基于CC2420的无线传感器网络节点的设计
无线传感器实验二报告
浙江工业大学计算机学院实验报告实验名称无线传感网络实验之丢包率检测日期 2014年12月30日一、实验内容本次实验主要是通过代码的编写测试节点的发送功率和距离的远近对接收节点的丢包率的影响。
对发送功率的设置是通过修改CC2420.h文件中的参数实现的。
其中距离的远近的调节是容易实现的。
而对丢包率的计算是由接收节点的主机B将收到的数据包打印到屏幕上，主机A烧写的节点则是实现每次发送100个数据包。
二、程序源代码主机A（发送方）✧BlinkToRadio.h#ifndef BLINKTORADIO_H#define BLINKTORADIO_Henum {AM_BLINKTORADIO = 6,TIMER_PERIOD_MILLI = 250};typedef nx_struct BlinkToRadioMsg {nx_uint16_t nodeid;nx_uint16_t counter;} BlinkToRadioMsg;#endif✧BlinkToRadioAppC.nc#include <Timer.h>#include "BlinkToRadio.h"configuration BlinkToRadioAppC {}implementation {components MainC;components LedsC;components BlinkToRadioC as App;components new TimerMilliC() as Timer0;components ActiveMessageC;components new AMSenderC(AM_BLINKTORADIO);components new AMReceiverC(AM_BLINKTORADIO);App.Boot -> MainC;App.Leds -> LedsC;App.Timer0 -> Timer0;App.Packet -> AMSenderC;App.AMPacket -> AMSenderC;App.AMControl -> ActiveMessageC;App.AMSend -> AMSenderC;App.Receive -> AMReceiverC;}BlinkToRadioC.nc#include <Timer.h>#include "BlinkToRadio.h"module BlinkToRadioC {uses interface Boot;uses interface Leds;uses interface Timer<TMilli> as Timer0;uses interface Packet;uses interface AMPacket;uses interface AMSend;uses interface Receive;uses interface SplitControl as AMControl;}implementation {uint16_t counter;message_t pkt;bool busy = FALSE;void setLeds(uint16_t val) {if (val & 0x01)call Leds.led0On();elsecall Leds.led0Off();if (val & 0x02)call Leds.led1On();elsecall Leds.led1Off();if (val & 0x04)call Leds.led2On();elsecall Leds.led2Off();}event void Boot.booted() {call AMControl.start();}event void AMControl.startDone(error_t err) {if (err == SUCCESS) {call Timer0.startPeriodic(TIMER_PERIOD_MILLI);}else {call AMControl.start();}}event void AMControl.stopDone(error_t err) {}event void Timer0.fired() {counter++;//发送100个数据包if(counter <101) {if (!busy) {BlinkToRadioMsg* btrpkt =(BlinkToRadioMsg*)(call