浅述关于CC2510的无线传感器网络节点设计

“在简要介绍无线传感器网络节点结构的基础上，对Chipcon公司开发的内嵌51内核的单片可编程UHF收发器芯片CC2510的功能特点进行了研究，并结合其工作原理与应用电路，对无线传感器网络节点的各个功能模块及设计要点进行了详细阐述。最后基于CC2510的原理设计了一个新的无线传感网”

1 引言

近年来，随着无线通信、集成电路、传感器和微机电系统等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器的大量生产成为可能，这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能，因此，传感器网络的应用前景非常广泛［1］。无线传感器网络就是由这些传感器节点协同组织起来的，传感器网络的节点可以随机或者特定地布置于目标环境中，它们之间通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。

2　无线传感器网络节点结构

无线传感器网络由大量体积小、成本低、具有无线通信、传感、数据处理的传感器节点组成，无线传感器节点是网络的基本单元，节点的稳定运行是整个网络可靠性的基本保证［2］。无线传感器节点负责传感和信息预处理，响应监控主机和指令发送数据，一般由数据采集模块（传感器、A /D转换器） 、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC /DC能量转换器）等组成，如图1所示。

在无线传感器网络中，每个节点的功能都是相同的，大量传感器节点被布置在整个被观测区域中，各个传感器节点将自己所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点的接力传送的方式传送回基站，然后通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给最终用户。

因此，节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或类头节点（ cluster-head node）的角色。作为数据采集者，数据采集模块收集周围环境的数据（如温度、湿度等） ，通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方

基站或汇节点;作为数据中转站，节点除了完成采集任务外，还要接收邻居节点的数据，将其转发给距离基站更近的邻居节点或者直接转发到基站或汇节点;作为类头节点，节点负责收集该类内所有节点采集的数据，经数据融合后，发送到基站或汇节点。

相对于传统无线网络，无线传感器网络具有一些明显的技术特点：

1） 网络节点密度高，传感器节点数量众多，单位面积大，所拥有的网络节点数远大于传统的无线网络。

2） 传感器节点由电池供电，节点能量有限，由干节点数量多，而且无线传感器网络往往应用于人们难以直接操作的地方，因此更换传感器节点电池是不现实的，这决定了传感器节点生命和网络寿命的有限性。

3） 网络应具备容错能力。传感器节点所处的环境通常比较恶劣（如噪声、风吹雨淋等） ，导致节点易受干扰、易出错，这要求无线传感器网络应具有容错能力才会有应用前景［3］。

根据以上几点， Chipcon公司最新生产的CC2510芯片应用于节点设计是非常合适的，有广阔的应用发展前景。

3　CC2510芯片的功能特点

Chipcon公司的CC2510芯片是一块内嵌8051单片机的单片可编程UHF收发器芯片，其引脚图如图2所示［4］。该芯片除了以8051技术为核心外，还内嵌32kB的Flash存储器、4kB的SRAM，以及8通道8-14 bit A/D转换器、1个16位定时器和3个8位定时器、2个UART/SPI、RTC、看门狗电路、DES编码和21个通用I/O。芯片的高度集成结构使其具有高速度、高灵敏度性、低功耗、低成本、集成单片机和位判决、同步、频率灵活性等特点。

主要技术指标如下：工作频带2.4GHz，频率稳定性极好;接收灵敏度 -100dBm （典型） ;输出功率可以调整，从－30dBm～0dBm;无线数据传输最大速度500kbit/s;采用低供电电压（2.3V～3.6V） ，可以使用两节AA或AAA电池供电;非常低的电流消耗;无线信号强度监测功能RSSI;电磁兼容为EN300 220 /FCC CFR47 part 15; 36引脚、极小型QLP封装;工作温度范围为-40℃～85℃，适应任何恶劣环境。

通过Chipcon公司提供的基于Windows的SmartRF Studio软件， CC2510芯片对于不同的应用场合能配置出最佳性能。SmartRF Studio将根据用户输入的各项参数给出所有必需的CC2510芯片配置信息，这些16进制数作为CC2510芯片的配置信息将被输入到微控制器中。根据配置信息，寄存器能改变以下主要参数： 接收/发送模式， 传输率和数据格式（NRZ、曼彻斯特码或UART接口） ，频率合成主要参数，频率合成锁定指示模式，可选RSSI或外部IF以及晶体振荡开/关模式等。同时，由于CC2510芯片是以一个有长远应用背景的8051内核为核心，很多流行的8051开发软件、开发工具，都可以用于该芯片的软件开发，例如著名的的KEIL C51开发工具和UV2集成开发环境等。

4　基于CC2510的节点设计

CC2510芯片在应用方面易于扩展，只需要少许外围元件就可以与传感器系统相接，也可以方便地连接计算机的RS232串口。图3为应用CC2510芯片的节点设计框架。图4为基于CC2510所设计的应用电路。

编辑：jq