摘要： 传感器节点是组成无线传感器网络的基本单位.本文通过对传感器硬件节点的分析,以射频芯片 cc2420 为核心，设计了一种基于cc2420 与 msp430 单片机的无线传感器网络的硬件节点设计方案。

　　关键词： 无线传感器网络； 硬件节点； cc2420； msp430

　　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。

cc2420与msp430的

硬件接口电路

　　cc2420与处理器的连接非常方便。它使用sfd、 fifo、 fifop、和cca 4个引脚表示收发数据的状态;而处理器通过spi接口与cc2420交换数据、发送命令等。

　　cc2420收到物理帧的sfd字段后，会在sfd引脚输出高电平，直到接收完该帧。如果启动了地址辨识，在地址辩识失败后，sfd引脚立即转为输出低电平。fifo和fifop引脚表示接收fifo的缓存区状态。如果接收fifo缓存区有数据，fifo引脚输出高电平;如果接收fifo缓存区为空，fifo引脚输出低电平。当fifop引脚在接收fifo缓存区的数据超过某个临界值时，或者在cc2420接收到一个完整的帧以后输出高电平。临界值可以通过cc2420的寄存器设置。

　　cca引脚在信道有信号时输出高电平，它只在接收状态下有效。在cc2420进入接收状态至少8个符号(symbol)周期后，才会在cca引脚上输出有效的信道状态信息。

　　spi接口由csn、si、so和sclk引脚组成。处理器通过spi接口访问cc2420内部寄存器和存储器。在访问过程中，cc2420是spi接口的从设备，接收来自处理器的时钟信号和片选信号，并在处理器的控制下执行输入／输出操作。spi接口接收或者发送数据时，都与时钟下降沿对齐。cc2420与msp430是通过spi连接的，其中，msp430处于主模式，cc2420处于从模式。msp430还有4个i/o与cc2420相连，主要起查询cc2420状态的作用。cc2420与ms