Packet.getPayload(&pkt,sizeof(BlinkToRadioMsg)));if (btrpkt == NULL) {return;}btrpkt->nodeid = 10;btrpkt->counter = counter;if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR,&pkt, sizeof(BlinkToRadioMsg)) == SUCCESS) {busy = TRUE;}}}}event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t err) {if (&pkt == msg) {busy = FALSE;}}event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len){if (len == sizeof(BlinkToRadioMsg)) {BlinkToRadioMsg* btrpkt = (BlinkToRadioMsg*)payload;setLeds(btrpkt->counter);}return msg;}}✧MakefileCOMPONENT=BlinkToRadioAppCinclude $(MAKERULES)主机B（接收方）✧BlinkToRadio.h#ifndef BLINKTORADIO_H#define BLINKTORADIO_Henum {AM_BLINKTORADIO = 6,TIMER_PERIOD_MILLI = 250};typedef nx_struct BlinkToRadioMsg {nx_uint16_t nodeid;nx_uint16_t counter;} BlinkToRadioMsg;#endif✧BlinkToRadioAppC.nc#include <Timer.h>#include "BlinkToRadio.h"configuration BlinkToRadioAppC {}implementation {components MainC;components LedsC;components BlinkToRadioC as App;components new TimerMilliC() as Timer0;components ActiveMessageC;components new AMSenderC(AM_BLINKTORADIO);components new AMReceiverC(AM_BLINKTORADIO);App.Boot -> MainC;App.Leds -> LedsC;App.Timer0 -> Timer0;App.Packet -> AMSenderC;App.AMPacket -> AMSenderC;App.AMControl -> ActiveMessageC;App.AMSend -> AMSenderC;App.Receive -> AMReceiverC;}BlinkToRadioC.nc#include <Timer.h>#include "BlinkToRadio.h"#include "printf.h"module BlinkToRadioC {uses interface Boot;uses interface Leds;uses interface Timer<TMilli> as Timer0;uses interface Packet;uses interface AMPacket;uses interface AMSend;uses interface Receive;uses interface SplitControl as AMControl;}implementation {uint16_t counter;message_t pkt;bool busy = FALSE;uint32_t nowtime;uint16_t Number=0;event void Boot.booted() {call AMControl.start();}event void AMControl.startDone(error_t err) {if (err == SUCCESS) {}else {call AMControl.start();}}event void AMControl.stopDone(error_t