无线传感器网络节点设计与实现.pdfVIP

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摘要：设计了一种具有质量轻、体积小、低成本、低能耗的无线传感器网络节点。该

节点由MSP430单片机、CC2420射频收发器、FT232BM转换芯片、SHT11温度湿度

传感器、外围芯片、电源电路以及JTAG调试接口组成。通过JTAG调试，以及安装

TinyOS操作系统，节点较好地实现了数据采集、无线传输以及无线网络功能。

无线传感器网络是信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合传感器、嵌入式、现代

网络以及无线通信、分布式信息处理等多种综合性的技术。传感器网络能够广泛用于军事、

环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械控制、城市交通、空

间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。文中设计了

一种无线传感器节点，硬件设计基于Moteiv方案，采用超低功耗单片机MSP430F1611

作为数据处理芯片，以CC2420无线射频芯片作为收发芯片，并拥有JTAG以及其他扩展

接口。通过硬件测试以及软件调试该节点符合设计指标。

1系统概述

无线传感器网络由大量无线传感器节点组成，每个节点由传感器采集数据，数据处理

芯片负责接收和处理传感器采集到的数据，通过无线射频芯片进行数据的无线传输与接收

以及无线组网功能。USB接口可以作为电源以及编程接口，一线硅序列号可作为节点的唯

一标识，Flash芯片用于存储数据，JTAG口用于调试与编程。

2硬件设计

节点主要由6部分组成：电源单元、无线射频模块、传感器模块、USB通信模块和微

处理器。

2.1电源单元

传感器节点体积微小，通常携带能量有限的电池。能量供应模块在无线传感器节点中

至关重要，为传感器节点各部分提供能量。需要长时间数据采集的传感器有的需要太阳能

等方式来维持节点的正常运转。节点的各部分也需要精心设计。节点微处理器的工作电压

为1.8～3.6V，无线射频芯片工作电压为2.1～3.6V，Flash供电电压为2.7～3.6V，

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USB转换芯片由USB供电。因此电源可以选用3V纽扣电池供电，有效减少了节点的大

小。另外USB也可以作为供电源，同时作为编程电源，电源单元如图2所示。LC滤波单

元对交流电具有较好的滤波效果，同时又不会降低直流输出电压。低压差的稳压器

ADP3339保证了电源较好的稳压性。

2.2无线射频模块

节点中的无线收发机，采用Chipcon公司推出的一款兼容2.4GHzIEEE802.15.4

的无线收发芯片CC2420。它基于Chipeon公司的SmartRF03技术，使用0.18μm

CMOS工艺生产，具有较高的集成度。该芯片体积小、功耗低，具有完全集成的压控振荡

器，只需天线、16MHz晶体等少量外围电路就能在2.4GHz频段上工作。CC2420采用

O—QPSK调制方式；超低电流消耗，接收灵敏度可达到-94dBm，抗邻道干扰能力强，

其选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和

可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输速率高达250kbit·s-1，可实现多

点对多点的快速组网。DXDiTa9E3d

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图3中无线射频模块的外围电路采用CC2420手册提供的典型应用电路的器件数值，

这样保证了芯片能工作在正常状态。另外为达到最优性能，必须使用电源去耦，去耦电容

和电源过滤的设置和大小对于在应用中获得最优性能起着关键作用，TI提