基于单片机无线传感器网络节点硬件设计

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1、-科技信息高校理科研究.---基于单恃和的无线传感器网络节点硬件设计.---公安海警高等专科学校嵇鼎毅陈君波.---［摘要】传感器节点是无线传感器网络的基本组成元素。本文通过对传感器节点的特性分析，采用ＭＳＰ４３０和ｎＫＦ９０５为主要芯片设计了一种无线传感器网络节点。经测试可满足节点微型化、低功耗、实时处理能力强、高可靠性等要求。［关键词】无线传感器网络节点单片机.---引言无线传感器网络是继Ｉｎｔｅｍｅｔ之后，将对２ｌ世纪人类生活方式产生重大影响的一种ＩＴ热点技术。２００３年著名的荚禺《商业周刊》在其“未来技术专版”中发表文章指出。

2、效用计算、传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官是全球未来的四大高技术产业。它们将掀起新的产业浪潮。２００３年ＭＩＴ技术评论ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ在预测未来技术发展的报告中认为，有十种新兴技术在不远的将来将改变世界，其中无线传感器网络被列为首位。传感器节点∞ｎ”ｒｎｏｄ０作为ＷＳＮ的最基本的元素同时也是一个很重要的元素。节点设计的好坏直接决定整个系统的功能能否实现、各项性能指标能否符合要求。因此对节点的设计、分析是设计ＷＳＮ的首要任务。本文设计了一种基于ＭＳＰ４３０和ｎＲＦ９０５的传感器节点，该节点具有高可靠性、低功耗、成本低的特

3、点以及较好的容错性。一、硬件节点设计ＭＳＰ４３０系列单片机具有丰富的片内外设，如看门狗，定时器Ａ、Ｂ，比较器，串口０、１，硬件乘法器，液晶驱动，ＡＤＣ，通用Ｉ，ｏ以及基本定时器。⑤系统工作稳定系统上电复位后，由ＤＣＯＣＬＯＣＫ作为系统时钟，保证了系统从正确的佗置开始执行。随后其灵活的时钟系统允许软件设置系统时钟，但是在晶振振荡器作为系统时钟发生故障时，ＤＣＯＣＬＯＣＫ会自动作为系统时钟以保持系统的正常工作。２、无线收发模块无线收发模块选用ｎＲＦ９０５芯片。ｎＲＦ９０５是挪威Ｎｏｒｄｉｃ公司推出的单片无线收发器芯片，工作电压为１．９—３．

4、６Ｖ，待机模式下状态仅为２．５ｕＡ，收发模式切换时间＜６５０ｕｓ，３２引脚ＱＦＮ封装（Ｓｍｍ×５ｒａｍ），工作于４３３／８６８／９１５Ｍｌ－ｌｚ３个ＩＳＭ频道，３个频道均可免费使用，有效传输距离达５０—１００ｍ。ｎＲＦ９０５可以自动完成处理字头和ＣＲＣ（循环冗余码校验）的ｔ作，同时可使用ＳＰＩ接口与微控制器通信，配置非常方便。其功耗非常低。以＋ｉｏｄＢｍ的输出功率发射时电流只有ｌｌｍＡ，在接收模式时电流为.---Ｉ传感器模块卜控制模块１２．５ｍＡ。ｎＲＦ９０５传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存于芯片存储器内，

5、外面的ＭＣＵ可以在需要时再到芯片中去取。ｎＲＦ９０５一次的数据传输量最多为３２Ｂ。其最高工作速率５０ｋｂｐｓ，高效ＧＦＳＫ调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合，模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据，可直接与各种单片机连接.---图１硬件节点框图无线传感器节点具有微型化、低功耗、实时处理能力强、高可靠性、高鲁棒性、高容错性等特点，因此在设计硬件节点时必须考虑诸多因素。本方案的硬件节点框图如图１所示，包括节点必备的传感器模块、控制模块、无线收发模块，另外加了ＬＣＤ显示模块，警报装置。由传感器模块采集环境中的温度、湿度等信息，将

6、信息传递给控制模块；控制模块对采集到的数据进行处理、判断是否存在安全隐患、发送、显示；ＬＣＤ模块实现数据的实时显示；警报装置在控制模块判断当前环境存在安全隐患时报警；无线收发模块负责数据的发送与接收。使用，软件编程非常方便。根据上述芯片的性能可看出两种主芯片均可满足节点的微型化、低功耗．实时处理能力强、高可靠性、高鲁棒性、高容错性等要求，在一定程度上保证了节点通信的实时性、可靠性。３、传感器模块该模块芯片可根据实际需求的功能确定具体的传感器。三、硬件接口设计１、ｎＲＦ９０５通信接口简介ｎＲＦ９０５与单片机的主要通口接口共１２个，具体说明

7、见表１。表ｌｎＲＦ９０５通信引脚功能说明.---该节点结构简单，可对环境中的温度、湿度等信息进行实时监控，序号名称管脚功能说明.---具有很强的可移植性，根据具体的需求改进后可用于工业生产、农业、.---科研基地等不同需要环境监测的领域，同时还可进一步推广运用于城ｌＶＣＣ电源电源＋３．３—３．６Ｖ１）Ｅ.---市车流量监测、森林防火等多种需要监控的环境中。.---二、芯片选型１、控制模块控制模块选用ＭＳＰ４３０单片机，该系列单片机是德州仪器（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）公司推出的一种超低功耗的１６位工业级混合信号微处

8、理器。它所具有的鲜明特点使其在许多行业都得到了广泛的应用。其主要优２３４ＴＸ．．ＥＮＴＲＸ＿ＣＥＰＷＲ＿ＵＰ数字输入数字输入数字输入ＴＸ＿ＥＮ＝１为＇ＩＸ模式－ＩＸ－ＥＮ＝０为ＲＸ模式