err) {}event void Timer0.fired() {printf("now is:%d\n",(call Timer0.getNow()));printfflush();call Leds.led0Toggle();}event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t err) {if (&pkt == msg) {busy = FALSE;}}event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload,uint8_t len){if (len == sizeof(BlinkToRadioMsg)) {BlinkToRadioMsg* btrpkt = (BlinkToRadioMsg*)payload;if(btrpkt->nodeid==10){//====================================if (!busy) {call Leds.led2Toggle();Number++;printf("No.%d pakage is received,thenumber:%d\n",btrpkt->counter,Number);printfflush();if (call AMSend.send(AM_BROADCAST_ADDR, &pkt,sizeof(BlinkToRadioMsg)) == SUCCESS) {busy = TRUE;}}}}return msg;}}MakefileCOMPONENT=BlinkToRadioAppCCFLAGS += -I$(TOSDIR)/lib/printfinclude $(MAKERULES)三、实验步骤1.在实验四的代码基础上，修改BlinkToRadioC.nc中的事件Timer0.fired()和事件Receive.receive中收到数据包后输出对应的信息。
基于CC2420的ZigBee通信节点的设计与实现
随着社会的发展，人们对通信技术的要求日益提高，无线通信技术在其中扮演着越来越重要的角色。
ZigBee 作为一种国际标准短距离无线通信协议，其协议栈体系结构是基于标准七层开放式系统互联参考模型(OSI)，IEEE802.15.4-2003标准定义了下面的两层：物理层(PHY)和媒体接入控制子层。
网络层、应用会聚层、应用层则由ZigBee联盟制订。
IEEE802.15.4-2003有三个PHY层，包括单个分离的频率范围：868MHz、915MHz和2.4GHz。
低频率PHY层包括868MHz欧洲频段和915MHz美国及澳大利亚频段，高频段PHY层为全球通用。
ZigBee协议标准具有如下特点：成本低、功耗低、时延短、网络容量大、可靠性高、安全和传输距离远。
Zig-Bee技术主要应用在短距离范围内的低速率电子设备之间的数据传输，因此非常适用于家电和小型电子设备的无线控制指令传输，其典型的传输数据类型包括周期性数据、间歇性数据和重复低反应时间数据等。
ZigBee 联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费类电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
1CC2420射频芯片CC2420是Chipcon公司(现被美国德州仪器公司收购)推出的，用来实现ZigBee应用的单片RF收发器，它具有高度集成、低成本、低电压、低功耗等特点，支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议，内置数字直接序列扩频调制解调模块，其数据通信速率可达250Kb/s。
CC2420射频芯片的特征如下：第一款真正的2.4GHz 符合IEEE802.15.4标准的射频收发器，具备基带调制解调和MAC层支持功能：自动生成帧引导序列，插入和检测同步字，CRC-16计算和校验，空闲信道评估，接收信号强度指示(RSSI)和链路质量指示(LQI)以及三种模式的MAC安全保护；直接序列扩频(DSSS)基带调制解调，码片速率达2MChip/s，有效数据速率达250Kb/s；同时适用于RFD和FFD；超低电流消耗(RX：18.8mA，TX：17.4mA)；片上稳压器提供2.1~3.6V的低电压，外部稳压器提供1.6~2.0V的低电压；可编程输出功率；无需外接滤波器，只需要接入晶振和很少的无源元器件；同相信号和正交相位信号低中频接收器和直接升频转换发送；128B发送数据缓存，128B接收数据缓存；CTR加密/解密，CBC-MAC验证，CCM加密/解密+验证，单独的AES加密；电源监控；QLP-48封装，芯片大小为7mm×7mm。
