2节点硬件设计

   CC1110芯片只要极少数外围元件就能够搭建稳定可靠且功耗低的SoC，大大简化了RF电路的设计过程。设计的传感器节点工作在433 MHz频段。图2是CC1110的参考设计，主要由CC1110芯片、射频匹配电路和其他外围元件组成。

   RF匹配电路用来匹配芯片输入、输出阻抗，使其输入、输出阻抗为50 Ω，同时，为芯片内部的PA(功率放大器)及LNA(低噪声放大器)提供直流偏置。阻抗匹配电路采用BALUN电路，由L232、L242、C234和C241组成。CC1110的RF信号采用差分方式，在433 MHz频段，其最佳差分阻抗为116+j41 Ω。

   RF部分电路设计参考图2的典型设计，但对电路进行了少量修改，加入PA。根据实际应用环境需要，节点可以工作在有PA、无PA两种状态，比如Coordi-nator、Range Extender两节点可以工作在加PA的方式下(一般采用市电供电)，实现远距离传输。设计的传感器节点实物图如图3所示。

   节点的传感器模块采用瑞士SENSIRION公司的基于Sensirion技术的全校准数字式温湿度传感器SHT71。在一个芯片上，集成了温湿度传感器、信号放大调整器、A／D转换器和总线接口，可以提供-40℃～120℃范围内分辨率为14 bit的温度测量以及0～100％范围内分辨率为12 bit的湿度测量。SHT71采用串行接口与CC1110相连，它的串行时钟输入线SCK和串行数据线DATA直接与CC1110的GPIO口线相连，电路连接示意图如图4所示。

3节点软件设计

 节点的软件设计主要包括温湿度采集部分和无线数据通信部分。

3.1温湿度采集

   温湿度传感器SHT71通过SCK与CC1110保持同步，通过DATA线收发通信协议命令和数据。其控制流如下：CC1110发送一组“启动传输”时序进行数据传输初始化，然后发送一组测量命令，释放DATA线，等待SHT71下拉DATA线至低电平，表示测量结束，同时接收数据。CC1110收到测量值后，可根据如下公式计算出温度T和相对湿度H：

式中：系数d1、d2、c1、c2和c3可以查阅相关手册。

3.2无线数据通信

   下面以节点间点对点通信为例，介绍无线传感器节点间通信实现方法及通信过程。CC1110的MAC帧结构简单，剔除物理层的前导码和同步字，只包含一个可选的长度字节n、一个可选的地址字节，用户数据和两个可选的CRC字节，如图5所示。

为了方便通信过程中的数据处理，软件上定义了如下数据收发处理结构：

  其中，标志位flags占1个字节，用于表示当前数据帧的类型。flags字节中的flags字节的第0位为1时，表示目标节点在收到该数据帧后不要ACK；第1位为1时，表示目标节点在收到该数据帧后要ACK；第2位为1时表示该帧是ACK帧；第3位为1时，表示该帧是超时重传帧；最高位为1时，表示该帧是数据序列中的一帧。

  接着阐述传感器节点的通信射频设置。节点工作时使用的晶振频率为26 MHz，RF初始化时，设置寄存器FREQ2、FREQ1和FREQ0，配置RF的物理层最低信道的工作频率；通过寄存器CHANNR的CHAN位域来设置通信信道；设置寄存器MDMCFG0的CHANSPC_M位域及寄存器MDMCFG1的CHANSPC_E位域来设置信道间隔。具体的载波频率fc可以用下式表示：

  式中：fref为26 MHz，最大信道间隔为405 kHz。当然，可以通过TI公司的软件SmartRF Studio来计算这些寄存器设置值。