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(多图) LM3S1138与CC2420的无线传感器网络通信

北京理工大学 徐琰 马忠梅?? 2009年11月23日 ?? 收藏0

  引 言

  无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统,由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成。它是通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络,具有低功耗、低成本、分布式、自组织、快速展开、抗毁性强等特点。无线传感器网络能够实时监测系统并及时反馈信息,以实现复杂的指定范围的目标检测与跟踪,具有广阔的应用空间。本文介绍使用LM3S1138微控制器和CC2420无线射频芯片构建无线传感器网络节点的方法,并说明了如何实现点对点的通信传输。

  1 硬件节点设计

  1.1 网络节点设计

  无线传感器网络由网络中的多个网络节点构成。用模块化的设计方法,节点的硬件由微控制器模块和无线射频模块组成。其中,微控制器模块包含处理器核、数据存储电路和A/D转换器等,根据不同的需求还可以连接其他传感器模块。网络节点硬件结构如图1所示。

网络节点硬件结构

  1.2 LM3S1138微控制器

  微控制器选用Luminary公司的LM3S1138。它采用32位RISC结构的Cortex-M3处理器核,具有64 KB单周期Flash,16 KB单周期访问的SRAM,4个通用定时器模块(GPTM)(每个提供2个16位定时器),16位ADC事件触发器,兼容ARM FiRM的看门狗定时器,2个同步串行接口(SSI),3个完全可编程的16C550型UART(支持IrDA),3个独立集成的模拟比较器,2个I2C 模块,9~46个GPIO(具体数目取决于配置),片内低压差(LDO)稳压器(具有可编程的输出电压,用户可调节的范围为2.25~2.75 V),遵循IEEE 1149.1—1990标准的测试访问端口(TAP)控制器(通过JTAG和串行接口进行调试访问,完整的JTAG边界扫描),6个复位源,以及可编程的时钟源控制(可对单个外设的时钟进行选通以降低功耗)。Cortex-M3是ARM公司为要求有快速中断响应能力的深度嵌入式应用而设计的一款低功耗嵌入式处理器。它具有门数少、中断延迟短、调试成本低的特点,采用ARMv7-M架构,是一个可综合、高度可配置的处理器。Cortex-M3包含一个高效的哈佛结构三级流水线,可提供1.25 DMIPS/MHz,工作频率为50 MHz,采用兼容Thumb指令的Thumb-2指令集以获取更高的代码密度。它采用硬件除法和单周期乘法;集成嵌套向量中断控制器(NVIC),34个中断具有8个优先级;带可选的存储器保护单元(MPU),提供特权模式来保护操作系统的功能;非对齐式数据访问使数据能够更为有效地安置到存储器中;精确的位操作(bit-banding)不仅最大限度利用了存储器空间,而且还改良了对外设的控制。本文的硬件平台选用以LM3S1138为主控芯片的 EasyARM1138开发板。

  1.3 CC2420无线射频芯片

  CC2420无线射频芯片是Chipcon公司开发的符合ZigBee标准的2.4 GHz射频芯片。该芯片是面向于低功耗设计的兼容ZigBee协议/IEEE 802.15.4标准的产品,提供扩展的硬件来实现信息处理、数据缓存、突发传输、数据加密解密、数据识别、通道空闲确认、连接质量评估和包时间信息等特性。这些特性减轻了主机的负担,使得CC2420可以与一个低速低价的微控制器进行连接,而通过SPI接口可以很容易地对CC2420进行控制和数据访问。

  1.4 LM3S1138与CC2420的硬件连接

  根据周立功公司EasyARM1138开发板用SSI口模拟SPI的特点和CC2420的工作原理,LM3S1138与CC2420的硬件连接如图2所示。由于CC2420模块使用SPI接口与主机进行通信,而EasyARM1138中使用SSI接口来模拟SPI进行传输,在开发板上SSI口提供的帧格式中,选用SPO=0和SPH=0时Freescale SPI的帧格式。但是此帧格式中,片选信号SSIFss不符合CC2420模块的SPI通信规则,所以选择了另一个引脚模拟SPI片选信号,即 PD3/U1Tx引脚。

LM3S1138与CC2420的硬件连接


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