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基于MCl3192的无线传感器网络节点设计
发布时间:2018-03-20 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 摘要 ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术，以低速率、低功耗、短距离而著称，是目前研究的热门技术。本文简要介绍了ZigBee技术体系结构与特点，以及基于ZigBee技术的无线传感器网络的主要优势；重点介绍了一种采用符合ZigBee技术的射频芯片MCl3192实现无模压电感器线传感器网络节点的设计方案，井对系统硬件接口电路与无线通信软件流程作了说明。
关键词 ZigBee技术 无线传感器网络节点 MCl3192 LPC2138
引 言
无线传感器网络是计算机技术、通信技术和传感器网络技术相结合的产物，是互联网领域研究的热点之一。应用于无线传感器网络的技术有许多种(如蓝牙技术、红外技术和超带宽无线通信技术等)，推动了无线传感器网络的发展。但是，在家庭控制、医疗护理和工业监测应用中不需要很高的带宽，需要的只是低延迟、低功耗；而如果使用现有的、过于复杂的无线通信电感器生产技术，将非常耗电，占用过多的计算和通信资源。为满足上述要求，ZigBee技术应运而生。ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，把低功耗、低成本作为重要目标，主要应用于低速传输，可以作为无线传感器网络的通信协议。
传感器节点是组成无线传感器网络的基本单元，是构成无线传感器网络的基础平台。ZigBee网络节点通常是一个微型嵌入式系统，完成数据的采集、处理和传送，是决定网络性能的重要因素。本文采用Freescale公司的ZigBee无线收发射频芯片MCl3192和Philips公司的32位ARM芯片LPC2138，完成了无线传感器网络节点的设计，给出了软、硬件设计方案，并且在硬件基础上进行了结果分析。
1 ZigBee技术及其优势
ZigBee协议标准是由ZigBee联盟与IEEE 802．15．4的任务小组来共同制定的，其协议栈主要由5层体系组成，结构如图1所示。其中，物理层和MAC层标准主要由IEEE 802．15．4的任务小组完成；网络层和安全层由ZigBee联盟制定；应用层的开发则根据用户的应用需要对其进行开发，用户提供机动、灵括的组网方式。
ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务，特别是无线传感器网络，因为它具有以下优点：功耗低。由于其传输速率低，发射功率仪为1mW，所以功塑封电感器耗很低；而且采用了休眠模式，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节五号电池就可以维持长达6个月～2年左右的使用时间。
时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备的时延为30ms，休眠激活的时延为15ms，活动设备信道接人的时延为15ms。因此，ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制等应用。
网络容量大。一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，一个区域内最多可以同时存在100个独立而且互相重叠覆盖的ZigBee网络。
安全可靠。采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞线圈电感器争和冲突；采用完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；还提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证。
基于以上特点与优势，ZigBee技术在无线传感器网络中的应用将有广阔的发展空间。2 MCl3192芯片与LPC2138芯片简介
MCl3192是Freescale公司推出的符合ZigBee标准的射频芯片。其工作频率是2．405～2．480GHz，该频带划分为16个信道，每个信道占用5MHz的带宽；采用直接序列扩频的通信技术，数据传输速率为250kbpes。MCl3192具有一个优化的数字核心，有助于降低MCU处理功率，缩短执行周期。为了适应低功耗的要求，芯片除了接收、发送和空闲3种工作状态外，还有3种低功耗运行模式：①掉电模式，这种模式下芯片电流小于1μA；②睡眠模式，这种模式下电流在3μA左右；③休眠模式，这种模式下下电流约为35μA。芯片采用可编程功率输出模式，发送功率为O～4 dBm，接收灵敏度可以达到 92dBm，传输距离30～70m。
LPC2138芯片是Philips公司推出的一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7微控制器。它具有丰富的片上存储功能，带有512KB嵌入的高速Flash存储器和32 KB片内静态RAM；还带有多个串行接口，2个8路lO位A／D转换器，功率电感器1个D／A转换器和47个GPIO，以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。LPC2138有两种低功耗模式：空闲模式和掉电模式。较小的封装和极低的功耗使其町以理想地与MCl3192结合，作为基于ZigBee技术的无线传感器网络节点。传输频带为DC-100KHZ的DC伺服隔离放大器电路的功能模拟信号中混入比较多的共模电压噪声时，为使传感器等的输入信号浮地，可采用本电路。目前使用较多的是微型等的输入信号浮地，可采用本电路。目前使用较多的是微型组件，这些放大器内部由DC-DC转换器
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