基于CC2430的无线传感器网络系统设计高岭土

基于CC2430的无线传感器网络系统设计

基于CC2430的无线传感器网络系统设计 2011： 当今世界通信技术迅猛发展，随着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知行业的一场变革。基于此，设计实现了一种以CC24 30为核心的无线传感器网络。其中，传感器模块包括有温湿度传感器SHTll、红外传感器BS520、光照度传感器PGM5506。1 无线传感器网络系统总体结构无线传感器网络是对周围环境的温度、湿度、光、加速度等信息进行监控和管理的技术。这种无线传感器节点中内置了传感器、传感器控制电路、CPU、无线通信模块、天线、电源装置等，通过Ad-Hoc通信技术，可以与周围的传感器节点一起把数据传输到汇聚节点。本文介绍的无线传感器网络由一个汇聚节点和多个传感器节点组成，通过汇聚节点上传到远程主机。系统的总体结构如图1所示。

2 硬件电路的设计CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。CC2430只需要很少的外接元件就可以运行，其内部已集成了大量必要的电路，因此采用较少的外围电路即实现信号的收发功能。图2为CC2430基本电路设计。

图2中C1，C2为22pF的电容，连接32 MHz的晶振电路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4为15 pF的电容，连接32.768 kHz的晶振电路，此石英晶振用于休眠时工作，从而降低功耗。C5=O.1μF，用于去除一些杂波干扰，防止单片机错误复位。C6～C8分别为100 nF，220n F，220 nF，用作滤波，去除杂波干扰使电压更稳定。C9=5.6 pF，电路中非平衡变压器由电容C9和电感L1，L2，L3以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻（50 Ω）的要求，L1，L2，L3分别为8.2 nH，22 nH，1.8 nH。C10，C11，C12，C13，C14为去耦合电容，用于电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。偏置电阻器R1，R2分别为43 kΩ，56 kΩ，R1用于为32 MHz晶体振荡器设置精密偏置电流。由于CC2430芯片具有低功耗的特性，选用2节2 800 mAh的干电池为节点机供电。天线选用外置天线。CC2430与温湿度传感器SHTll，光照度传感器PGM5506，红外传感器BS520连接原理图如图3所示，其中P0.O，P0.1，P0.6，P1.2和P1.3为CC2430的I/O端口。

SHTll采用两线串行线和处理器进行数据通信，SCK数据线负责处理器和SHTll的通讯同步；DATA三态门用于数据的读取。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平，图3显示CC2430的引脚P1.2用于SCK，P1.3用于DATA。光照度传感器PGM5506实际就是一个光敏电阻，随着周边环境的光量而改变电阻值，从而输入3 V电压受到随着光量而变化的光敏电阻的影响，因而输出电压值改变。在测定输出电压值的LIGHTOUT中，可以根据变化的电压量感知光量。图3显示CC2430的引脚P0.0连接LIGHT OUT。红外传感器BS520，随着红外线的强弱输出A/D也变化，因此CC2430处理器可以根据输入的电流变化量来测定红外线值。图3显示CC2430的引脚PO.1连接INFRARED ADC。3 网络节点软件的设计网络节点的软件包括传感器的数据采集及无线通信。数据采集包括温湿度传感器、光照度传感器、红外传感器，由于光照度传感器、红外传感器数据的采集就是直接将输入的模拟量转化为数字量，软件设计相对简单，下面只以温湿度传感器SHTll为例介绍数据采集软件。无线通讯采用ZigBee技术将采集到的数据发送给协调器以及协调器接收数据。3．1 温湿度数据采集模块温湿度传感器SHTll采用串行接口，但是在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理。SCK用于CC2430与SHTll之间的通讯同步，DATA双向串行通信线可写命令和读数据。控制流程图如图4所示。首先进行数据传输的初始化，然后发送一组测量命令。SHTll接收命令测量数据后处理器来读取数据。

3．2 无线通信模块ZigBee网络支持三种拓扑结构，即星状、树状和网状拓扑。本系统采用的协议栈为TI协议栈。对协议栈进行了适当的修改和增减以适应硬件电路的实际应用，组成树状传感器网络。

网络协调器程序流程图如图5所示，首先初始化CC2430，之后初始化协议栈，然后创建一个新网络，并确定PANID与频道选择。打开全局中断之后程序开始进入应用程序，监测空气中有无ZigBee信号，如果有节点申请加入网络，网络协调器给节点分配网络地址。同样如果终端设备发送来的是传感器测试数据值，并从串口发送给远程主机。

传感器节点程序流程图如图6所示，程序同样首先初始化CC2430，之后初始化协议栈，并打开全局中断。开始发送加入网络信号，等待协调器响应，如果加入网络成功，传感器进入休眠状态，如果不成功就继续申请加入网络。加入网络成功之后，温湿度采集节点就定时采集数据并向协调器发送，如果发送成功，系统进入休眠状态，如果发送失败，继续发送当前温度值。4 实验结果系统的各个节点硬件采用模块化设计，CC2430底板模块实物如图7所示，传感器模块如图8所示。在天气晴朗空旷的地方，测得ZigBee节点之间的传输距离能达到50～70 m，工作在室内条件下有效传输距离能达到30 m左右。通过主机上的串口收发软件监视采集到的实时温度信息，能够很好地实现温度信息的读取。监视到的温度如图9所示。

5 结语通过对无线传感器网络系统的设计和对CC2430的了解，ZigBee技术未来的应用前景被看好。未来的几年里，它将在工业控制、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子等多个领域实现应用。(end)

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