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低功耗无线传感器网络节点设计
来源:本站整理  作者:佚名  2011-08-08 15:48:20



  3.1 数据采集模块

  数据采集模块是应用传感器件监测外部环境。比如温度、湿度、液位、位移、转速等模拟参数,然后通过A/D转换送给单片机进行处理。

  3.2 数据处理模块

  处理器是整个节点的中心。其他模块都要通过处理器控制。因此处理器性能的好坏决定整个节点的性能。处理器采用PICl8F4620型单片机。它具有13路通道的10位模数转换模块,2.0~5.5 V宽工作电压。内嵌用于存储数据的3 986字节SRAM和用于存储程序代码的64 K字节Flash,Jrl'AG程序下载和在线调试接口。支持4线SPI和12c主从模式等特点。

  3.3 射频模块

  在无线传感器网络中。最关键的技术是实现节点间的通信。随着集成电路的发展。芯片的集成度越来越高,能耗越来越少,因此,传感器节点的能量主要是消耗在通信上。

  所以。选择一款低能耗的通信器件将节省节点能量,延长寿命。在ZigBee无线传感器网络应用中,射频收发器CC2420工作在从机模式。PICl8F4620 T作在主机模式,通过SPl接口配置CC2420寄存器参数和读写缓冲器内的数据,详细的引脚连接如表1所示。

CC2420具有完全集成的压控振荡器,只需要天线、16MHz晶体振荡器等非常少的外围电路就能在2.4 GHz频段工作。同时。CC2420提供一个4线SPI接口(SI、SO、SCLK、CSn)与微处理器连接,通过这个接口完成设置和收发数据工作。并实现读,写缓存数据、读,写状态寄存器等。片选信号CSn低电平有效。该接口使用步骤为:

  ①驱动CSn为低电平。告知CC2420开始新的SPI通信周期。

  ②cc2420选中后。开始驱动SCU(时钟信号。SCLK无需用固定频率驱动并有一个可变的服务周期。在SCLK信号上升沿。CC24加采样sl、SO上的数据;在SCLK信号下降沿。如果SO为输出模式,CC2420将改变s0上的数据。当这一周期完成时,停止SCLK的驱动并将Cs-信号变为高电平。

  3.4 供电模块

  偏远地区的工业设施、军事装备的监控系统具有无人值守、低数据量和点多面广等特点。该监控系统应用ZigBee无线传感器网络传输数据。采用电池供电,因此,网络节点的功耗为系统设计的关键。CC2420采用低电压供电(2.1~3.6 V),并具有休眠模式,且从休眠模式激活的时延短,因此,功耗大大减小。CC2420各状态下的电流消耗典型值为:稳压器关闭为0.02 μA。低电位模式为20μA,空闲模式为426μA.接收模式为18.8 μA,发送模式(如Ⅳ=0 dBm)为17.4 μA。另外,PICl8F4620也是一款低电压供电的器件(2.0~5.5 V)。并具有运行、空闲、休眠3种功耗管理模式,合理利用这些功耗管理模式可获得理想的节能效果。该系统设计的3.3 V稳压电源是由两节五号电池或9 V方型镍氢电池稳压至3.3 V的电源来提供。图2为CC2420射频收发器的应用电路。

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