基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计

　　0 引言

　　目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也较高，不适于短距离无线通信。ZigBee技术的出现就弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，大大减少资源的浪费，且有很大的发展前景。

　　ZigBee技术是在IEEE 802.15.4协议标准的基础上扩展起来的，是一种短距离、低功耗、低传输速率的无线通信技术。该技术主要针对低速率传感器网络而提出，能够满足小型化、低成本设备的无线联网要求，可广泛应用于工业、农业和日常生活中。

　　ZigBee无线网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三中拓扑结构。ZigBee网络有两种类型的多点接入机制。在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，任何时候都允许所有节点发送。在使能信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。

　　1 无线传感器网络节点硬件设计

　　本文采用集成MCU+射频收发模块的SOC设计方式，这种组合方式的兼容性与芯片之间的数据传输可靠性强，而且能实现节点的更微小化和极低的功耗。

　　1.1 无线传感器网络节点组成

　　无线传感器网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源管理模块组成，如图1所示。数据采集单元用来采集区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度及大气压力等;数据处理单元控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理等;数据传输单元用于与其他节点进行无线通信、交换控制消息及收发采集数据;电源管理单元选通所用到的传感器。

　　1.2 CC2430模块

　　本文采用CC2430芯片为核心来设计传感器节点。CC2430芯片是挪威Chipcon公司推出的符合IEEE802.15.4标准ZigBee协议的Soc解决方案。适合于各种ZigBee的无线网络节点，包括调谐器、路由器和终端设备。CC2430模块采用0.18 um CMOSSE艺生产，工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或者25 mA。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长的应用。

　　CC2430有两个串行通信接口USART0和USART1。两个串口既可以工作于UART(异步通信)模式，也可工作于SPI(同步通信)方式，模式的选择由串口控制/状态寄存器的UOCSR.MODE决定。