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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]
3 无线传感器网络节点设计
传感器节点一般由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元等功能模块组成，如图2所示。数据采集单元负责采集监视区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度和大气压力等；数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等；数据传输单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器。
3．1 节点硬件设计
图3是节点的硬件原理图。电路外围元器件较少，主要包括6个模块：LPC2138 MCU模块、MCl3192无线射频模块、电源模块、UART串口模块、JTAG接口模块和数据采集I／O模块。LPC2138和MCl3192通过SPI总线连接。LPC2138的SPI接口工作在主机模式，是数据传输的控制方；MCl3192设为从机模式。LPC2138通过4线SPI接口对MC13192的内部寄存器进行读写操作，从而完成对MCl3192的控塑封电感制以及数据通信。由传感器输出的模拟信号经过10位A／D变电感器材料换后输入到LPC2138中，LPC2138将传感器采集的信号经过处理后通过MC13192发射出去。对传感器的控制信号可以从MC13192的天线接收进来，通过SPI传送到LPC2138上，经过其判断处理后通过GPIO口传送到传感器上，以实现对传感器的控制。MCl3192芯片指定的晶振频率为16 MHz，考虑到晶振对通信质量的影响，在制作PCB板时应将晶振的位置尽可能地靠近MCl3192芯片的XTAL1和XTAL2引脚。电源电路采用两种方式：一种是3.6V干电池；另一种是钮扣电池，可以根据需要选用。
功率电感
3．2 节点软件设计
按照硬件电路设计思路，软件采用模块化结构程序设计方式。软件模块包括：数据发送模块、数据接收模块、UART串口模块、LPC2138与MCl3192连接的SPI模块、中断服务模块。系统软件编程的基本思路：先对SPI端口、MC13192控制端口和LPC2138控制端口进行初始化；使能SPI端口、UART端口和A／D；初始化MCl3192芯片；开启接收机后，即可运行任务程序，实现接收或发送数据。这里简要给出LPC2138与MCl3192之间的SPI通信程序。发送和接收程序流程如图4和图5所示。
3．3 实验结果
图6为硬件节点实物图。该电路板经过仿真调试应用良好，可以实现多个节点间的通信；在实验电路板上设置了一个LED，可以通过灯的闪烁来指示信息接收的质量以及接收的成败；能够利用串行接口与计算机进行通信，并且可以通过JTAG接口电路进行程序的固化。初步的实验表明：通信距离基本达到预期目标，在空旷地带以最大功率传输，可以以较小误码率传输60多米。采用l节电压为3．6 V、容量为2l00mAh的干电池供电时，节点连续工作的时间为3～4天。如果使得该节点始终工作在超低功耗的工作状态，则其工作时间可以超过1年，能够满足特定应用场合对电池寿命的要求。
结语
经实验证明，以MC13192和LPC2138为核心构造的无线传感器网络节点，在功耗、传输距离以及无线传输速率等性能上都能满足应用要求。在此方案基础之上，通过移植ZigBee协议栈，可以构建ZigBee网络的网络层、应工字电感用层及安全层，再配以满足特定要求的传感器便可实现具体的应用网络。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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