基于MC13192的无线传感器网络节点设计

文章摘要：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、MC13192无线射频模块、电源模块、UART串口模块、JTAG接口模块和数据

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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、MC13192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MC13192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；MC13192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MC13192的控制以及数据通信。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。MC13192芯片指定的晶振频率为16MFz，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MC13192芯片的XTALl和XTAL2引脚。电源电路采用两种方式：一种是3.6 V干电池；另一种是钮扣电池，可以根据需要选用。

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MC13192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MC13192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MC13192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，可以实现多个节点问的通信；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1节电压为3.6 V、容量为2 100 mAh的干电池供电时，节点连续工作的时问为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。

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