知识|无线传感器网络节点的设计与实现(二)

　　2．5 微处理器模块　　微处理器是无线传感器节点的核心，传感器数据的数据处理，串行口以及无线模块的传输与控制均需要微处理器的参与。节点微处理器TI公司的16为超低功耗MSP430F1611。该微处理器工作电压为1．8～3．6 V，在RAM数据保持方式下耗电仅为0．2μA，在激活工作1 MHz的情况下为330μA，可以工作在5中低功耗模式，唤醒时间<6μm。Flash大小为48 kB，RAM大小为10 kB。芯片内部有16位定时器Timer_A和Timer_B具有捕获／比较功能；大量的捕获／比较寄存器可用于事件计数、时序发生等；多功能串口(USART)可以实现异步、同步和I2C串行通信，可以方便地实现多级通信的应用；具有较多的I／O端口，最多达6×8条I／O口线，P1、P2口还可以接收外部上升或下降沿的中断输入；12位A／D转换器有较高的转换速率，最高可达200 kbit·s-1，能满足大多数数据采集的应用。微处理器模块如图6所示。温度湿度传感器连接P1口5、6、7管脚，无线模块SPI接在P3口1、2、3和P4.4管脚，USB通信模块数据线连接到P3口6、7管脚。其他管脚分别用于控制和扩展接口。外部晶振大小为32MHz。
　　2．6 电路板设计　　电路板根据不同的标准有不同的分类，在设计中大多数根据板的数目分类，在电气连接关系复杂的电路板设计中，双面板难以满足电路布线的要求，这时就必须考虑使用多层板。本节点采用4层板，顶层主要是USB模块和无线模块，底层为微处理器模块，内部层为电源层和地层。设计结果如图7所示。
　　节点实物如图8所示。
3 设计验证　　3．1 无线模块验证　　为对设计的节点功能进行验证，首先使用IAR集成开发环境编写CC2420的测试程序，通过JTAG将程序烧入Flash，经过检测，射频部分较好地满足了预期。芯片工作频带范围为2．4～2．48 GHz，发射功率为0 dBm。经过频谱仪和频率计验证设计符合要求，验证结果如图9所示。
　　3．2 传感器和USB转换模块验证　　TinyOS是UC Berkeley开发的开放源代码操作系统，专为嵌入式无线传感器设计，操作系统基于构件的架构使得快速更新成为可能，而这又减小了受传感器网络存储器限制的代码长度。TinyOS的构件包括网络协议、分布式服务器、传感器驱动及数据识别工具。其良好的电源管理源于事件驱动执行模型，该模型也允许时序安排具有灵活性。因此对于整个无线传感器网络的验证采用TinyOS操作系统，设计为两个节点，节点A负责采集温度湿度数据，然后将采集到的数据发送到另一个节点B，节点B接收到数据后，通过USB将数据传输到个人电脑，并将该数据通过图表显示，如图10所示。
4 结束语　　文中所设计的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无线射频芯片为收发芯片，并拥有JTAG以及其他扩展接回，通过硬件测式以及软件调成该节点符合设计指标。