基于ZigBee协议多跳无线传感器网络设计
基于ZigBee协议的多跳无线传感器网络设计摘要：本文介绍了一种以zigbee协议为核心的多跳无线传感器网络设计，传感器节点处理器采用atmel公司的atmega128l芯片，无线通信采用chipcon公司的cc2420射频芯片，传感器采用数字湿度温度传感器sht10，对不同功能的节点采用不同的程序设计，成功实现数据在无线传感器网络节点间的多跳路由。
关键词：无线传感器网络；zigbee协议；多跳；协调器；路由器；终端设备中图分类号：tp79无线传感器网络（wsn，wirelesssensornetwork）是由多个节点组成的面向任务的无线自组织网络，它综合了无线通信技术，传感器技术，微机电技术，计算机网络技术等多学科的技术领域，借助各类传感器对检测目标进行数据采集，通过无线通信的方式把信息发送给观测者。
由于无线传感器网络具有不依赖有线基础设施，可以自组网和允许网络具有动态的拓扑结构等优点，特别适用于一些不适合人类直接参与的检测环境进行数据采集，因此无线传感器网络在军事、空间探索和灾难拯救等特殊领域有其得天独厚的技术优势，在环境、健康、家庭和其他商业领域有广阔的应用前景。
1 zigbee协议zigbee协议是一种建立在ieee802.15.4标准之上的短距离，低速率的无线通信协议，其中物理层和链路层由ieee802.15.定义，网络层和应用层由zigbee联盟规范。
与其他短距离无线通信技术相比，zigbee协议具有以下优点：（1）功耗低。
低功耗待机模式下，两节5号电池就可以是由6个月以上。
（2）具有3个无线收发器频段。
868mhz（欧盟）；902mhz（美国）；2.4ghz。
（3）网络容量大。
可支持6500个节点设备。
（4）采用csma-ca机制，有效的避免了数据发送时因碰撞产生的冲突。
（5）网络安全性高。
采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据进行了加密算法，有效的保证了数据传输的有效性和安全性。
无线传感器网络节点介绍
基于系统集成技术的节点类型和特点在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。
已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。
典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT µAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。
国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。
这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。
其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。
处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。
目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。
这些处理器的性能综合比较见表1。
表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较在无线传感器网络中，广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信、具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。
防爆型无线传感器网络信息采集节点的设计
防爆型无线传感器网络信息采集节点的设计作者：岳彬余向明顾志银杨艺来源：《现代电子技术》2013年第16期摘要：无线传感器网络技术以其独特的优越性越来越多地应用于各种领域。
在此将无线传感器网络技术应用到油库这一特殊领域，重点介绍了多接口、防爆型无线传感器网络信息采集节点的设计，包括其软硬件设计。
