淺述關于CC2510的無線傳感器網絡節(jié)點設計

“在簡要介紹無線傳感器網絡節(jié)點結構的基礎上，對Chipcon公司開發(fā)的內嵌51內核的單片可編程UHF收發(fā)器芯片CC2510的功能特點進行了研究，并結合其工作原理與應用電路，對無線傳感器網絡節(jié)點的各個功能模塊及設計要點進行了詳細闡述。最后基于CC2510的原理設計了一個新的無線傳感網”

1 引言

近年來，隨著無線通信、集成電路、傳感器和微機電系統(tǒng)等技術的飛速發(fā)展，使得低成本、低功耗、多功能的微型無線傳感器的大量生產成為可能，這些微型無線傳感器具有無線通信、數據采集和處理、協(xié)同合作等功能，因此，傳感器網絡的應用前景非常廣泛［1］。無線傳感器網絡就是由這些傳感器節(jié)點協(xié)同組織起來的，傳感器網絡的節(jié)點可以隨機或者特定地布置于目標環(huán)境中，它們之間通過特定的協(xié)議自組織起來，能夠獲取周圍環(huán)境的信息并且相互協(xié)同工作完成特定任務。

2無線傳感器網絡節(jié)點結構

無線傳感器網絡由大量體積小、成本低、具有無線通信、傳感、數據處理的傳感器節(jié)點組成，無線傳感器節(jié)點是網絡的基本單元，節(jié)點的穩(wěn)定運行是整個網絡可靠性的基本保證［2］。無線傳感器節(jié)點負責傳感和信息預處理，響應監(jiān)控主機和指令發(fā)送數據，一般由數據采集模塊（傳感器、A /D轉換器） 、數據處理和控制模塊（微處理器、存儲器）、通信模塊（無線收發(fā)器）和供電模塊（電池、DC /DC能量轉換器）等組成，如圖1所示。

在無線傳感器網絡中，每個節(jié)點的功能都是相同的，大量傳感器節(jié)點被布置在整個被觀測區(qū)域中，各個傳感器節(jié)點將自己所探測到的有用信息通過初步的數據處理和信息融合后傳送給用戶，數據傳送的過程是通過相鄰節(jié)點的接力傳送的方式傳送回基站，然后通過基站以衛(wèi)星信道或者有線網絡連接的方式傳送給最終用戶。

因此，節(jié)點在網絡中可以充當數據采集者、數據中轉站或類頭節(jié)點（ cluster-head node）的角色。作為數據采集者，數據采集模塊收集周圍環(huán)境的數據（如溫度、濕度等） ，通過通信路由協(xié)議直接或間接將數據傳輸給遠方

基站或匯節(jié)點;作為數據中轉站，節(jié)點除了完成采集任務外，還要接收鄰居節(jié)點的數據，將其轉發(fā)給距離基站更近的鄰居節(jié)點或者直接轉發(fā)到基站或匯節(jié)點;作為類頭節(jié)點，節(jié)點負責收集該類內所有節(jié)點采集的數據，經數據融合后，發(fā)送到基站或匯節(jié)點。

相對于傳統(tǒng)無線網絡，無線傳感器網絡具有一些明顯的技術特點：

1） 網絡節(jié)點密度高，傳感器節(jié)點數量眾多，單位面積大，所擁有的網絡節(jié)點數遠大于傳統(tǒng)的無線網絡。

2） 傳感器節(jié)點由電池供電，節(jié)點能量有限，由干節(jié)點數量多，而且無線傳感器網絡往往應用于人們難以直接操作的地方，因此更換傳感器節(jié)點電池是不現實的，這決定了傳感器節(jié)點生命和網絡壽命的有限性。

3） 網絡應具備容錯能力。傳感器節(jié)點所處的環(huán)境通常比較惡劣（如噪聲、風吹雨淋等） ，導致節(jié)點易受干擾、易出錯，這要求無線傳感器網絡應具有容錯能力才會有應用前景［3］。

根據以上幾點， Chipcon公司最新生產的CC2510芯片應用于節(jié)點設計是非常合適的，有廣闊的應用發(fā)展前景。

3CC2510芯片的功能特點

Chipcon公司的CC2510芯片是一塊內嵌8051單片機的單片可編程UHF收發(fā)器芯片，其引腳圖如圖2所示［4］。該芯片除了以8051技術為核心外，還內嵌32kB的Flash存儲器、4kB的SRAM，以及8通道8-14 bit A/D轉換器、1個16位定時器和3個8位定時器、2個UART/SPI、RTC、看門狗電路、DES編碼和21個通用I/O。芯片的高度集成結構使其具有高速度、高靈敏度性、低功耗、低成本、集成單片機和位判決、同步、頻率靈活性等特點。

主要技術指標如下：工作頻帶2.4GHz，頻率穩(wěn)定性極好;接收靈敏度 -100dBm （典型） ;輸出功率可以調整，從－30dBm～0dBm;無線數據傳輸最大速度500kbit/s;采用低供電電壓（2.3V～3.6V） ，可以使用兩節(jié)AA或AAA電池供電;非常低的電流消耗;無線信號強度監(jiān)測功能RSSI;電磁兼容為EN300 220 /FCC CFR47 part 15; 36引腳、極小型QLP封裝;工作溫度范圍為-40℃～85℃，適應任何惡劣環(huán)境。

通過Chipcon公司提供的基于Windows的SmartRF Studio軟件， CC2510芯片對于不同的應用場合能配置出最佳性能。SmartRF Studio將根據用戶輸入的各項參數給出所有必需的CC2510芯片配置信息，這些16進制數作為CC2510芯片的配置信息將被輸入到微控制器中。根據配置信息，寄存器能改變以下主要參數： 接收/發(fā)送模式， 傳輸率和數據格式（NRZ、曼徹斯特碼或UART接口） ，頻率合成主要參數，頻率合成鎖定指示模式，可選RSSI或外部IF以及晶體振蕩開/關模式等。同時，由于CC2510芯片是以一個有長遠應用背景的8051內核為核心，很多流行的8051開發(fā)軟件、開發(fā)工具，都可以用于該芯片的軟件開發(fā)，例如著名的的KEIL C51開發(fā)工具和UV2集成開發(fā)環(huán)境等。

4基于CC2510的節(jié)點設計

CC2510芯片在應用方面易于擴展，只需要少許外圍元件就可以與傳感器系統(tǒng)相接，也可以方便地連接計算機的RS232串口。圖3為應用CC2510芯片的節(jié)點設計框架。圖4為基于CC2510所設計的應用電路。

編輯：jq