摘要：跟着无线传感器网络的开展，无线网络数据收集节点的低功耗要求也不断进步。针对这一要求，运用内部集成了射频模块的CC430F51 37规划并完结了一种低功耗无线数据收集节点。运用无线模块唤醒功用下降了体系功耗，一起依据载波监听功用改善了射频发送函数，进步了抗干扰才干。试验成果表明，该规划的低功耗和抗干扰办法是可行的。
导言
跟着集成电路、无线通讯技能和嵌入式技能的开展，无线通讯网络也应运而生，无线传感网络具有低功耗、低本钱、分布式和自组织的特色。
传统的无线射频通讯模块体积大，需求操控芯片来操控射频模块，这就增加了规划的本钱，而且可移动性欠好。
半导体技能的不断进步使处理器芯片能够被集成为体积很小的一块，而价格变得更廉价，专用的无线网络芯片和技能也得到开展。文中选用了TI公司的CC430F5137规划并完结了一种应用于无线网络中的节点模块。CC430F5137是一款内部集成了射频核的芯片，它内置了CC1101射频核，运用单颗芯片就能够完结数据的收集、处理、发送与接纳，使电路板的体积能够变得更小、更廉价。为了完结网络节点的低功耗
规划，本文选用了射频模块的无线唤醒(WOR)功用。一起，运用射频核的闲暇信道评价(CCA)功用改善了射频发送的算法，进步了多节点向中继器模块发送数据时的准确性。
1 整体规划方案
无线传感器网络是由布置在监测区域内很多的廉价微型传感器节点组成的网络。它是由很多的停止或移动的传感器以自组织和多跳的方法构成的无线网络，以协作的方法感知、收集、处理和传输网络覆盖地舆区域内被感知目标的信息，并终究把这些信息发送给网络所有者。无线传感器网络首要完结了数据的收集、处理和传输三种功用。
传感器网络节点一般遭到工作环境的影响，功耗问题是要首要考虑的。考虑到低功耗要求的规划，节点设备的主控MCU挑选CC430F5137，运用它内置的射频通讯模块进行射频通讯。由于其低功耗的特色可选用电池供电。软件部分运用CC1101的无线唤醒功用，能史好地下降体系功耗。
无线传感器网络中能够挂接多个节点设备，而每个节点设备的地址有必要仅有。本文规划的节点设备选用拨码开关来设置每个节点设备的地址，保证每个节点都有一个仅有的地址。经过SPI接口或I2C总线接入传感器器材，能够灵敏地接入不同类型的传感器器材，以到达测验不同物理量的要求。节点的体系结构如图1所示。
2 节点硬件规划
2.1 节点电路整体规划
CC430F5137的供电电压规模为1.8～3.6 V，选程度用两节7号电池来供给3 V的直流电压。合作软件的设置能够最大程度地下降功耗。体系的要害部分是射频发送运用一个射频的天线模块，能够保证射频通讯的稳定性，此无线模块由芯片的RF_N和RF_P两个引脚接入。别的依据射频发送的需求，接入一个26 MHz晶振。
CC430F5137的P1.5、P1.6、P1.7引脚能够用于串口通讯和SPI通讯，运用这三个引脚作为串口调试，别的P1.1、P1.2、P1.3引脚能够用于SPI和I2C总线通讯，这三个接口用来预留衔接传感器的芯片。体系的主电路图如图2所示。
2.2 地址设定电路
为了使每个节点的地址仅有，选用8位的拨码开关SW进行地址设定。如图3所示，能够由拨码开关来设定终端节点的地址，能够设定255个不同的地址，每一个终端节点作为从设备向中继节点发送数据，然后由中继节点发送到用于网络办理的主控MCU，完结无线传感器网络数据的传送。
3 节点软件规划
3.1 程序主流程
在节点体系软件的规划过程中，对几个重要寄存器进行装备，首要进行装备的寄存器有载波频率寄存器、数据速率寄存器、载波监听设置肯定阈值寄存器、射频发送和接纳的数据包长度寄存器和地址检测敞开寄存器。其他的寄存器装备能够参照TI公司供给的SmartRF Studio
软件，它是专门用于装备射频通讯相关的寄存器，本规划中选用SmartRF Studio 7对CC430F5137的寄存器进行装备。装备射频发送的载波频率为433 MHz，通讯的数据速率为2.4 kbps，而且使能地址检测功用，每一个节点部有仅有的地址。当节点接纳到的数据包中没有和本身地址相匹配的内容，则节点设备就不会接纳该数据包，不对其作处理。只要发送来的数据包与节点地址相对应时，节点才干接纳并处理数据，这就有效地避免了中继器节点向不同的节点发送数据时会被多个节点收，能够有效地传送数据。图4为整个程序的主流程图。
当体系一上电，则会做相应的初始化操作，比方串口、I2C总线，并对射频模块的各个寄存器进行装备，初始化功率放大表等。
体系初始化结束后，体系会向中继器节点自动建议衔接恳求，把自己的节点地址告知中继器节点，为今后的中继器节点和终端节点之间的数据传送做准备。发送完恳求衔接后，节点会等候中继器节点的应对，假如没有应对，节点会持续恳求衔接，直到收到应对后再进行下一步的处理。
3.2 无线唤醒功用
为了更好地下降体系能量耗费，选用CC1101的无线模块唤醒功用(WOR)，当体系恳求衔接成功后，就会进入无线唤醒形式，此刻体系处于睡觉状况。在此形式下功耗极低，可到达2.0μA。射频内核能够经过软件编程设置每隔一段时间唤醒，醒来后体系处于射频接纳状况，假如这时检测到有数据包发送过来，那么体系就会退出无线唤醒状况，转入正常的状况去处理接纳到的数据包。假如没有检测到数据包，体系则会持续睡觉然后再重复地醒来检测，这样就保证了在不需求数据传送的情况下，最大极限地节省能量耗费。图5为体系处于无线唤醒状况的程序流程图。
3.3 射频发送函数的改善
CC430F5137内嵌的射频模块具有闲暇信道评价(CCA)功用，当敞开闲暇信道评价功用时，只要在信道闲暇的时分才干进入发送状况，假如检测到信道忙，则会一向保持在接纳状况。
为了保证本节点向中继器节点发送数据的准确性，以及进步多个中止节点一起向中继器节点发送数据时的抗干扰性，选用射频模块的载波监听功用，并结合运用闲暇信道评价功用改善了射频发送函数。改善后的发送函数如下：
4 试验验证与剖析
依据规划的电路图，制成电路板后，烧入编写好的测验程序。为了便利验证，试验时选用直流电源供电，为电路板供给3.0 V电压，然后把万用表串联接入，别离丈量休眠、接纳和发送三种状况下的电流耗费。表1是测验成果。
由表1能够看出，体系在休眠状况下的电流耗费仅为2.3μA，由于发送数据量的不同，发送状况下的电流耗费会由于数据包的长度而不同，发送数据包越大，电流耗费越大。CC430F5137在最大输出功率时，433 MHz下最大的电流耗费是30 mA。体系从睡觉状况转入接纳状况时的电流耗费为15 mA，从试验成果能够看出，选用无线模块唤醒功用能够有效地下降体系功耗。
结语
本文运用TI公司的CC430F5137芯片，选用射频通讯技能规划的无线数据收集节点，这种规划能够大大地减小体系的体积。本体系能够收集各式各样的信号，能将收集到的数据安全稳定地传送到中心数据收集点。规划中载波监听功用和信道闲暇评价功用改善的射频发送函数，能够有效地进步多个节点一起发送数据时的抗干扰性。
