1．总体结构

    传感器节点是网络的基本单元，由下列部件组成：微功耗微处理器、微功耗短距离射频收发器、采集部分(各种传感器)组成。节点结构示意图如图2所示。

  2．微处理器

    微处理器采用TI公司的MSP430的F149单片机。TI公司的MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，能够在低电压下以超低功耗状态工作；其控制器具有强大的处理能力和丰富的片内外设；带FLASH存储器的单片机还可以方便高效地进行在线仿真和编程。MSP430家族分为MSP430X1XX、MSP430X3XX、MSP430X4XX三个系列。MSP430F149是MSP430X1XX系列中的功能最强的单片机。

    MSP430F149包含的组件

    (1)基础时钟模块，包括1个数控振荡器(DCO)和2个晶体振荡器；

    (2)看门狗定时器Watchdog Timer，可用作通用定时器：

    (3)带有3个捕捉／比较寄存器 的16位定时器Timer-A；

    (4)带有7个捕捉／比较寄存器的16位定时器Timer_B；

    (5)2个具有中断功能的8位并行端口：P1与P21   

    (6)4个8位并行端口：P3、P4、P5与P61

    (7)模拟比较器COMPARATOR_A；

    (8)12位A／D转换器；

    (9)2通道串行通信接口(软件选择UART/SPI模式)；

    (10)1个硬件乘法器；

    (11)60KB+256字节FLASH，2KBRAM。

    MSP430F149丰富的片内外设可使整个电路变得异常简化，减少了节点的功耗和体积。 

    MSP430F149的性能分析

    MSP430系列单片机最显著的特点就是它的超低功耗。在1．8—3．6V电压、1MHz的时钟条件下运行。耗电电流在0．1—400mA．之间，RAM在节电模式耗电为0．1mA，等待模式下仅为0．7mA。能耗是无线传感器网络的瓶颈，节点必须依靠电池供电，所以CPU采用MSP430F149是最佳的选择。MSP430F149采用16位RISC结构，其丰富的寻址方式、简洁的内核指令、较高的处理速度(8M晶体驱动，指令周期125ns)、大量的寄存器以及片内数据存储器使之具有强大的处理能力。另外，MSP430F149的运行环境温度范围为-40—+85℃，可以适应各种恶劣的环境。

  3．射频模块

    射频模块是节点中重要的组成部分，采用RFWaves公司生产的短距离RF收发器芯片组RFW102，它是一个物理层RF收发器，工作在2．4GHz，包含一个印在印制板上的天线，无需外部天线。RFW102采用DSSS直接序列扩频技术；工作电压很宽：2.7～3．6V，适合不同的电池供电；功耗低：待机电流仅1 μ A，唤醒时间20 μ s。模块提供一个扩频脉冲管作通信用，速率达到1Mbps。该产品成本比蓝牙低，通信距离可达20米(室内)，80米(室外)。

    射频模块与微处理器的连接采用与RFW102配套的产品RFW—D100。该产品主要用来为发射机和MCU(微处理单元)提供通用接口。它可为MCU和RFW-102提供透明的并行同步接口和存储器接口，以及适合执行无线通信协议的其它性能。同时，也可以将输入数据转换成适合MAC运行的8比特字段。此外，RFW—D100还具有特别设计的节能结构和多种工作模式，而且功耗也很低。采用RFW—D100接口芯片，很在程度上减小了设计难度。缩短了设计周期。射频模块与微处理器的接口示意图如图3。

    使用射频模块时，有两个问题需要注意：第一个是当发送完成后，一定要将发送使能引脚和发送数据引脚置为低电平。否则一方面会消耗电能，另一方面射频模块将一直发送一个单频载波信号，干扰周围节点的工作：第二个是无线发送模块从待机状态转变为发送状态，之间有大约20μ s的延时。在此期间，输入发送模块的数据不能被正确发送，所以在准备发送之前，应提前将发送使能置为高电平。

  4．传感器

    信号采集部分是由若干个传感器组成。加速度传感器采用ADXL210：可测量双轴向加速度，输出循环数字信号，可与单片机直接接口，无须放大、A／D电路；低功功耗：<O．6mA，单电源供电：+3—+5．25V；只须调节外接电阻就可方便地调整数字信号的循环输出周期；测量范围为：10g。MSP430F149的定时器Timer_A有三个捕获器，可以选择两个用于对ADXL210L输出的两路循环数字信号进行测量，实现与加速度传感器方便的接口，ADXL210与微处理器接口示意图如图4。

 
    温度传感器采用AD7416：10位温度数字转换器；漏极开路超温掉电输出，可以实现“线与”；I2C兼容的串行接口；可选的串行总线地址，允许在单一总线上连接多达8个AD7416；低功耗掉电方式(典型2mA)；400ms更新速率；-55℃至+125℃温度测量范围。

    节点采用电池供电，由于电池的能量有限，而且节点可能工作在不易到达的区域，电池不便经常更换。所以在进行设计的时候，节能是需要优先考虑的问题。首先，单片机应以最快的速度执 行任务，一旦有可能就进入节能模式。在节能模式中，通过管理电路，将除单片机以外的器件的供电切断。进入节能模式后，如果监控中心需要访问该节点，就通过射频收发模块唤醒该节点的单片机。