一种无线传感器网络节点的开发

文章摘要：一种无线传感器网络节点的开发 大连海事大学 刘婷 王莹 引言 无线传感器网络系统中，每个传感器节点都具有无线通信功能，各个测点的传感器单元，对此处的参数进行测量，并组成一个无线网络，将测量数据通过该网络以无线方式传送到监控中心。无线传感器网络系统与传统的有线传感器网络相比，具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适合用于对布线困难的区域、人员不能到达的区域和一些对临时场合的状况进行远程监测，如大型建筑的健康状态监测

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一种无线传感器网络节点的开发 大连海事大学 刘婷 王莹

引言

无线传感器网络系统中，每个传感器节点都具有无线通信功能，各个测点的传感器单元，对此处的参数进行测量，并组成一个无线网络，将测量数据通过该网络以无线方式传送到监控中心。无线传感器网络系统与传统的有线传感器网络相比，具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适合用于对布线困难的区域、人员不能到达的区域和一些对临时场合的状况进行远程监测，如大型建筑的健康状态监测、空间探索、灾害预测、获取敌方战场信息等，也因此成为国际上的前沿热点研究领域。

针对环境及结构状态监测，我们设计了一种无线传感器网络，该网络由若干传感器节点、一个无线接收功能的网络控制节点及一台计算机构成。无线传感器节点分布于需要监测的区域内，执行数据采集、处理和无线通信等工作，网络控制节点接收各传感器的数据并以有线的方式将数据传送给计算机。结构如图1所示。

传感器节点的硬件设计

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。

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 包含的组件为：

（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P2；

（6）4 个8 位并行端口：P3、P4、P5 与P6；

（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）60 KB＋256字节FLASH，2 KB RAM。

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。

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。

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 A，唤醒时间20 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）。

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