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基于nRF905无线传感器网络监测系统设计 　　摘要:针对传统监测系统的局限性,结合单片机控制技术和射频无线通信技术,设计了基于无线数据收发芯片nRF905、以MSP430F149 为主处理芯片的无线传感器网络监测系统,详细阐述了设计原理以及无线通信协议,并对部分基本电路和软件流程进行了介绍。无线监测系统相比有线监测系统应用灵活,可移动性强,将是未来监测系统发展的主要方向。 　　关键词:nRF905 低功耗 TDMA 无线传感器网络 　　 　　 随着计算机控制技术、电子信息技术和网络通信技术的广泛应用,现代监测系统的自动化程度越来越高。现代监测系统需要采集传感器所获取的数据,并将采集的数据传送到主机进行数据分析和处理。但随着监测环境的不断拓展,在无法或不便实现明线连接的场合,采用传统的有线数据传输已不能满足系统的需要。无线传感器网络具有组网快捷、灵活,不受有线网络约束的优点,可应用于多种???合,有着广阔的应用前景[1]。 　　 本文根据无线网络监测系统的特点,采用模块化设计方式,设计了基于无线芯片nRF905的无线传感器网络节点,研究网络通信协议。该无线传感器网络监测系统能够通过各类传感器协作地实时监测、感知和采集各种监测对象的数据,数据通过无线方式发送至用户监控终端,从而实现人们监测各种对象的目的。 　　 　　1 系统硬件设计 　　 系统由传感器数据采集节点和中心数据传递节点构成。传感器数据采集模块连接传感器,负责现场数据采集,该节点通过无线方式与中心数据传递节点通信,中心节点通过串口或其他总线方式连接到用户监控终端。中心节点与传感器节点之间采用无线通信的方式,一个中心节点可以与多个传感器节点进行通信。为了避免多个传感器节点在同一时间发送数据而产生冲突,系统通信采用基于TDMA (Time Division Multiple Access)控制协议。 　　 传感器节点由数据采集模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块四部分组成。其中数据采集模块的主要功能是对环境信息(如温度、湿度、加速度、光电、液位、电磁感应、压力)进行感知、采集并做一定的数据转换;处理器模块的主要功能是负责控制整个传感器节点的操作,其核心任务包括从数据采集单元中获取各种数据,对数据进行标定,对数据收发单元进行初始化及其参数设置,以及收发数据流程的控制等;无线收发模块主要的功能是负责与中心节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据;电源模块主要负责为传感器节点提供运行所需的能量,通常采用电池供电。 　　 中心节点实现两个通信网络(无线通信网络和485总线网络)之间数据的交换,实现两种协议(TDMA协议和RS-485协议)之间的通信协议转换,它发布监测计算机的监测任务,并把收集到的数据转发到监测计算机。其既可以说是一个增强功能的传感器节点,也可以是没有监测功能仅带无线通信接口的特殊网关设备。中心节点包括电源模块、处理器模块、无线通信模块、存储模块和串行通信模块。 　　1.1 电源模块 　　 电源模块为整个传感器节点提供电压。根据传感器节点各芯片的选择,整个系统采用3.3V供电即可。而二节干电池只能提供3V电压,又考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和文波小等特点,另外考虑到硬件系统低功耗的特点,电源模块采用TI公司的TPS60100芯片即可。该芯片能很好的满足硬件系统的要求,另外该芯片具有很小的封装,能有效的节约传感器节点设计的面积。 　　1.2 微处理器模块 　　 微处理器的功能,一方面负责数据采集,另一方面负责将采集到数据通过无线通信的方式传输给中心节点。系统设计要求单片机运行速度快、功耗低、集成高精度A/ D 转换器等。无线传感器网络的应用受能量有限限制,要求网络节点尽可能节能,选用TI公司超低功耗16位单片机MSP430F149作为核心处理器。MSP430系列微控制器将大量外围模块整合到片内,适合开发低功耗高性能的系统[2]。 　　1.3 存储模块 　　 存储模块选用AT24C02芯片,它是美国ATMEL公司推出AT24C系列两线制(串口型)电可擦除E2PROM芯片,这些芯片体积小,工作电压低,连线简单,工作可靠。这种E2PROM既具有ROM的长期非易失性,又具有RAM的随机可读性,因而广泛地用于信息记录和数据保护等方面。 　　1.4 无线通信模块 　　 无线通信模块使用的芯片是nRF905,图2是nRF905外围电路图。其电路主要包含与微处理器芯片MSP430F149接口电路、晶振电路和天线部分电路三部分。nRF905 采用抗干扰能力强的高斯频移键控(GFSK)调制方式;内置完整的通信协议和CRC 校验电路,曼彻斯特编码/ 解码由片内硬件完成;使用SPI 接口与微控制器通信,配置非常方便;其功耗非常低,内建空闲