基于MSP430和NRF2401的WSN節(jié)點設計

0 引 言
無線傳感器網(wǎng)絡WSN(wireless sensor network)是一種自組織網(wǎng)絡，它由大量低成本、資源有限的傳感節(jié)點設備組成，節(jié)點間協(xié)同工作實現(xiàn)某一特定任務。由于無線傳感網(wǎng)絡所具有的易擴展、自組織、分布式結構和實時性的特點，無線傳感網(wǎng)絡的應用已經(jīng)由軍事領域擴展到其他許多領域，例如環(huán)境監(jiān)測、氣候監(jiān)測、目標追蹤、工業(yè)自動化等方面，此外還為未來的遠程醫(yī)療和空間探索提供了很大的應用空間。
無線傳感器網(wǎng)絡體系結構如圖1所示，通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點(sinknode)、外部網(wǎng)絡和用戶界面。大量傳感器節(jié)點隨機部署在感知區(qū)域(Sensorfield)內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構成網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳進行傳輸，在傳輸過程中所采集的數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳路由后到匯聚節(jié)點，再由匯聚節(jié)點通過外部網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)傳送到處理中心進行集中處理。

1 系統(tǒng)硬件設計
無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點的硬件一般包括數(shù)據(jù)處理單元、無線傳輸單元、傳感采集單元和電源供應單元。如圖2所示，傳感采集單元可以根據(jù)應用背景選擇相應的測量物理量的傳感器，電源供應單元部分由于系統(tǒng)大部分處于低功耗模式，可以采用7號電池解決。下面著重介紹數(shù)據(jù)處理單元、無線傳輸單元。

1．1 數(shù)據(jù)處理單元
MSP430是具有超低功耗特點的16位單片機，本方案選用MSP430F148，其功耗電流已經(jīng)達到了μA級。16位CPU和高效的RISC指令系統(tǒng)，無外擴的數(shù)據(jù)地址總線，在8MHz時可達到125ns的指令周期，具有16個快速響應中斷，能及時處理各種緊急事件。豐富的片內(nèi)外圍功能模塊：12位的A／D轉換器ADC12內(nèi)包括采樣／保持功能的ADC內(nèi)核、轉換存儲邏輯、內(nèi)部參考電平發(fā)生器、多種時鐘源、采樣及轉換時序電路。有8個外通道，4個內(nèi)通道，高達200kbps的采樣速率，多種采樣方式。兩路USART通信串口，可用于UART和SPI模式；片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個16位定時器，6個并行口P1～P6，48條I／O口線，其具有64KB的閃存，用于存儲采集數(shù)據(jù)。