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无线传感器的网络节点之硬件设计

导读: 本文设计了一种WSN硬件平台,由若干具有无线接收功能的传感器节点,以及一台PC机组成。根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求,节点的设计主要包括下面几个基本部分:传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。

  1 系统概述

 

  本文设计了一种WSN硬件平台,由若干具有无线接收功能的传感器节点,以及一台PC机组成。

  根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求,节点的设计主要包括下面几个基本部分:传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。节点的硬件体系结构框架如图1所示。

 

  

  图1

 

  传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据,提供给处理器单元进行处理;处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作;射频天线单元负责与其他节点进行无线通信,交换控制信息和相关数据;供电单元负责为节点提供运行所需的能量;扩展接口可以实现节点平台的功能拓展,以适应不同的应用需求。

 

  2 节点核心模块设计

 

  2.1 电源模块设计

  电源是设计中的关键部分,电源稳定工作是整个节点正常工作的保证,设计合理的电源电路至关重要。节点包含模拟器件和数字器件,模拟器件的抗干扰能力较差,且数字器件常常为模拟器件的噪声源,故为了提高电路的抗干扰能力,模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。电源可选用电池或干电池,电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片,分别提供3.3V和1.8V的数字与模拟电压,电路如图2所示。

 

  

  图2

 

  2.2 传感器模块设计

 

  2.2.1 温度传感器设计

  本设计采用LM75DM-33R2串行可编程温度传感器,这种传感器在环境温度超出用户变成设置时通知主控制器。滞后也是可以编程解决。它采用2线总线方式,允许读入当前温度,并可配置器件。它是数字型温度传感器,直接从寄存器读出温度参数,并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。

  图3是其功能图,由于设计中只是简单的监测环境的温度,故只需一片LM75,所以地址线A0、A1、A2置地,INT/CMPTR悬空,设计的接口电路如图4所示。

 

  

  图3 功能图

  

  图4

 

  由于cc2431本身带有A/D模块,也可采用温度传感器AD590测量温度,其接口电路如图5。

 

  

  图5 接口电路

 

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