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采用MC13192的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

作者: 時(shí)間:2011-07-31 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由ZigBee聯(lián)盟與IEEE 802.15.4的任務(wù)小組來(lái)共同制定的,其協(xié)議棧主要由5層體系組成,結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,物理層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)主要由IEEE 802.15.4的任務(wù)小組完成;層和安全層由ZigBee聯(lián)盟制定;應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)則根據(jù)用戶的應(yīng)用需要對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā),用戶提供機(jī)動(dòng)、靈活的組網(wǎng)方式。

  ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù),特別是,因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):

  功耗低。由于其傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1 mW,所以功耗很低;而且了休眠模式,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)五號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月~2年左右的使用時(shí)間。

  時(shí)延短。通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,典型的搜索設(shè)備的時(shí)延為30 ms,休眠激活的時(shí)延為15 ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15 ms。因此,ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的控制等應(yīng)用。

  容量大。一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)主設(shè)備,一個(gè)區(qū)域內(nèi)最多可以同時(shí)存在100個(gè)獨(dú)立而且互相重疊覆蓋的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

  安全可靠。采取了碰撞避免策略,避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突;完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息;還提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證。

  基于以上特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì),ZigBee技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用將有廣闊的發(fā)展空間。

2 芯片與LPC2138芯片簡(jiǎn)介

  是Freescale公司推出的符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片。其工作頻率是2.405~2.480 GHz,該頻帶劃分為16個(gè)信道,每個(gè)信道占用5 MHz的帶寬;直接序列擴(kuò)頻的通信技術(shù),數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbps。具有一個(gè)優(yōu)化的數(shù)字核心,有助于降低MCU處理功率,縮短執(zhí)行周期。為了適應(yīng)低功耗的要求,芯片除了接收、發(fā)送和空閑3種工作狀態(tài)外,還有3種低功耗運(yùn)行模式: ① 掉電模式,這種模式下芯片電流小于1 μA;② 睡眠模式, 這種模式下電流在3 μA左右;③ 休眠模式,這種模式下下電流約為35 μA。芯片采用可編程功率輸出模式,發(fā)送功率為0~4 dBm,接收靈敏度可以達(dá)到-92 dBm,傳輸距離30~70 m。

  LPC2138芯片是Philips公司推出的一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32位ARM7微控制器。它具有豐富的片上存儲(chǔ)功能,帶有512 KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器和32 KB片內(nèi)靜態(tài)RAM;還帶有多個(gè)串行接口,2個(gè)8路10位A/D轉(zhuǎn)換器,1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和47個(gè)GPIO,以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。LPC2138有兩種低功耗模式: 空閑模式和掉電模式。較小的封裝和極低的功耗使其可以理想地與MC13192結(jié)合,作為基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

  傳感器一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和電源管理單元等功能模塊組成,如圖2所示。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)采集監(jiān)視區(qū)域的信息并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,采集的信息包含溫度、濕度、光強(qiáng)度、加速度和大氣壓力等;數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理以及任務(wù)管理等;數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信,交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);電源管理單元選通所用到的傳感器。

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圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)組成框圖



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