基于ATmega128L與CC2420的無線傳感器網絡節點的研究與實現

　　無線通信模塊

　　無線通信模塊采用無線射頻CC2420模塊。它是Chipcon公司在2003年底推出的一款兼容2.4GHz IEEE802.15.4標準的無線收發模塊，基于Chipcon公司的SmartRF03技術，使用CMOS工藝生產，工作電壓低、能耗低、體積小，具有輸出強度和收發頻率可編程等特點。該芯片只需晶體振蕩器及負載電容、輸入/輸出匹配元件和電源去耦電容等很少的外部元件即可正常工作，可確保短距離通信 的有效性和可靠性，其最大收發速率為 250kbps。

　　CC2420有33個16位配置寄存器、15個命令選通寄存器、1個128字節的發送FIFO緩存區、1 個128字節的接收FIFO緩存區、1個112字節的安全信息存儲器。CC2420與處理器的連接比較簡便，它使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA 四個引腳表示收發數據的狀態；處理器通過SPI接口(CSn、SO、SI、SCLK)與CC2420交換數據、發送命令，使用RESETn引腳復位芯片，使用VREG_EN引腳使能CC2420的電壓調整器，使其產生CC2420所需要1.8V電壓，從而使CC2420進入正常工作的狀態；CC2420通過單極天線或PCB天線進行通信。其模塊示意圖如圖4所示。

　　CC2420 需要16MHz的參考時鐘用于數據的收發。參考時鐘可以來自外部時鐘源，也可以由內部晶體振蕩器產生。如果使用外部時鐘，直接從XOSC16_Q1引腳輸入，XOSC16_Q2腳懸空；如果使用內部晶體振蕩器，晶振接在XOSC16_Q1、XOSC16_Q2引腳之間。晶振起振需對CC2420選通命令寄存器SXOSCON使能。

　　電源管理模塊

　　電能是傳感器網絡非常寶貴的資源，為了保證硬件電路的低功耗設計，節點芯片的選擇均使用低功耗、低電壓工作的芯片。系統采用普通電池或可充電鋰離子電池工作，電源管理芯片采用AD公司的ADP3338-3.3，SOT-223封裝。

　　充電及狀態顯示模塊

　　在有條件對節點進行充電時，節點使用鋰離子電池工作，可利用充電模塊為節點進行電能補充，從而確保節點工作的連續性，避免了節點因更換電池造成的工作中斷。充電模塊使用達拉斯公司的DS2770和電池保護芯片DS2720設計，具有充電控制、電源控制、電量計數、電池保護等功能。處理器與DS2770用一線接口來傳遞信息，并需外接一個約4.7k!的上拉電阻。充電模塊示意圖如圖5。LCD顯示模塊采用LCM6432ZK液晶顯示器，通過串行接口和主 MCU連接，用于系統工作狀態信息、充電進程、電池電量等狀態的顯示。節點硬件留有LCD接口，在需要顯示時可方便接插LCD顯示模塊。

　　傳感器模塊

　　節點傳感器模塊與計算和通信子板分離，模塊化的設計提高了節點在不同應用中的靈活性。傳感器模塊可根據實際需要確定合適的傳感器，如溫度、濕度、振動、光強、氣體報警、磁阻、紅外等，以滿足不同的需要。由于節點多為電池供電，要求傳感器體積小、功耗低、外圍電路簡單，最好采用不需要復雜信號調理電路的數字傳感器。

　　本設計選用的部分傳感器為：

　　溫度傳感器DS18B20是一種新型數字溫度傳感器，外部電路非常簡單，使用一線總線接口。其測量范圍為-55℃～125℃，在-10℃～85℃之間的測量精度為±0.5℃，分辨率最大可以設計為12位，測量數據準確可靠。

　　紅外傳感器PD632是一種數字熱釋電傳感器，工作波長：7.5ηm～14ηm，在-20℃～60℃工作環境下探測距離可達6m～15m。

　　加速度傳感器ADXL202是AD公司的兩維數字加速度傳感器，工作溫度：-40℃～85℃，采用先進的MEMS技術，可以測量震動加速度和靜態加速度。

　　外部接口

　　節點外部接口包括JTAGE接口、ISP編程接口、RS232接口、充電接口、傳感器接口、SMA天線座接口等。節點使用JTAGE、ISP多種方法下載程序；使用RS232接口直接與PC機串口連接；可根據不同需求經傳感器接口掛接不同的傳感器模塊；在有充電條件的情況下，可通過充電接口迅速為節點補充能量。圖6是RS232 接口示意圖, 圖7 是JTAG/ISP 接口示意圖。