节点通过了各种测试与试验，达到了预期效果，满足了油库现场使用要求，实现了油库设施设备及装备所用流量、压力、温度、液位等现场仪表信息的采集、传输、处理，提高了油库信息化水平和管控能力。
关键词：防爆；无线传感器网络；信息采集节点；油库中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）16⁃0091⁃040 引言无线传感器网络[1⁃2]（Wireless Sensor Networks，WSN）是新一代的传感器网络，由大量无人值守、具有通信和计算能力的微小型节点构成的自主探测系统。
无线传感器网络的可快速部署、可自组网、高容错性及低功耗、通讯效率高、网络生存能力强、可靠性好、成本低廉等特点，能满足信息获取的实时性、准确性和全面性等需求，非常适合军事、工业等领域的应用，尤其是适应于恶劣的环境及野外条件用[3]，其在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值，被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。
随着信息技术的发展和现代管理理念的改变，作为储存、装卸、输转和供应油料基地的油库，也引入了无线传感器网络技术，其泵站、输油管线、油料装备和油库设施设备均可成为无线传感器网络的监测对象[3⁃5]。
针对油库常见的流量、压力、温度、湿度、液位、油气浓度等现场仪表信息采集与处理存在的不便，构建了油库传感器网络系统，实现了油库各类传感器仪表信息的自动采集与处理。
系统主要包括信息采集节点、无线网络、信息汇聚终端、上位机信息处理中心等几部分。
基于CC2420模块无线温湿度监测系统设计
中 图分 类 号 ： ｌ ６ ｓ ２
文 献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： ４ ０ ８ （ ０ ００ （） ０ １ － １ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ９ｂ一 ０ ８ ０ ６
每 较 常 用 的 采集 和 处 理 温 湿 度 信 息 的 方法 是 测 系 统 采 用 簇 树 结 构 ， 个 工 作 区域 有 一 用此 芯 片 开 发 的 无 线 通信 设 备 支 持 数据 传 ５ｋｐ可 通 过 温 湿 度 传 感 器 采 集 温 湿 度 信 息 ， 通 个路 由节 点 ， 责 处 理 和 转 发 来 自终 端 设 输 率 高达 ２ ０ ｂ ｓ 以 实现 多点 对 多 点 的 再 负 多 过 ４ ５ 线或 者 现 场 总 线 ， 数据 传 输 到 监 备 的 温湿 度 信 息 ， 个 工 作 区 域 共 有 一 个 快 速 组 网 。 ８总 将 控 中心 ， 要 铺 设 很 多 的 线 缆 ， 本 高 ， 协 调 器节 点 ， 来 自路 由 器 的 各 个 监 测 区 需 成 占 将 ５Ａ ｍ ｇ ｌ８ Ｔ ｅａ 的特点 ２ 用空间， 出现 了无 线 传感 器 网 络ｚｇ ｅ 技术 域 的 数据 发 往 监 控 终 端 。 ｉｂ ｅ 以后 ， 个 问 题 的 解 决 就 有 了新 的 办 法 。 这
ｈｉｃ ｎ ｍａ ｔ ３ 以０ １ｕ 统 ， 用Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 的标 准 ， 用 全球 共 Ｃ ｐ ｏ 公司的Ｓ ｒＲＦ ０ 技 术 ， ．８ ｍ 采 Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ 利 用的 公共 频 率２ ４ Ｈｚ， ．Ｇ 实现Ｚ ｇ ｅ 协 议栈 Ｃ ｉＢ ｅ ＭＯ 工 艺制 成 只需 极 少外 部元 器件 ， 能 Ｓ 性 目前 ， 生 产 、 活 中 的 很 多场 合 ， 在 生 对 ＣＣ ４ ０ 于 周 围 环境 的温 湿 度 信 息 的 提取 和 处 理 都 的数 据处 理 ， 有 线 设 备 相 比 具 有 携 带 方 稳定 且 功耗 极 低 。 ２ ２ 的选 择 性 和敏 感 与
无线传感器网络节点介绍
基于系统集成技术的节点类型和特点在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。
已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。
