基于ZigBee技术的无线自组网传感器网络设计_4.pdf

第四章 无线传感器网络平台的硬件设计 4.1 节点的硬件设计 无线传感器网络节点一般由传感器模块、数据处理模块、数据传输模块和 电源管理模块四部分组成，其功能如图 4-1 所示。传感器模块负责采集监视区 域的信息并完成数据转换，数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、路由 协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等；数据通信模块负责与其他节点进 行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理模块负责整个节点的电 源提供。其原理框图如图 4-2 所示。 天线 数据 传感器 数据处 传输 模块 理模块 模块 电源模块 图 4-1 节点功能框图 温、湿度传感器 SHT11 SMA天线 扩展接口 CC2430 非平衡变压器 JTAG 复位 微带天线 图 4-2 节点原理框图 4.1.1 集成化模块设计 CC2430 芯片是 TI 公司生产的一款符合 ZigBee 技术的 2.4GHz 射频系统单 芯片，适用于各种 ZigBee 技术的网络节点包括协调器，路由器和终端设备， CC2430 时一颗真正的系统级芯片（SOC ）系统级解决方案。这种解决方案能够 16 提高性能并满足以 ZigBee 为基础的 2.4GHz ISM 波段应用对低成本、低功耗的 要求。 CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了 ZigBee 射频（RF ）前端、内存和微控制器。它使用 1 个 8 位 MCU （8051 ），具有 128KB 可编程闪存和 8 KB 的 RAM ，还包含模拟数字转换器（ADC ）、几个定时器 （Timer ）、AES-128 协同处理器、看门狗定时器（Watchdog-timer ）、32 kHz 晶 振的休眠模式定时器、上电复位电路（ Power-0n-Reset ）、掉电检测电路 （Brown-out-detection ），以及 21 个可编程 I/O 引脚。 CC2430 芯片采用 0.18μm CMOS 工艺生产，工作时的电流损耗为 27mA ； 在接收和发射模式下，电流损耗分别低于 27mA 或 25mA 。CC2430 的休眠模式 和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应 用。[15] CC2430 芯片的主要特点：[16-17] ◆ 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。 ◆ 集成符合 IEEE802.15.4 标准的 2.4 GHz 的 RF 无线电收发机。 ◆ 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。 ◆ 在休眠模式时仅 0.9μA 的流耗，外部的中断或 RTC 能唤醒系统；在待 机模式时少于 0.6μA 的流耗，外部的中断能唤醒系统。 ◆ 硬件支持 CSMA/CA 功能。 ◆ 较宽的电压范围（2.0 ～3.6 V ）。 ◆ 数字化的 RSSI/LQI 支持和强大的 DMA 功能。 ◆ 具有电池监测和温度感测功能。 ◆ 集成了 14 位模数转换的 ADC 。 ◆ 集成 AES 安全协处理器。 ◆ 带有 2 个强大的支持几组协议的 U