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无线传感器网络节点应用的硬件设计

2009年02月16日 ?? 收藏0

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  3.2数据处理单元

  ATmega128L的外围电路设计简单,设计时注意在数字电路的电源并人多只电容滤波。ATmega128L的工作时钟源可以选取外部晶振、外部RC振荡器、内部RC振荡器、外部时钟源等方式。工作时钟源的选择通过ATmega128L的内部熔丝位来设计。熔丝位可以通过JTAG编程、ISP编程等方式设置。ATmega128L采用7.3728 MHz和32.768 kHz两个外部晶振。前者用作工作时钟,后者用作实时时钟源。

  3.3数据传输单元

  3.3.1 CC2420外围电路设计

  图4给出数据传输单元的外围电路。CC2420只需要极少的外围元器件。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。

  射频输入/输出匹配电路主要用来匹配器件的输入输出阻抗,使其输入输出阻抗为50 Ω,同时为器件内部的PA及LNA提供直流偏置。射频输入/输出是高阻抗,有差别。射频端最适合的负载是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61组成不平衡变压器,L62和L81匹配射频输入输出到50 Ω;L61和L62同时提供功率放大器和低噪声放大器的直流偏置。内部的T/R开关是为了切换低噪声放大器/功率放大器。R451偏置电阻是电流基准发生器的精密电阻。CC2420本振信号既可由外部有源晶体提供,也可由内部电路提供。若由内部电路提供时,需外加晶体振荡器和两只负载电容,电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。设计采用16 MHz晶振时,其电容值约为22 pF。C381和C391是外部晶体振荡器的负载电容。片上电压调节器提供所有内部1.8 V电源的供应。C42是电压调节器的负载电容,用于稳定调节器。为得到最佳性能必须使用电源去耦。在应用中使用大小合适的去耦电容和功率滤波器是非常重要的。CC2420可以通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、CSn)设置器件的工作模式,并实现读,写缓存数据,读/写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP引脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。

  3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式

  CC2420为IEEE 802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAC层的帧格式为:头帧+数据帧+校验帧;PHY层的帧格式为:同步帧+PHY头帧+MAC帧,帧头序列的长度可通过设置寄存器改变,采用16位CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入RAM中的128字节缓存区进行相应的帧打包和拆包操作。表1给出CC2420的四线串行SPI接口引脚功能。它是设计单片机电路的依据,充分发挥这些功能是设计无线通信产品的前提。

  3.3.3 CC2420与单片机接口电路设计

  图5给出CC2420与ATmega128L单片机的接口电路。CC2420通过简单的四线(SI、SO、SCLK、CSn)与SPI兼容串行接口配置,这时CC2420是受控的。ATmega128L的SPI接口工作在主机模式,它是SPI数据传输的控制方;CC2420设为从机工作方式。当ATmega128L的SPI接口设为主机工作方式时,其硬件电路不会自动控制SS引脚。因此,在SH通信时,应在SPI接口初始化,它是由程序控制SS,将其拉为低电平,此后,当把数据写入主机的SPI数据寄存器后,主机接口将自动启动时钟发生器,在硬件电路的控制下,移位传送,通过MOSI将数据移出ATmega128L,并同时从CC2420由MISO移人数据,8位数据全部移出时,两个寄存器就实现了一次数据交换。

  4结语

  通过对于无线传感器网络节点中传感器元件、数据处理模块、数据传输模块和电源的选择,设计了一种以CC2420和ATmega128L为主体的硬件方案。利用该方案设计的CC2420和ATmega128L的外围电路以及两者之间的接口电路。此外,还对传感器与单片机的接口电路进行设计。通过实验验证,设计的硬件节点基本上达到了项目要求,经调试能通过传感器正确真实地采集数据,并实现两个无线节点(两个电路板。AA电池供电)在30 m左右的通信、传输数据、并反映到终端设备。


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无线传感器? 路由器? 网络?

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