典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT µAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。
国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。
这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。
其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。
处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。
目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。
这些处理器的性能综合比较见表1。
表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较在无线传感器网络中，广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信、具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。
基于嵌入式系统的无线传感器网络的应用研究
湖南文理学院课程设计报告课程名称：嵌入式系统课程设计专业班级：自动化2班学生姓名：**指导教师：***完成时间：报告成绩：序基于嵌入式系统的无线传感器网络的应用研究随着半导体技术、传感器技术、嵌入式技术以及通信技术的飞速发展，具有感知、计算、存储和通信能力的无线传感器网络的应用越来越广泛。
无线传感器网络作为一种嵌入式设备能够实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息，并加以处理。
本文提供了一种基于CC2420的无线传感器网络的硬件节点设计方案,通过选择芯片,设计硬件接口,构建了一个完整的无线传感器网络节点。
经仿真调试,该节点在试验中应用良好,电路板可以实现两个节点间的通信,能由LED指示发送、接收或应答信息,基本达到了设计要求,在煤矿监控系统的实验中应用良好,能采集精度较高的温度、压力等数据信息,并实现准确的数据交互,实现了传感器网络所需的外形小、集成度高、低功耗,为将来实际应用研究提供了一个实验平台,具有一定的应用价值。
目录1.设计要求 (2)2.设计的作用与目的 (2)3.无线传感器网络应用研究的设计方案 (4)3.1 体系结构 (4)3.2 节点结构 (5)4.系统硬件设计 (5)4.1 无线传感器网络节点组成及工作流程 (5)4.2 无线传感器网络节点设计 (6)4.2.1 处理器模块 (7)4.2.2 通信模块 (8)4.2.3 能量供应模块 (11)5.设计流程 (11)6．心得体会及建议 (15)6.1 心得体会 (15)6.2 建议 (15)7．参考文献 (16)1.设计要求无线传感器网络是集成了传感器、嵌入式系统、网络和无线通信四大技术而形成的一种全新的信息获取和处理技术它是一种新型的无基础设施的无线网络能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并对其进行处理、传送到需要这些信息的用户。
2.设计的作用与目的无线传感器网络在环境、健康、家庭和其他商业领域有广阔的应用前景，在军事、空间探索和灾难拯救等特殊领域有其得天独厚的技术优势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
节点。
１ 无线传感器网络节点的特征
无线传感器网络由大量体积小、 能耗低、 具有无线 通信、 传感和数据处理功能的传感器节点组成。因此， 传感器节点是无线传感器网络的基本单元， 节点设计 的好坏直接影响到整个网络的质量。无线传感器网络 节点主要负责对周围信息的采集和处理， 并发送 自己 采集的数据给相邻节点或将相邻节点发过来的数据转 发给基站或更靠近基站的节点。它一般由传感器模块 （ 传感器、／ Ａ Ｄ转换器）处理器模块（ 、 微处理器、 存储 器）无线通信模块（ 、 无线收发器） 和能量供应模块（ 电
部； 在民用领域， 无线传感器网络可在家居智能化、 环
｝ 块 供模 电
图 １ 无线传感器网络节点基本结构
｝
