导言
WSN（无线传感器网络）是一种依据多跳的自组织网络，经过布置在监测区域的很多微型传感器节点，协作地感知、收集和处理网络覆盖区域中感知方针的信息，并发送给观察者。WSN技能在美国商业周刊和MIT技能谈论的猜测未来技能发展陈述中，别离被列为21世纪最有影响的21项技能和改动国际的10大技能之一。WSN在军事、民用及工商业范畴都具有宽广的运用远景。经过WSN，在军事范畴，可将战场上获取的信息及时迅速地传回指挥部；在民用范畴，可以运用在智能家居、环境监测、医疗保健灾祸猜测等；在工商业范畴，运用于工业主动化及空间探究等。WSN是当今国内外通讯范畴的一大研讨热门。
在WSN中，传感器节点是网络中最根本的单元，是构成WSN的根底。传感器节点一般由传感器单元、处理器单元、无线通讯单元及电源供给单元4部分组成。传感器节点选用电池供电，节点能量有限，并且它的数据处理才能、存储才能及节点间通讯才能也有限，因而，传感器节点规划的好坏将直接影响网络的安稳性。本文依据上述特色要求，选用CC1110芯片规划WSN节点，规划成果较好地满意了特色要求。
1、CC111O芯片简介
CC1110芯片是美国TI公司的一款1 GHz以下频带的低功耗RF（射频）SoC（片上体系）解决方案。该芯片选用Chipcon公司Smart RF 04技能，以0.18 μmCMOS工艺制成，只需很少外部元件就可以构成功用安稳且功耗极低的SoC。
CC1110芯片的作业电压为2.0 V～3.6 V，具有丰厚的外围接口。片内具有21个GPIO、2个USART接口和可编程看门狗计时器；具有1个16位定时器、3个8位定时器以及随机数发生器；嵌入式128位AES安全协处理器和强壮的DMA功用等。在RF功用上，具有高灵敏度（在1.2 kBaud的速率下为-110 dBm）和较高的接纳灵敏度和堵塞功用；支撑2-FSK、GFSK和MSK等调制办法，频率规模为300。MHz～348 MHz、391 MHz～464 MHz及782 MHz～928 MHz；支撑数字RSSI／LQI；最大输出功率可以到达10 dBm，最大数据率可以到达500 kBaud。
总归，CC1110具有高集成度与低功耗特性，在6 mm×6 mm的QLP封装中，集成了CC1101 RF收发器、增强型8051微操控器、8／16／32 kB Flash存储器及1／2／4 kB RAM等强壮功用；具有4种功耗管理形式，从低功耗状况切换到作业状况的过渡时刻非常快。因而，适用于报警与安全、主动读表、工业监控以及楼宇主动化等范畴，可以满意WSN对电池运用寿命、尺度、本钱以及产品开发时刻的要求。
2、节点硬件规划
CC1110芯片只需很少数外围元件就可以建立安稳牢靠且功耗低的SoC，大大简化了RF电路的规划进程。规划的传感器节点作业在433 MHz频段。图2是CC1110的参阅规划，首要由CC1110芯片、射频匹配电路和其他外围元件组成。
RF匹配电路用来匹配芯片输入、输出阻抗，使其输入、输出阻抗为50 Ω，一起，为芯片内部的PA（功率扩大器）及LNA（低噪声扩大器）供给直流偏置。阻抗匹配电路选用BALUN电路，由L232、L242、C234和C241组成。CC1110的RF信号选用差分办法，在433 MHz频段，其最佳差分阻抗为116+j41 Ω。
RF部分电路规划参阅图2的典型规划，但对电路进行了少数修正，参加PA。依据实践运用环境需求，节点可以作业在有PA、无PA两种状况，比方Coordi-nator、Range Extender两节点可以作业在加PA的办法下（一般选用市电供电），完成远间隔传输。规划的传感器节点实物图如图3所示。
节点的传感器模块选用瑞士SENSIRION公司的依据Sensirion技能的全校准数字式温湿度传感器SHT71。在一个芯片上，集成了温湿度传感器、信号扩大调整器、A／D转换器和总线接口，可以供给-40℃～120℃规模内分辨率为14 bit的温度丈量以及0～100％规模内分辨率为12 bit的湿度丈量。SHT71选用串行接口与CC1110相连，它的串行时钟输入线SCK和串行数据线DATA直接与CC1110的GPIO口线相连，电路衔接示意图如图4所示。
