采用MC13192的无线传感器网络节点设计方案

　　ZigBee协议标准是由ZigBee联盟与IEEE 802.15.4的任务小组来共同制定的，其协议栈主要由5层体系组成，结构如图1所示。其中，物理层和MAC层标准主要由IEEE 802.15.4的任务小组完成；网络层和安全层由ZigBee联盟制定；应用层的开发则根据用户的应用需要对其进行开发，用户提供机动、灵活的组网方式。

　　ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务，特别是无线传感器网络，因为它具有以下优点：

　　功耗低。由于其传输速率低，发射功率仅为1 mW，所以功耗很低；而且采用了休眠模式，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节五号电池就可以维持长达6个月～2年左右的使用时间。

　　时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备的时延为30 ms，休眠激活的时延为15 ms，活动设备信道接入的时延为15 ms。因此，ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制等应用。

网络容量大。一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，一个区域内最多可以同时存在100个独立而且互相重叠覆盖的ZigBee网络。

　　安全可靠。采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；还提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证。

　　基于以上特点与优势，ZigBee技术在无线传感器网络中的应用将有广阔的发展空间。

2MC13192芯片与LPC2138芯片简介

MC13192是Freescale公司推出的符合ZigBee标准的射频芯片。其工作频率是2.405～2.480 GHz，该频带划分为16个信道，每个信道占用5 MHz的带宽；采用直接序列扩频的通信技术，数据传输速率为250 kbps。MC13192具有一个优化的数字核心，有助于降低MCU处理功率，缩短执行周期。为了适应低功耗的要求，芯片除了接收、发送和空闲3种工作状态外，还有3种低功耗运行模式： ① 掉电模式，这种模式下芯片电流小于1 μA；② 睡眠模式， 这种模式下电流在3 μA左右；③ 休眠模式，这种模式下下电流约为35 μA。芯片采用可编程功率输出模式，发送功率为0～4 dBm，接收灵敏度可以达到-92 dBm，传输距离30～70 m。

　　LPC2138芯片是Philips公司推出的一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7微控制器。它具有丰富的片上存储功能，带有512 KB嵌入的高速Flash存储器和32 KB片内静态RAM；还带有多个串行接口，2个8路10位A/D转换器，1个D/A转换器和47个GPIO，以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。LPC2138有两种低功耗模式： 空闲模式和掉电模式。较小的封装和极低的功耗使其可以理想地与MC13192结合，作为基于ZigBee技术的无线传感器网络节点。

3 无线传感器网络节点设计

　　传感器节点一般由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元等功能模块组成，如图2所示。数据采集单元负责采集监视区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度和大气压力等；数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等；数据传输单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器。

图2 传感器节点组成框图