基于MSP430与CC2420的无线传感器网络的硬件节点设计

　　传感器节点是组成无线传感器网络的基本单位，是构成无线传感器网络的基础。本文依据传感器节点功耗低、成本低、体积小等硬件限制条件，设计了一种基于射频芯片CC2420和单片机MSP430的无线传感器网络的硬件节点。

　　硬件节点设计

　　在进行无线传感节点设计时,应考虑其具有的如下特点:微型化, 应用中的传感器节点要高度集成，保证不会对目标系统的特性造成影响，受外形尺寸限制，模块必须能够集成更多部件;低功耗,网络往往部署在无人值守的地方，节点使用电池供电，不能频繁更换电池，因此，如何节省电能是应用的首要问题;运行速度，网络对节点的实时性要求很高，要求处理器的实时处理能力要强;扩展接口,多功能的传感器产品是发展的趋势，而在前期设计中，不可能把所有的功能包括进来，这就要求系统有很强的可扩展性;可靠性, 传感器网络可以分布在很广的地域,因此，维护十分困难，传感器网络的软、硬件必须具有高鲁棒性和容错性;尽可能低的成本。

　　综合以上考虑,本文设计的传感器节点框图如图1所示。

图1 系统硬件结构框图

　　传感器节点由数据采集、数据处理、数据传输和电源等模块组成，本方案采用了以MSP430为核心的控制模块。MSP430在低功耗方面表现出色，并且在恶劣条件下工作性能稳定。以CC2420为无线收发模块，MSP430与CC2420通过SPI方式通信，MSP430采用主模式，CC2420采用从模式。节点的传感器模块与主板分离，模块化的设计提高了节点在不同应用中的灵活性。由于本节点为电池供电，要求传感器体积小、功耗低、外围电路简单，最好采用不需要复杂信号调理电路的数字传感器。

　　主要芯片介绍

　　CC2420

　　CC2420是一款兼容2.4GHz IEEE 802.15.4的无线收发芯片。该芯片体积小、功耗低，非常适合于家庭及楼宇自动化、工业监控等应用系统。

　　CC2420具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16MHz晶振等非常少的外围电路就能在2.4GHz频段工作。CC2420只提供一个SPI接口与微处理器连接，通过这个接口完成设置和收发数据工作。许多单片机都集成了SPI控制器，例如MSP430，可以非常方便地与CC2420配合使用。简单的外围电路和处理器接口，使得CC2420可以应用在非常廉价的设备上。

　　MSP430

　　MSP430是具有超低功耗特点的16位单片机，本方案选用MSP430F149，其功耗电流已经达到了mA级。它是功能强大的CPU内核:16位CPU和高效的RISC指令系统，无外扩的数据地址总线，在8MHz时可达到125ns的指令周期，具有16个快速响应中断，能及时处理各种紧急事件。丰富的片内外围功能模块：12位的A/D转换器ADC12内包括采样/保持功能的ADC内核、转换存储逻辑、内部参考电平发生器、多种时钟源、采样及转换时序电路。有8个外通道,4个内通道，高达200kbps的采样速率，多种采样方式。两路USART通信串口，可用于UART和SPI模式;片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器，6个并行口Pl～P6, 48条I/O口线，其具有64KB的闪存,用于存储采集数据。