组成网络的基本单元无线传感器网络节点解析方案

充电及状态显示模块

在有条件对节点进行充电时，节点使用锂离子电池工作，可利用充电模块为节点进行电能补充，从而确保节点工作的连续性，避免了节点因更换电池造成的工作中断。充电模块使用达拉斯公司的DS2770和电池保护芯片DS2720设计，具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护等功能。处理器与DS2770用一线接口来传递信息，并需外接一个约4.7k!的上拉电阻。充电模块示意图如图5。LCD显示模块采用LCM6432ZK液晶显示器，通过串行接口和主MCU连接，用于系统工作状态信息、充电进程、电池电量等状态的显示。节点硬件留有LCD接口，在需要显示时可方便接插LCD显示模块。

传感器模块

节点传感器模块与计算和通信子板分离，模块化的设计提高了节点在不同应用中的灵活性。传感器模块可根据实际需要确定合适的传感器，如温度、湿度、振动、光强、气体报警、磁阻、红外等，以满足不同的需要。由于节点多为电池供电，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。

本设计选用的部分传感器为：

温度传感器DS18B20是一种新型数字温度传感器，外部电路非常简单，使用一线总线接口。其测量范围为-55℃～125℃，在-10℃～85℃之间的测量精度为±0.5℃，分辨率最大可以设计为12位，测量数据准确可靠。

红外传感器PD632是一种数字热释电传感器，工作波长：7.5ηm～14ηm，在-20℃～60℃工作环境下探测距离可达6m～15m。

加速度传感器ADXL202是AD公司的两维数字加速度传感器，工作温度：-40℃～85℃，采用先进的MEMS技术，可以测量震动加速度和静态加速度。

外部接口

节点外部接口包括JTAGE接口、ISP编程接口、RS232接口、充电接口、传感器接口、SMA天线座接口等。节点使用JTAGE、ISP多种方法下载程序;使用RS232接口直接与PC机串口连接;可根据不同需求经传感器接口挂接不同的传感器模块;在有充电条件的情况下，可通过充电接口迅速为节点补充能量。图6是RS232 接口示意图。

节点设计的要点及应注意的事项

射频部分是本设计的重点与难点，也是系统设计成功的关键。在模块设计过程中遇到的主要问题及解决方法有：

CC2420的载波频率是2.4GHz，每5MHz增加一个频道，而晶振的精确度将影响载波的频率，从而影响通信的建立和稳定性。CC2420要求时钟源的精度在±40ppm以内。如果使用外部晶振应尽量使用精度高、性能稳定的四脚贴片晶振。

CC2420射频电路工作在2.400GHz～2.4835GHz高频率工作频段，抗干扰设计直接关系到射频性能和整个传感器节点的运转情况。在射频部分布线时，合理的布局与布线及采用多层板既是布线所必须的也是降低电磁干扰提高抗干扰能力的有效手段。布线时特别要注意以下几点：一是射频电路没有用做布线的面积均需用铜填充并连接到地，以提供RF屏蔽达到有效抗干扰的目的;二是CC2420芯片底部应接地;为了降低延迟、减少串扰，确保高频信号的传输，要使用多个接地过孔将CC2420芯片底部和地层相连;三是尽可能地减少串扰，减少分布参数的影响，器件要紧密地分布在CC2420的四周，并使用较小封装。

对于无线通信网络来说，天线起着举足轻重的作用。天线的选择和设置会直接影响整个无线通信网络的运行质量。本节点射频芯片CC2420可以使用金属倒F型PCB引线天线和单极天线两种设计方案。PCB引线天线是印制在电路板上的导线，通过它来感应空中电波，接收信息。PCB天线的形状、尺寸应严格按照数据手册设计。近几年，随着计算机成本的下降和微处理器体积的缩小，无线传感器网络越来越受到人们重视。本设计是笔者在归纳国内外无线传感器网络研究成果的基础上，设计的低功耗、低成本、实用型无线传感器网络节点。节点采用了独立可选的充电模块、LCD状态显示模块和丰富的对外接口，具有较强的实用性，可在多种环境中工作，按多种需要进行配置完成系统功能，并且在成本、功耗、灵活性等方面具有较明显的优势。