摘　要：　基于无线传感器网络的特点，以ｃｃ２４３０芯片为核心设计了一种微型传感器节点。详细阐述了传感器节点的温湿度数据采集模块、电池能量检测模块以及节点之间“点对点”无线通信的软件流程。

　　无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成的，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络技术在美国商业周刊和ｍｉｔ技术评论的预测未来技术发展报告中，分别被列为２１世纪最有影响的２１项技术和改变世界的１０大技术之一。

　　传感器节点是无线传感器网络的基本组成单位。它由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四个部分组成。由于传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，并通过携带能量有限的电池供电。本文依据传感器节点的这些特点，设计了一种用于环境中温湿度监测的以芯片ｃｃ２４３０为核心的无线传感器网络节点。

　　１　ｃｃ２４３０简介

　　ｃｃ２４３０芯片是ｃｈｉｐｃｏｎ公司提供的全球首款支持ｚｉｇｂｅｅ协议的ｓｏｃ解决方案。它延用了ｃｃ２４２０芯片的架构，在单个芯片上整合了ｚｉｇｂｅｅ　射频（ｒｆ）前端、内存和微控制器。ｃｃ２４３０拥有１个８位８０５１ｍｃｕ，８ｋｂ的ｒａｍ，３２ｋｂ、６４ｋｂ或１２８ｋｂ的ｆｌａｓｈ，还包含模拟数字转换器、几个定时器、ａｅｓ１２８协处理器、看门狗定时器、３２ｋｈｚ晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及２１个可编程ｉ／ｏ引脚。

　　ｃｃ２４３０芯片采用０．１８μｍ　ｃｍｏｓ工艺生产，工作时的电流损耗为２７ｍａ；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于２７ｍａ或２５ｍａ。ｃｃ２４３０的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

　　ｃｃ２４３０芯片的主要特点有：３２ｍｈｚ单指令周期低功耗的８０５１微控制器核；集成兼容ｉｅｅｅ８０２．１５．４标准２．４ｇｈｚ频段的ｒｆ无线电收发机；８ｋｂ的ｓｒａｍ，其中４ｋｂ可在所有功耗模式下保持数据；兼容ｒｏｈｓ的７×７ｍｍｑｌｐ封装；４种可编程功耗模式；可编程的看门狗定时器；上电复位功能；支持硬件调试功能；优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅０．９μａ的流耗，外部中断或ｒｔｃ能唤醒系统；在待机模式时少于０．６μａ的流耗，外部中断能唤醒系统；硬件支持ｃｓｍａ／ｃａ功能；较宽的电压范围（２．０～３．６ｖ）；数字化的ｒｓｓｉ／ｌｑｉ支持和强大的ｄｍａ功能；具有电池监测和温度感测功能；集成了１４位模数转换的ａｄｃ；集成ａｅｓ安全协处理器；带有２个强大的、支持几组协议的ｕｓａｒｔ，以及１个符合ｉｅｅｅ　８０２．１５．４规范的ｍａｃ计时器，１个常规的１６位计时器和２个８位计时器。

　　２　节点的硬件设计

　　无线传感器网络的节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块构成。处理器模块和无线通信模块采用ｃｃ２４３０芯片，大大简化了射频电路的设计。传感器模块采用集成温湿度传感器ｓｈｔ１０。电源模块采用３ｖ纽扣电池。节点的硬件原理框图如图１。

　　ｓｈｔ１０用于采集周围环境中的温度和湿度，其工作电压为２．４～５．５ｖ，测湿精度为±４．５％ｒｈ，２５℃时测温精度为±０．５℃。采用ｓｍｄ贴片封装，与处理器的通信电路如图２所示。ｓｈｔ１０采用两条串行线与处理器进行数据通信。ｓｃｋ数据线负责处理器和ｓｈｔ１０的通讯同步；ｄａｔａ三态门用于数据的读取。ｄａｔａ在ｓｃｋ时钟下降沿之后改变状态，并仅在ｓｃｋ时钟上升沿有效。数据传输期间，在ｓｃｋ时钟高电平时，ｄａｔａ必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动ｄａｔａ在低电平。需要一个１０ｋω的外部上拉电阻将信号提拉至高电平。本设计中ｃｃ２４３０的引脚ｐ１．０用于ｓｃｋ，ｐ１．１用于ｄａｔａ。

　　３　节点的软件设计

　　节点的软件分为数据采集、电池能量检测和无线通信这三个分别设计的模块。以下给出了各个模块的流程图和详细说明。

　　３．１　温湿度数据采集模块

　　温湿度传感器ｓｈｔ１０采用类似但不兼容ｉ２ｃ总线的方式和处理器通信。数据通过ｄａｔａ线直接读取，控制流程如图３所示。首先用一组启动传输时序进行数据传输的初始化，然后发送一组测量命令（‘０００００１０１’表示相对湿度，‘００００００１１’表示摄氏