境监测、 医疗保健、 灾害预测等方面得到广泛应用； 在 工商业领域， 无线传感器网络在工业自 动化、 空间探索
和其他商业用途上得到广泛应用〔。 ２ ］
样的电路图。图中的 Ｒ 为光敏电阻或热敏电阻，２ １ Ｒ
少以及采用ＱＰ ８ Ｌ４ 封装， 外形尺寸只有７ Ｘ ｍ ｍ ７ ｍ ｍ
等性能特征。
Ｃ２２ 芯片的内部结构如图３ Ｃ４０ 所示［。天线接 ［ ７ １ 收的信号经低噪声放大器放大， 并通过 ｖ Ｑ降频转换
为２ ｚ Ｍ 的中频信号。该信号再经滤波、 Ｈ 放大、／ ＡＤ 转换、 动增益控制、 自 终端信道过滤以及信号修正等， 最终得到正确数据。当要发送数据时， 先把要发送的 数据放人容量为 １８ ２ 字节的发送缓冲区。报头和起始 帧由硬件自 动生成。根据 ＩＥ ８２１． Ｅ Ｅ ． ４ ０ ５ 标准， 将数
来 Ｊ 仓 弟 斗朋 Ｊ
屯 含 １ ． 咖 哭
ｖ ．ＪＪ ｉ ０１ ｖ０．， ＋
２０ ０７年 ４月
Ｅ Ｅ Ｔ ＮＩ Ｅ Ｉ Ｅ Ｒ Ｌ Ｃ ＲＯ Ｃ ＮＧ Ｎ Ｅ
Ａ ｒ ２０ ｐ． ７ ０
基于 Ｃ ２２ Ｃ ４０的无线传感器网络节点的设计
董挺挺‘ 沙 超， 王汝传， ， ， ， ’
ＤＤ Ａ Ｃ＝ Ｖ ，
ＳＤ引脚将马上降为低电平。处理器的ＩＰ Ｆ Ｃ 引脚可以 通过与 ＳＤ引脚的连接获取数据发送和接收的时间 Ｆ 信息。与 Ｃ Ａ引脚的连接可使处理器获取清除通道 Ｃ 评估信号。Ｆ Ｏ和 Ｆ Ｏ Ｉ Ｆ Ｉ Ｐ是与 Ｃ２２ Ｆ Ｃ４０的 Ｒ Ｆ Ｏ ＸＩ Ｆ
（ 接收数据存储区） 相关的两个信号。当Ｒ Ｆ Ｏ中 ＸＩ 有 Ｆ
全 应 层和 用层〔。 ｉｅ的 议架构如图２ 示。 ０ Ｚｂ 协 １ ｇｅ 所
Ｚ ｂ 技术的特点如下［］ ｉｅ ｇｅ ５： ， ６
ａ 数据 率低： 有２ 一５ ｋｔ ， ） 传输速 只 ０２ ｂｓ ０ ／ 专注于 ｉ
低传输速率的应用。
省计算机信息处理技术重点实 验室基金（ ｊ ５０１ｋＯ） ｋ０００， ｓ ｏ ｓ ｊ６
３Ｖ供电。
ｄ 安全性高：ｉｅ Ｚ ｂ 提供了基于Ｃ Ｃ 循环冗余 ） ｇｅ Ｒ（
校验） 的数据包完整性检查功能， 支持鉴权和认证， 采 用高级加密标准（ Ｅ－ ８ 的对称密码， Ａ Ｓ１ ） ２ 以灵活确定 其安全属性。 ｅ ）免执照频段： 采用直接序列扩频在 Ｉ （ Ｓ 工业、 Ｍ 科学、 医疗） 频段，． Ｇ ｚ全球）９５ ｚ美国） ２４ （ Ｈ ，１ Ｍ （ Ｈ 和 ８８ ｚ欧洲）均为免执照频段。 ６Ｍ （ Ｈ ，
３１ 处理器模块 ． 处理器是整个节点的中心， 其他模块都要通过处 理器来联系， 因此处理器性能的好坏决定了整个节点 的性能。Ａ ｍｇｌ８ Ｔ ｅ ２Ｌ芯片是 Ａ Ｍ Ｌ公司开发的一 ａ ＴＥ
９ 可靠性高： 采用了ＣＭ －Ａ技术来避免发送 ） Ｓ ＡＣ 数据的竞争和冲突。Ｍ Ｃ层采用了完全确认的数据 Ａ 传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确
线传感器网络节点结构后， Ｃ ２２ 对 Ｃ４０芯片的功能特点进行了分析， 并结合其工作原理和应用电路， 设 计了以Ａ ｍｇ１８ 为处理器、Ｃ４０ Ｔ ｅ ２Ｌ ａ Ｃ ２２ 芯片为无线通信芯片的无线传感器网络节点。 关键词：Ｃ４０无线传感器网络；ｉ ｅ； ２２ ； Ｃ Ｚ ｂｅ节点设计 ｇ
ＩＥ ８２１． Ｅ Ｅ ． 定义的可靠的 Ｐ Ｙ 物理层） Ｍ Ｃ ０ ５４ Ｈ （ 和 Ａ （ 媒体访问控制层） 之上的标准， 它定义了网络层、 安
基金项目： 国家自 科学基金（０７１１ ０７００ ； 然 ６５３４ 和７２１ ）江苏省 ５
自 然科 学基金 （ Ｋ０５４ ） 江 苏省 高技 术研 究计 划项 目 Ｂ ２０１ ； ６ （ Ｇ ０４０ ，Ｇ０５３ ，Ｇ０５３ ，Ｇ ０６０ ） 国家高科技 Ｒ ２００４Ｂ ２００７Ｂ ２００８Ｂ ２００１ ； ８３ ６ 计划项目（０５ ７００ ２０Ａ ７５５ ） 南京市高科技项 目（ ０６ Ａ ； ２０ 软资 １ ）现代通信国家重点实验室基金（１ ０ １１１６３ ； ０ ； ５ ９４ １００００ ） 江苏 ０
中图分类号：Ｐ９．２ Ｔ３３０
０ 引 言
无线传感器网络是当今国内外通信领域的一大研
池） 组成， 如图１ 所示［。 ’ 〕
ｉ ．｝ ｔ ￥ ｝｛ ｋＫ ｌ
通信模块 ｛
究热点ｔ， ＞它在军事、 ＞ 民用及工商业领域都具有广阔
的应用前景。在军事领域， 通过无线传感器网络， 隐蔽 地分布在战场上的传感器可将获取的信息回给指挥
