨立而且互相重疊覆蓋的ZigBee網絡。

　　安全可靠。采取了碰撞避免策略，避開了發送數據的競爭和沖突；采用完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息；還提供了基于循環冗余校驗的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證。

　　基于以上特點與優勢，ZigBee技術在無線傳感器網絡中的應用將有廣闊的發展空間。

2 MC13192芯片與LPC2138芯片簡介

　　MC13192是Freescale公司推出的符合ZigBee標準的射頻芯片。其工作頻率是2.405～2.480 GHz，該頻帶劃分為16個信道，每個信道占用5 MHz的帶寬；采用直接序列擴頻的通信技術，數據傳輸速率為250 kbps。MC13192具有一個優化的數字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執行周期。為了適應低功耗的要求，芯片除了接收、發送和空閑3種工作狀態外，還有3種低功耗運行模式： ① 掉電模式，這種模式下芯片電流小于1 μA；② 睡眠模式， 這種模式下電流在3 μA左右；③ 休眠模式，這種模式下下電流約為35 μA。芯片采用可編程功率輸出模式，發送功率為0～4 dBm，接收靈敏度可以達到-92 dBm，傳輸距離30～70 m。

　　LPC2138芯片是Philips公司推出的一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7微控制器。它具有豐富的片上存儲功能，帶有512 KB嵌入的高速Flash存儲器和32 KB片內靜態RAM；還帶有多個串行接口，2個8路10位A/D轉換器，1個D/A轉換器和47個GPIO，以及多達9個邊沿或電平觸發的外部中斷。LPC2138有兩種低功耗模式： 空閑模式和掉電模式。較小的封裝和極低的功耗使其可以理想地與MC13192結合，作為基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點。

3 無線傳感器網絡節點設計

　　傳感器節點一般由數據采集單元、數據處理單元、數據傳輸單元和電源管理單元等功能模塊組成，如圖2所示。數據采集單元負責采集監視區域的信息并完成數據轉換，采集的信息包含溫度、濕度、光強度、加速度和大氣壓力等；數據處理單元負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理以及任務管理等；數據傳輸單元負責與其他節點進行無線通信，交換控制消息和收發采集數據；電源管理單元選通所用到的傳感器。

圖2 傳感器節點組成框圖