基于TinyOS的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　2．1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊直接與外界接觸進(jìn)行信息感知和采集。它將采集的物理量通過積分、放大電路的整形處理后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送給處理器。

　　2．2 數(shù)據(jù)處理和控制模塊

　　數(shù)據(jù)處理和控制模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心，它主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、任務(wù)調(diào)度、資源管理等功能。作為硬件平臺(tái)的中心模塊，應(yīng)該具有集成度高，功耗低，運(yùn)行速度快，I／O和擴(kuò)展接口多等特點(diǎn)，并應(yīng)適應(yīng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的需要?；谝陨显?，可以采用TI公司的 MSP430系列超低功耗處理器、高效的16位．RISC CPU確保任務(wù)的快速執(zhí)行，以縮短工作時(shí)間；可以從睡眠模式到活動(dòng)模式的6μs轉(zhuǎn)換時(shí)間延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間，降低電池的功耗；集成12位A／D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器、FLASH程序存儲(chǔ)器和2 KB RAM，具有豐富的端口資源，可以與各種傳感器連接。

　　2．3 通信模塊

　　無線收發(fā)模塊主要完成傳感器節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)交換功能，這里采用Nordic公司的nRF24E1芯片。nRF24E1內(nèi)部集成了2．4 GHz的nRF2401無線收發(fā)器，其增強(qiáng)型8051內(nèi)核和9輸入的10位A／D轉(zhuǎn)換器無線收發(fā)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線通信，具有體積小，功耗低和外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一些只實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳送功能的節(jié)點(diǎn)可以由nRF24E1內(nèi)嵌的8051單片機(jī)進(jìn)行控制處理，所以可直接采用nRF24E1和傳感器模塊構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn)。然而，對(duì)于數(shù)據(jù)處理要求高，功能復(fù)雜，計(jì)算量大，要為通信協(xié)議、功能協(xié)調(diào)、應(yīng)用處理等提供硬件支持的節(jié)點(diǎn)(如網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn))，則采用MSP430作為處理器，nRF24E1作為無線通信模塊，其連接圖如圖3所示。

　　通過配置特殊寄存器，可使nRF24E1工作在ShockBurst無線方式。數(shù)據(jù)低速輸入高速發(fā)送，功耗極低，并可通過軟件控制開關(guān)進(jìn)一步降低能耗。用 MSP430的P1口控制nRF24E1，通過配置CE，PWR，CS三個(gè)控制管腳，使芯片工作在不同的模式。當(dāng)nRF24E1工作在發(fā)送方式時(shí)，接口引腳為CE，CLK1和DATA；當(dāng)CPU請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，置CE為高電平。此時(shí)，將接收機(jī)地址和有效載荷數(shù)據(jù)送入nRF24E1，置CE為低電平，激活 ShockBurst發(fā)射；當(dāng)nRF24E1工作在接收方式時(shí)，接口引腳為CE，DR1，CLK1和DATA。在正確設(shè)置射頻包輸入載荷的地址和大小后，置CE為高電平。此后，nRF24E1監(jiān)測(cè)信息輸入，若收到有效數(shù)據(jù)包，則給處理器一個(gè)中斷，并置DR1為高電平，使處理器將有效載荷數(shù)據(jù)取走，待系統(tǒng)收到全部數(shù)據(jù)后再置DR1為低。此時(shí)，如果CE保持高電平，則等待新的數(shù)據(jù)包；若CE置低電平，則開始其他工作流程。

　　2．4 電源模塊

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限，目前主要解決節(jié)約電能的方法是采用休眠機(jī)制，即節(jié)點(diǎn)在沒有事件發(fā)生時(shí)盡快進(jìn)入休眠狀態(tài)；而在有事件發(fā)生時(shí)及時(shí)自動(dòng)醒來，并喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)，形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在光線充足的地方采用太陽能電池代替化學(xué)電池，使節(jié)點(diǎn)有更長(zhǎng)的工作時(shí)間。