（． Ｉ 南京邮电大学计算机学院， 江苏省南京市２００； １ ３ ０
２ ．南京大学计算机软件新技术国家重点实验室， 江苏省南京市 ２０９ ） １０３
摘 要：Ｃ４０ ｈ ｃ ２２ 是 Ｃｉｏ 公司开发的一款符合 Ｚ ｂｅ Ｃ ｐｎ ｉ ｅ标准的低功耗射频芯片。在简 ｇ 要介绍无
・ ８・ ６
为１Ｗ 电阻， ０ 用于保护电路 ， 加人电容Ｃ 是为使 １ Ａ Ｄ转换器采样所得到的数据更精确。 ／ 电路的工作原理是： Ａ ｍｇ１８ 用 Ｔ ｅ ２Ｌ的一个引脚 ａ 给电路提供电源， 从图中的电源端输人电路。Ｒ 的阻 １
值根据光（ １ Ｒ 为光敏电阻） 或温度（ １ Ｒ 为热敏电阻） 的变化而发生变化， 从而引起其压降的变化。将 Ｒ １
２ Ｃ４０ ２ 芯片的性能和结构特点 Ｃ２
Ｃ２２ 是 ｈ ｃ Ｃｉ ｏ 公司开发的首款符合 Ｚ ｂｅ Ｃ４０ ｐｎ ｉｅ ｇ 标准的２４ ｚ ． 射频芯片， Ｇ Ｈ 集成了所有 Ｚ ｂｅ ｉ ｅ技术的 ｇ 优点， 可快速应用到Ｚ ｂｅ ｉｅ 产品中。Ｚ ｂｅ ｇ ｉ ｅ是建立在 ｇ
ｆ ）网络容量大：ｉ ｅ 可采用星状、 Ｚ ｂｅ ｇ 树状和网状 网络结构， 并采用ＩＥ 标准的６－ｔ ＥＥ ４ｂ 编址和 １ ｂ 短 ｉ ６ ｉ ｔ
编址。由一个主节点管理若干子节点， 最多一个主节 点可管理 ２４ ５ 个子节点； 同时， 主节点还可由上一层网 络节点管理， 最多可组成 ６ ００ ５ 个节点的大网。 ０
休眠模式， 因此大大降低了功耗。单靠两节 ５ 号电池 便可维持６ ４ 到２ 个月， 这是其他无线通信技术望尘莫
及的。
图３ Ｃ ４０ Ｃ ２２ 芯片内部结构
３ 节点设计
由于在设计中用到的传感器较少（ 主要是温度传 感器和光传感器）因此将传感器模块集成到处理器 ， 模块中。所以对节点设计的描述将分为处理器模块、 通信模块和供电模块 ３ 部分。其中处理器模块选用 Ａ ｍｇ１８ 作为处理器芯片， Ｔ ｅ ２Ｌ ａ 通信模块选用 Ｃ ２２ Ｃ４０ 作为通信芯片 ， 在电源方面， 采用２ 号电池提供 节５
认信息。 ｈ 低成本： 由于 Ｚ ｂｅ ） ｉ ｅ 数据传输速率低， ｇ 协议简 单， 因此大大降低了成本。
款高性能、 低功耗的８ Ｖ 微处理器。它有１ ｋ 位Ａ Ｒ ２ Ｂ ８ 的系统可编程Ｆｓ存储器， ｋ ＥＰＯ ， 及４ ｌｈ ａ ４ ＥＲ Ｍ 以 ｋ Ｂ Ｂ
的片内ＳＡ 同时还可以扩展外部存储器； Ｒ Ｍ， 采用先进 的ＲＳ 结构， Ｉ Ｃ 大部分指令在一个时钟周期内完成； 有 ６ 个１ ４ ０引脚， 都与通用单片机兼容； 片内提供 １ 个串 行外围接口ＳＩ１ Ｐ，个两线串行接口Ｔ 和２ ＷＩ 个通用同 异步串行接口， 用于与外部元件的通信； 并提供 ８ 通道 １ 位采样精度的ＡＤ转换器， ０ ／ 该器件同时支持 １ 路 ６
数据时，ＩＯ就变为高电平， Ｒ ＦＦ ＦＦ 直到 Ｘ Ｉ Ｏ为空为止。 这样， 处理器便可通过读取 Ｆ Ｏ引脚的电平来判断 Ｉ Ｆ Ｃ ２２ Ｃ４０中是否有接收到的数据。当 Ｒ Ｆ Ｏ中未被 ＸＩ Ｆ 读取的数据超过某个门限值（ 可编程设定） 或整个数 据包接收完成后还未被读取时，Ｉ Ｐ引脚就变成高 ＦＯ Ｆ 电平。但是， Ｃ４０的地址识别功能使能时， 当Ｃ ２２ 只有 到地址识别成功后 Ｆ Ｏ 引脚才会发挥作用， ＩＰ Ｆ 这是为 了防止处理器在 Ｃ２２ 的地址识别完成前读取那些 Ｃ４０ 可能无效的数据。当Ｒ Ｆ Ｏ发生溢出时，Ｉ ＸＩ Ｆ Ｆ Ｏ将变 Ｆ 为低电平， 同时，Ｉ Ｐ Ｆ Ｏ 变为高电平。所以与 Ｆ Ｏ引 Ｆ Ｉ Ｆ 脚和 Ｆ Ｏ 引脚的连接可以让处理器知道何时该读 ＩＰ Ｆ 取数据。将 Ｆ Ｏ Ｉ Ｐ引脚与处理器的一个外部中断引 Ｆ 脚连接， 是为了让处理器能及时读取 Ｃ２２ Ｃ４０的 Ｒ Ｆ Ｏ中的数据， ＸＩ Ｆ 从而尽量避免 Ｒ Ｆ Ｏ的溢出。 ＸＩ Ｆ ３３ 供电模块 ． 由于无线传感器网络可能工作在人烟稀少或人类 无法到达的地区， 所以大多只能采用电池供电， 且一般 不可能更换电池。因此， 如何降低节点能耗是无线传
ＤＬ数据链路层 Ｌ：
图２ ｉ ｅ 的协议架构 Ｚｇ ｅ ｂ
ｂ 休眠激活时延和活动设备接人信道 ）时延短： 时延均为 １ ｍ ， ５ 典型的搜索设备时延为 ３ ｍ ， ｓ ０ 这便 ｓ 可以使系统有更多的睡眠时间， 从而大大降低能量消
耗。
ｃ 功耗低： 由于Ｚ ｂｅ ） ｉ ｅ 的传输速率低， ｇ 且采用了
Ｃ２２ Ｃ４０芯片除了拥有以上 Ｚ ｂｅ ｉ ｅ 的所有优点 ｇ