無線傳感器網絡的3 連通多跳控制集

郝 琳

（許昌電氣職業學院， 河南 許昌 461000）

1 無線傳感器網絡的作用

無線片上系統（SoC）自身功率小、耗能少，加之小尺寸和低價格，在無線通訊及網絡技術方面有廣闊應用。傳統傳感器采集系統需依賴線路采集，若需在多區域采集數據，則接線較多、接線復雜。此外，若接線距離較遠，不僅會影響數據傳輸的效果，還會對后期線路維護管理造成諸多不便。而多采用無線傳感器，其數據交互無需線路支持，后期維護工作開展簡單，且數據通過無線收發器模塊實現迅速采集，數據傳輸速度突出，系統可靠。這種無線傳感器僅需手持無線收發器模塊的主機，就可以對大量數據進行采集，在短短的幾秒鐘采集到大量的數據，并對數據進行操作分析，儲存在數據庫中。對數據進行分析，無線傳感器還配置有專業的人機交互頁面，使用者在界面選擇對應的操作按鈕，即可一鍵操作，操作界面簡潔、美觀，在各行各業中實用性突出。通過將計算機的技術及射頻無線技術結合，實現傳感器的無線傳輸，可減少不必要的人力成本投入，大大提高工作效率及工作質量。

2 系統總體方案設計與論證

由上可得，無線傳輸技術已經在我們的日常生活中廣泛應用，如藍牙技術、nRF 技術、紅外線傳技術等，極大的方便了我們的日常生活。其中，紅外線傳輸技術其支持的距離較短，若實際應用距離較長，則系統無法穩定工作，且紅外線傳輸容易受各個因素的干擾，其傳輸效果并不理想。以下就針對TRF6900A Datasheet 中的部分參數數值對算TRF6900A 的通信距離計算分析。

數據在自由空間傳輸，也就是在對應天線周圍的各個介質傳播，計算器無線通信距離，電波在自由空間傳播本身不會散射、反射，周圍障礙物對電波的影響微乎其微，常見障礙物并不會吸收電波，使得無線傳輸的電波信號通信距離大大提高，發射功率也得到有效保障。

此式即為自由空間下電波傳播的損耗公式，式中Lfs 為傳輸的損耗，d 為傳輸的距離，頻率單位以MHz 計算。

由（2.1）式可得，自由空間中，無線電波傳輸的損耗，主要受其工作頻率及傳播距離影響，若工作頻率或傳播距離增加，則傳輸損耗隨之增加，工作頻率或傳播距離增加一倍，則無線電波傳輸損耗分別增加6dB。

對TRF6900A 通信距離計算，不考慮實際操作各項因素對其影響，按照905的Datasheet，其實際發射功率達到10dBm，接收的靈敏度-100dbm，工作頻率為433.2MHz。套用公式2.1，最終得到結果為：d=17.5Km。

但是此計算結果僅僅為理想型的通訊距離，沒有考慮實際操作中各項意思對通訊距離的影響。故實際操作中，得到的數值往往低于該數值，實際操作需考慮到大氣環境、障礙物、多徑對通訊傳播造成的損耗影響，將損耗考慮到其中，得到符合實際的近似通訊距離。例如，若假設各方面的損耗為40dB，則得到最終的通訊距離為d=180M。

綜上所述，TRF6900A 以其自身穩定的傳輸速率、可靠的傳輸距離、接口操作簡單等優勢，可滿足系統需求。

2.1 無線傳感器網絡的3 連通多跳控制集

2.1.1 系統組成

無線傳感器網絡的3 連通多跳控制集其結構為傳感器、前級處理電路、帶有A/D 轉換的ARM 單片機CC2430、無線收發模塊TRF6900A、以及射頻功率放大器組成；其主要由ARM 單片機CC2430、無線收發模塊TRF6900A、射頻功率放大器組成。

2.1.2 工作原理

無線傳感器網絡的主機部分基于支持實時仿真和跟蹤的 32 位ARM7TDMI-STMCPU 微控制器。 ARM7TDMI-S 使用管道技術，處理和存儲系統的所有部分都能夠實現聯系。 CC2430 是每時每刻都在掃描按鍵的狀態，其可以通過中斷、查詢等方式，及時處理按鍵狀態，按照運行的情況執行功能，并以液晶顯示屏將執行的功能顯示出來。

例如，通過TRF6900A 可對無線信號信息落實有效監測，發現接收頻率，則對應載波檢測CD 被置高。若該模塊接收的地址分析發現其匹配AM 被置高，則在TRF6900A 接收到數據包，且分析發現數據包校驗正常的，以TRF6900A 去掉前導碼地址和CRC 位，對應數據就緒DR 被置高。系統中 MCU 查詢，發現DR和AM 兩管腳主都是高后，可設置TRF6900A 到“standby ”模式，確保其以合適的速率，通過系統的SPI 接口獨處對應數據。MODBUS 命令全部接收后，MCU 執行并處理命令，實現相關功能，完成廣播采樣、發回采樣數據等基礎性操作。

2.2 處理器CC2430

Chipcon 公司在無線電領域發展由來已久，其對相應系統的研發技術的較為成熟，其系統運行成本較低，一些射頻芯片功耗低，應用價值高。例如，其發布的CC2430 產品作為一種可靠的系統芯片，可有效解決當下無線電波傳輸問題。通過CC2430 產品的CMOS 解決方案，可以滿足以ZigBee 為核心的2.4GHz ISM 波段應用，并且減少運行中的成本投入，降低功耗。此方案對相關制造商造成巨大沖擊。之后，在家庭、樓宇供暖、供冷、物流及工業檢測等方面的終端產品研發生產都有促進作用，產品可使用相當而且功耗低的CC2430 系列無線通信芯片。

CC2430 片上系統的功能模塊結構如圖 2.4 所示。其芯片結合igBee 射頻(RF)前端、內存和微控制器優勢，使用加強型的工業8 位8051 控制器核心，運行時可以達到32MHz。此外，以CC2430 片為核心的系統其執行時間較短，可迅速出去浪費總線狀態方式，以051 指令集CC2430 增強型8051 內核，有效提高系統運行性能。系統HIA 可實現128KB 可編程閃存和8KB 的RAM，內含有模擬數字轉換器、上電復位電路、 32kHz 晶振的休眠模式定時器以及21 個可編程I/O 引腳。

系統芯片在正常接收及發射運行中，電流損耗在低于27mA，且系統休眠及轉換的切換時間較短，可適當延長電池使用壽命。為實現對網絡及應用操作帶寬的處理，該CC2430 集成對定時要求苛刻，要求其滿足IEEE802.15.4MAC 協議，減少控制器所承擔的負擔。

從以上的描述中我們可以看出，CC243 0 集成度高，體積小，功耗低，非常適合無線傳感器網絡節點的設計。