基于CC2430的無線傳感器網絡系統設計

當今世界通信技術迅猛發展，隨著微機電系統、片上系統、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展，孕育出無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知行業的一場變革。基于此，設計實現了一種以CC24 30為核心的無線傳感器網絡。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 無線傳感器網絡系統總體結構
無線傳感器網絡是對周圍環境的溫度、濕度、光、加速度等信息進行監控和管理的技術。這種無線傳感器節點中內置了傳感器、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，可以與周圍的傳感器節點一起把數據傳輸到匯聚節點。本文介紹的無線傳感器網絡由一個匯聚節點和多個傳感器節點組成，通過匯聚節點上傳到遠程主機。系統的總體結構如圖1所示。

2 硬件電路的設計
CC2430是Chipcon公司推出的用來實現嵌入式ZigBee應用的片上系統。CC2430只需要很少的外接元件就可以運行，其內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現信號的收發功能。圖2為CC2430基本電路設計。

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，防止單片機錯誤復位。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PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足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晶體振蕩器設置精密偏置電流。
由于CC2430芯片具有低功耗的特性，選用2節2 800 mAh的干電池為節點機供電。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行數據通信，SCK數據線負責處理器和SHTll的通訊同步；DATA三態門用于數據的讀取。為避免信號沖突，微處理器應驅動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻將信號提拉至高電平，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實際就是一個光敏電阻，隨著周邊環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。在測定輸出電壓值的LIGHTOUT中，可以根據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，隨著紅外線的強弱輸出A／D也變化，因此CC2430處理器可以根據輸入的電流變化量來測定紅外線值。圖3顯示CC2430的引腳PO．1連接INFRARED ADC。

3 網絡節點軟件的設計
網絡節點的軟件包括傳感器的數據采集及無線通信。數據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、紅外傳感器數據的采集就是直接將輸入的模擬量轉化為數字量，軟件設計相對簡單，下面只以溫濕度傳感器SHTll為例介紹數據采集軟件。無線通訊采用ZigBee技術將采集到的數據發送給協調器以及協調器接收數據。
3．1 溫濕度數據采集模塊
溫濕度傳感器SHTll采用串行接口，但是在傳感器信號的讀取及電源損耗方面，都做了優化處理。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據。控制流程圖如圖4所示。首先進行數據傳輸的初始化，然后發送一組測量命令。SHTll接收命令測量數據后處理器來讀取數據。