基于MSP430的無線傳感器網絡溫度節點設計

　　O 引言

　　無線傳感器網絡由于蘊藏著巨大的科學意義和使用價值，己受到越來越多學術部門、軍事部門和工業部門的青睞。隨著社會經濟的發展，在很多情況下需要對環境的溫濕度進行檢測，并加以控制，特別是對污染嚴重、自然條件惡劣、人員難以到達的地方。本文利用溫濕度傳感器DSl8820使用較為簡單，測量精度較高等優點，同時結合MSP430F2013的強大功能以及低功耗的特點，設計一種基于溫度無線傳感器網絡監控系統中的節點，用來對環境的溫度進行監控。

　　1 無線傳感器網絡結構

　　無線傳感器網絡是由部署在監測區域內大量的廉價小型或微型無線傳感器網絡節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織智能網絡系統。其應用前景非常廣闊，現正逐步深入到人類生活的各個領域，比如醫療護理、建筑結構、健康監測等。環境檢測也是一類典型的無線傳感器網絡應用。其結構圖如圖1．

　　2 溫度傳感器節點設計結構

　　無線傳感器網絡系統的核心是傳感器節點，且設計需要滿足以下幾個主要條件：網絡性，小型化，低功耗，穩定性。

　　根據上述幾點要求，傳感器節點設計一般包括四個部分：處理器模塊、無線傳輸模塊、傳感器模塊和電源供應模塊。如結構圖2所示：

　　本文硬件電路設計中采用了TI公司的16位低功耗單片機MSP430F2013作為處理模塊，傳感器模塊采用DS18820，無線傳輸模塊采用低功耗無線收發模塊CCll00，電源采用電池或者是穩壓電源。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集和數據轉換；處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和采集的數據以及其他節點發來的數據；無線通信模塊負責與其他傳感器節點進行無線通信，交換控制消息和收發采集數據；電源供應模塊為傳感器節點提供運行所需的能量，通常采用微型電池。

　　2．1 DSl8820

　　溫度傳感器采用DSl8820，起使用比較簡單，其主要特點有以下幾個方面

　　(1)獨特的單線接口方式：DSl8820與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DSl8820的雙向通訊。在使用中不需要任何外圍元件。

　　(2)可用數據線供電，電壓范圍：+3．0~+5．5V。

　　(3)測溫范圍：-55+125℃。固有測溫分辨率為O．5℃。

　　(4)通過編程可實現9~12位的數字讀數方式。

　　(5)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。

　　(6)支持多點組網功能，多個DSl8820可以并聯在惟一的三線上，實現多點測溫。

　　(7)負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。

　　由于DSl8820單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統對DSl8820的各種操作必須按協議進行。操作協議為：初始化DS18820(發復位脈沖)→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。

　　2．2 MSP430F2013

　　處理器模塊是無線傳感器網絡節點的計算核心，所有的設備控制、任務調度、能量計算和功能協調、通信協議、數據整合和數據轉儲程序都將在這個模塊的支持下完成，所以處理器的選擇在節點設計中至關重要。

　　msp430f2013是Ti公司msp430系列的一款微控制器， 它具有以下結構特點：16位的risc cpu、16位的寄存器和常數發生器，可以獲得很高的代碼效率；五種低功耗模式，在便攜式的測量應用中可以延長電池的使用壽命：數控振蕩器(dco)使得從低功耗模式切換到正常模式只要不到μs；一個16位的定時器；10個i／o口：具備同步通信協議(spi或者i2c)；一個16位的σ一δADC。傳感器與處理器結構如圖3所示。

　　2．3 無線收發模塊CCl100

　　無線通信模塊是耗能的主要模塊，因此要慎重選擇。考慮到無線傳感器網絡節點的通信模塊必須是能量可控的，并且收發數據的功耗要非常低，選用Chipcon公司的CCll00作為無線收發模塊。該芯片體積小、功耗低，數據速率支持1．2到500Kbps的可編程控制，本文中CCll00工作在315MHZ的頻率上，采用FSK調制方式，數據速率為100kbps，信道間隔為100kHZ。CCll00編程線與數據線是分別與處理器芯片連接的，這樣就可以在收發數據的同時方便地讀到CCll00內部寄存器的狀態，從而能有效地控制通信過程。無線收發模塊的原理圖如下：