摘　要：　基于無線傳感器網絡的特點，以ｃｃ２４３０芯片為核心設計了一種微型傳感器節點。詳細闡述了傳感器節點的溫濕度數據采集模塊、電池能量檢測模塊以及節點之間“點對點”無線通信的軟件流程。

　　無線傳感器網絡是由部署在監測區域內的大量微型傳感器節點組成的，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。無線傳感器網絡技術在美國商業周刊和ｍｉｔ技術評論的預測未來技術發展報告中，分別被列為２１世紀最有影響的２１項技術和改變世界的１０大技術之一。

　　傳感器節點是無線傳感器網絡的基本組成單位。它由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四個部分組成。由于傳感器節點通常是一個微型的嵌入式系統，它的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，并通過攜帶能量有限的電池供電。本文依據傳感器節點的這些特點，設計了一種用于環境中溫濕度監測的以芯片ｃｃ２４３０為核心的無線傳感器網絡節點。

　　１　ｃｃ２４３０簡介

　　ｃｃ２４３０芯片是ｃｈｉｐｃｏｎ公司提供的全球首款支持ｚｉｇｂｅｅ協議的ｓｏｃ解決方案。它延用了ｃｃ２４２０芯片的架構，在單個芯片上整合了ｚｉｇｂｅｅ　射頻（ｒｆ）前端、內存和微控制器。ｃｃ２４３０擁有１個８位８０５１ｍｃｕ，８ｋｂ的ｒａｍ，３２ｋｂ、６４ｋｂ或１２８ｋｂ的ｆｌａｓｈ，還包含模擬數字轉換器、幾個定時器、ａｅｓ１２８協處理器、看門狗定時器、３２ｋｈｚ晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及２１個可編程ｉ／ｏ引腳。

　　ｃｃ２４３０芯片采用０．１８μｍ　ｃｍｏｓ工藝生產，工作時的電流損耗為２７ｍａ；在接收和發射模式下，電流損耗分別低于２７ｍａ或２５ｍａ。ｃｃ２４３０的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。

　　ｃｃ２４３０芯片的主要特點有：３２ｍｈｚ單指令周期低功耗的８０５１微控制器核；集成兼容ｉｅｅｅ８０２．１５．４標準２．４ｇｈｚ頻段的ｒｆ無線電收發機；８ｋｂ的ｓｒａｍ，其中４ｋｂ可在所有功耗模式下保持數據；兼容ｒｏｈｓ的７×７ｍｍｑｌｐ封裝；４種可編程功耗模式；可編程的看門狗定時器；上電復位功能；支持硬件調試功能；優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅０．９μａ的流耗，外部中斷或ｒｔｃ能喚醒系統；在待機模式時少于０．６μａ的流耗，外部中斷能喚醒系統；硬件支持ｃｓｍａ／ｃａ功能；較寬的電壓范圍（２．０～３．６ｖ）；數字化的ｒｓｓｉ／ｌｑｉ支持和強大的ｄｍａ功能；具有電池監測和溫度感測功能；集成了１４位模數轉換的ａｄｃ；集成ａｅｓ安全協處理器；帶有２個強大的、支持幾組協議的ｕｓａｒｔ，以及１個符合ｉｅｅｅ　８０２．１５．４規范的ｍａｃ計時器，１個常規的１６位計時器和２個８位計時器。

　　２　節點的硬件設計

　　無線傳感器網絡的節點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊構成。處理器模塊和無線通信模塊采用ｃｃ２４３０芯片，大大簡化了射頻電路的設計。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器ｓｈｔ１０。電源模塊采用３ｖ紐扣電池。節點的硬件原理框圖如圖１。

　　ｓｈｔ１０用于采集周圍環境中的溫度和濕度，其工作電壓為２．４～５．５ｖ，測濕精度為±４．５％ｒｈ，２５℃時測溫精度為±０．５℃。采用ｓｍｄ貼片封裝，與處理器的通信電路如圖２所示。ｓｈｔ１０采用兩條串行線與處理器進行數據通信。ｓｃｋ數據線負責處理器和ｓｈｔ１０的通訊同步；ｄａｔａ三態門用于數據的讀取。ｄａｔａ在ｓｃｋ時鐘下降沿之后改變狀態，并僅在ｓｃｋ時鐘上升沿有效。數據傳輸期間，在ｓｃｋ時鐘高電平時，ｄａｔａ必須保持穩定。為避免信號沖突，微處理器應驅動ｄａｔａ在低電平。需要一個１０ｋω的外部上拉電阻將信號提拉至高電平。本設計中ｃｃ２４３０的引腳ｐ１．０用于ｓｃｋ，ｐ１．１用于ｄａｔａ。

　　３　節點的軟件設計

　　節點的軟件分為數據采集、電池能量檢測和無線通信這三個分別設計的模塊。以下給出了各個模塊的流程圖和詳細說明。

　　３．１　溫濕度數據采集模塊

　　溫濕度傳感器ｓｈｔ１０采用類似但不兼容ｉ２ｃ總線的方式和處理器通信。數據通過ｄａｔａ線直接讀取，控制流程如圖３所示。首先用一組啟動傳輸時序進行數據傳輸的初始化，然后發送一組測量命令（‘０００００１０１’表示相對濕度，‘００００００１１’表示攝氏