无线传感网IEEE802.15.4

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn基于IEEE802.15.4无线传感器节点软件设计陈薇，阳媛，沈微微，姜晓燕中国矿业大学信电学院，江苏徐州（221008）E-mail：chenweicumt@163.com摘要：本文对基于IEEE802.15.4协议全功能节点FFD(FullFunctiondeviceorCoordinator)进行了研究，给出了节点的硬件结构和软件设计。节点以8位AVR单片机Atmega128为核心，结合外围电路和2.4GHz无线收发模块CC2420组成硬件平台，

2、软件使用WinAVR作为开发工具及GCC编译器进行程序的编译，实现了无线传感器网络对节点的传输要求，在硬件平台上实现了基于IEEE802.15.4无线传感器网络的建立。关键词：无线传感器网络；IEEE802.15.4协议；ATmega128；CC2420；WinAVR；AVRStudio1.引言无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，它由大量的低成本、低功耗的微型传感器通过近距离无线通信自组织形成，传感器节点密集地部署在被监测区域的内部或附近，其目的是多个传感器节点协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对

3、象的信息，并发布给用户或观察者。无线传感器网络除了具有AdHoc网络的移动性、自组织性、电源能力有限等共同特征以外，还具有节点数量庞大、单个节点资源及其有限、可检测范围广等鲜明特点。无线传感器网络在国防军事、环境科学以及智能家居等领域有着广泛的应用。而传感器节点是无线传感器网络的基本单位，因此，设计合理的无线网络节点成为无线传感器网[1][2]络的核心问题。本文主要针对无线传感器网络数据的采集和传输这一方面，数据采集主要指采集环境信息（比如光强、温度、压力等，本系统只考虑对光强信息的采集）。FFD节点对RFD节点

4、(ReducedFunctiondevice)发送数据采集命令，从而唤醒RFD节点（分节点遵循睡眠—唤醒—正常的工作模式），通过无线通信模块接收RFD节点发送的数据包，轮询数据后，最终将数据传送给PC机进行分析处理。2.无线传感器网络节电硬件平台在节点的设计上，要求节点硬件成本较低、必须低能耗、必须支持多跳的路由协议。[3]IEEE802.1.54/ZigBee协议充分考虑了无线传感器网络应用的需求，具有设备省电、通信可靠、网络自组织、自愈能力强、成本低廉、网络容量大、网络安全等特点。由这些基本要求，进行了支持8

5、02.15.4/ZigBee协议的无线传感器网络节点的硬件设计。本节点基于低功耗微处理器芯片ATmega128，射频部分采用CHIPCON公司的CC2420[4]芯片，扩展存储采用容量达512KB的低功耗FLASH存储器。整个系统采用了通用的接口插槽，将传感、处理和通信模块进行分离，可以实现按照不同的应用需求进行不同的扩展。下面将对节点架构、微处理器相关参数进行简单介绍：（1）节点硬件架构无线传感器网络节点硬件由传感器模块、处理模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分组成。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据

6、转换，在一个节点提供了可扩展不同传感器的接口，所以可能包括多种传感器器件；处理模块负责控制整个传感器节点的处理操作、存储和处理本身采集的数据和其它节点发来的数据，包括了数据安全、通信协议、同步定位、功耗管理、任务管理等等；无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源供应模块为传感器节点提供运行所需的所有电源。-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图1无线传感网络节点硬件架构图Figure1Architectureofwirelesssensornod

7、e’shardware（2）节点处理器模块参数a)兼容AVRRISC指令集©123条指令，大部分为单周期指令©32个通用寄存器、64个I/O控制寄存器©片内128KB程序存储器、4KB数据存储器(可外扩至64KB)©在线可编程b)提供丰富的外围设备接口©片内模拟比较器©可编程UART、I2C、SPI接口©可编程RTC、看门狗、时钟源及计数器©8通道10位ADC©可编程PWMc)先进的低功耗设计技术©层次化功耗管理©六种低功耗模式©软件可配置的多时钟模式©极低的功耗（正常功能下<5mW、低功耗模式下<10µW）d)

8、工艺：0.18µm（3）节点射频模块节点射频模块采用Chipcon公司的CC2420芯片。该芯片的主要性能指标如下：载波技术：QPSK载波频段：2400~2483.5MHz。数据传输速率：250Kbps.接收模式工作电流：19.7mA接收灵敏度：最高灵敏度-94dB发送功率：0dB最大输出功率-2-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图2射频模块