無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是對周圍環(huán)境的溫度、濕度、光、加速度等信息進(jìn)行監(jiān)控和管理的技術(shù)。這種無線傳感器節(jié)點中內(nèi)置了傳感器、傳感器控制電路、CPU、無線通信模塊、天線、電源裝置等，通過Ad-Hoc通信技術(shù)，可以與周圍的傳感器節(jié)點一起把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。本文介紹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個匯聚節(jié)點和多個傳感器節(jié)點組成，通過匯聚節(jié)點上傳到遠(yuǎn)程主機(jī)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

硬件電路的設(shè)計

CC2430是Chipcon公司推出的用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)。CC2430只需要很少的外接元件就可以運行，其內(nèi)部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路即實現(xiàn)信號的收發(fā)功能。圖2為CC2430基本電路設(shè)計。

圖2 CC2430基本電路

圖2中C1，C2為22pF的電容，連接32 MHz的晶振電路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4為15 pF的電容，連接32.768 kHz的晶振電路，此石英晶振用于休眠時工作，從而降低功耗。C5=O.1μF，用于去除一些雜波干擾，防止單片機(jī)錯誤復(fù)位。C6～C8分別為100 nF，220nF，220 nF，用作濾波，去除雜波干擾使電壓更穩(wěn)定。C9=5.6 pF，電路中非平衡變壓器由電容C9和電感L1，L2，L3以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50Ω)的要求，L1，L2，L3分別為8.2 nH，22 nH，1.8 nH.C10，C11，C12，C13，C14為去耦合電容，用于電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性。偏置電阻器R1，R2分別為43 kΩ，56 kΩ，R1用于為32 MHz晶體振蕩器設(shè)置精密偏置電流。

由于CC2430芯片具有低功耗的特性，選用2節(jié)2 800 mAh的干電池為節(jié)點機(jī)供電。天線選用外置天線。CC2430與溫濕度傳感器SHTll，光照度傳感器PGM5506，紅外傳感器BS520連接原理圖如圖3所示，其中P0.O，P0.1，P0.6，P1.2和P1.3為CC2430的I/O端口。

SHTll采用兩線串行線和處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，SCK數(shù)據(jù)線負(fù)責(zé)處理器和SHTll的通訊同步;DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻將信號提拉至高電平，圖3顯示CC2430的引腳P1.2用于SCK，P1.3用于DATA.

圖3 三種傳感器連接原理圖

光照度傳感器PGM5506實際就是一個光敏電阻，隨著周邊環(huán)境的光量而改變電阻值，從而輸入3 V電壓受到隨著光量而變化的光敏電阻的影響，因而輸出電壓值改變。在測定輸出電壓值的LIGHTOUT中，可以根據(jù)變化的電壓量感知光量。圖3顯示CC2430的引腳P0.0連接LIGHT OUT.紅外傳感器BS520，隨著紅外線的強(qiáng)弱輸出A/D也變化，因此CC2430處理器可以根據(jù)輸入的電流變化量來測定紅外線值。圖3顯示CC2430的引腳PO.1連接INFRARED ADC，通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計和對CC2430的了解，ZigBee技術(shù)未來的應(yīng)用前景被看好。未來的幾年里，它將在工業(yè)控制、汽車自動化、樓宇自動化、消費電子等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。