3、节点软件规划
节点的软件规划首要包括温湿度收集部分和无线数据通讯部分。
3.1温湿度收集
温湿度传感器SHT71经过SCK与CC1110坚持同步，经过DATA线收发通讯协议指令和数据。其操控流如下：CC1110发送一组“发动传输”时序进行数据传输初始化，然后发送一组丈量指令，开释DATA线，等候SHT71下拉DATA线至低电平，标明丈量完毕，一起接纳数据。CC1110收到丈量值后，可依据如下公式核算出温度T和相对湿度H：
式中：系数d1、d2、c1、c2和c3可以查阅相关手册。
3.2无线数据通讯
下面以节点间点对点通讯为例，介绍无线传感器节点间通讯完成办法及通讯进程。CC1110的MAC帧结构简略，除掉物理层的前导码和同步字，只包括一个可选的长度字节n、一个可选的地址字节，用户数据和两个可选的CRC字节，如图5所示。
为了便利通讯进程中的数据处理，软件上界说了如下数据收发处理结构：
其间，标志位flags占1个字节，用于标明当时数据帧的类型。flags字节中的flags字节的第0位为1时，标明方针节点在收到该数据帧后不要ACK；第1位为1时，标明方针节点在收到该数据帧后要ACK；第2位为1时标明该帧是ACK帧；第3位为1时，标明该帧是超时重传帧；最高位为1时，标明该帧是数据序列中的一帧。
接着论述传感器节点的通讯射频设置。节点作业时运用的晶振频率为26 MHz，RF初始化时，设置寄存器FREQ2、FREQ1和FREQ0，装备RF的物理层最低信道的作业频率；经过寄存器CHANNR的CHAN位域来设置通讯信道；设置寄存器MDMCFG0的CHANSPC_M位域及寄存器MDMCFG1的CHANSPC_E位域来设置信道间隔。详细的载波频率fc可以用下式标明：
式中：fref为26 MHz，最大信道间隔为405 kHz。当然，可以经过TI公司的软件SmartRF Studio来核算这些寄存器设置值。
节点软件规划中经过DMA办法完成RF模块与Memory间数据拜访，而不必CPU干涉。DMA通道描绘的数据结构如下：
以发送为例，论述DMA的装备进程及每个结构体成员的含义。
在发送时，首先将数据的源地址SRCADDRH和SRCADDRL设为所要发送数据的开始地址，方针地址DESTADDRH和DESTADDRL设为寄存器RFD的地址。
然后，在LENH和LENL位域设置所要发送数据的长度，VLEN位域设为0；将WORDSIZE位域设为0，让DMA一次只传输1个字节；将TMODE位域设置为0（SINGLE形式，DMA的数据传送形式可分红4种），即标明数据传送进程中，一次DMA触发可进行一个WORDSIZE的传输。将TRIG位域装备为RF触发形式（DMA触发信号有31种）；CSRCINC位域和DES-TINC位域别离用于设置数据源地址和方针地址的改变办法，可设为不变、增1、增2或减1。本例中数据源地址挑选增1，而数据方针地址设置为不变（只要RFD寄存器）；IRQMASK位域位用于设置在DMA数据传输完后是否发中止信号，本例设为制止DMA中止；M8位域是按字节传输时的数据宽度，设为0标明8位传输，为1时标明只传输字节的低7位；将PRIORITY位域设置为低优先级。
4、试验成果
传感器节点选用模块化规划，结构紧凑，体积小。规划的CC1110传感器节点在通讯频率为433 MHz、调制办法为2-FSK时进行了单包发送、接连发送以及点对点对发测验，并进行了误码率测验。试验成果较为抱负，空阔环境通讯间隔到达1 km左右，误码率为1%左右。功率扩大测验中，带PA功用的节点输出功率到达25 dBm左右，很好地满意了规划功用。
5、完毕语
本文论述了依据CC1110的无线传感器节点的规划及完成进程。节点可以收集现场环境的温湿度，并上发至上层网络节点。本文的研讨作业为进一步研讨无线传感器通讯协议供给了杰出的硬件根底。完成成果也标明，以CC1110为中心的传感器节点为WSN的完成供给了一种解决方案，具有较强的运用价值。
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