無線通信網絡節點的硬件系統設計分析

摘要：為了提升信息管理和傳輸的質量水平，要全面落實無線通信網絡技術方案，有機融合傳感器技術、嵌入式計算機技術等，打造更加合理且規范的技術控制體系，確保硬件系統運行的合理性和規范性。本文分析了無線通信網絡節點的硬件系統模塊設計內容，并對應用效果予以討論。

關鍵詞：無線通信網絡;節點;硬件系統;模塊設計

無線通信網絡節點的硬件系統要將網絡體系作為基礎，落實完整的節點設計方案，從而確保無線傳感器網絡整體性能優化符合標準，為系統應用效率的優化提供保障。

一、無線通信網絡節點硬件系統模塊設計

（一）數據采集模塊

對于整個無線通信網絡節點硬件系統而言，數據采集模塊是將采集的數據信息轉變為單片機能有效應用的數字信號，因此，作為監測系統的基礎層級，其應用價值較高。

第一，設置溫度測量系統，能有效處理引線誤差補償產生的影響，并且能處理多點測量切換誤差和放大電路零點漂移誤差等問題，確保測量精度符合預期。正是因為監控現場的電磁環境較為復雜，干擾信號較強，因此，模擬測溫度信號往往會受到干擾，對測量精度產生影響。系統主要組成元件是數字式測溫芯片，型號為DS18B20。設備體積較小、精度較高，并且可組網處理，測量的溫度范圍為-55℃-+125℃，分辨溫度為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.625℃，能匹配不同精度要求。并且，測量后獲取的數據信息和溫度信號能直接以串行的模式傳送到CPU，獲取CRC校驗碼以有效提升抗干擾能力和糾錯能力。與此同時，利用VDD和GND作為電源引腳、DQ作為數據傳輸總線[1]。

第二，設置濕度測量系統，選取的設備型號為SHT11，能在測量溫度的同時，完成濕度的測定分析，濕度測量范圍為0-100%RH，精度為±3%，具體的響應時間≤4s，實時性分辨率為3%。應用濕度敏感元件就能實現數字式輸出，能在免標定、免調試的基礎上，維持應用的合理性和規范性。

由圖可知，供電電壓在2.4V到5.5V之間（3.3V），在無線傳感器網絡節點設計的過程中，引腳之間設置濾波電容，并且配合DATA信號線實現上拉電阻的連接處理。也正是因為數字傳感器本身就是借助串行接口技術，所以，傳感器信號讀取和電源損耗方面都能實現優化，微處理器和SHT11發送的命令予以聯動，就能及時讀取和分析環境中的溫度參數、濕度參數，維持數據信息傳輸的合理性。

（二）無線通信模塊

為了保證無線通信的合理性和規范性，要優選芯片結構，WSN節點要依據無線通信模塊才能實現數據的傳輸處理，所以要從調制方式、數據傳輸速率等多元因素出發，確保具體應用效果的科學性。較為常見的芯片如下：

1）TR1000，頻段916MHz、速率為115kbps、電流為3.0mA、靈敏度為-106dB、調制方式為OOK/FSK。

2）Nrf905，頻段433-915MHz、速率為100kbps、電流為12.5mA、靈敏度為-100dB、調制方式為GFSK。

3）CC1000，頻段300-1000MHz、速率為76.8kbps、電流為5.3mA、靈敏度為-110dB、調制方式為FSK。

4）CC2420，頻段2400MHz、速率為250kbps、電流為19.7mA、靈敏度為-94dB、調制方式為O-QPSK。

本文選取的是CC2420，能滿足ZigBee應用單片RF收發標準的芯片，不僅集成度較高，且對應的電壓和功耗較低，其支持速率能達到250kbps，主要采取O-QPSK調制處理，實現“多點-多點”快速組網處理要求。

另外，CC2420本身需要的外圍元器件數量有限，利用非平衡變壓天線電路就能完成相應的無線通信處理，確保通信質量的合理性和規范性。

（三）數據處理模塊

第一，建立時鐘模塊，選擇MSP430F1611微處理器系統，能建立完整的節點控制機制，簡化復雜設計內容的同時，兼具D/A轉換器的相關特征，也能最大程度上提高系統應用的性價比。與此同時，時鐘模塊中設置高頻時鐘、低頻時鐘和數字控制振蕩器，依據標準串口SPI接口完成連接處理，并且能依照協議完成相應工序。值得一提的是，微處理器還具備中斷喚醒模塊，在6s內實現設備休眠狀態到活動狀態的轉換，大大提升節點設計的合理性和規范性[2]。

第二，串口通信接口電路，在實際應用體系中，單片機和PC上位機能借助串口通信接口應用模式，完成數據的實時性傳輸管理，正是因為RS-232規定的電平參數和微處理器的邏輯電平參數存在差異，所以，借助MAX3232芯片完成轉換電平操作，滿足接收器和驅動器應用要去。與此同時，串口連接的過程中，異步通信模式要滿足TXD和RXD數據應用要求，維持電容平衡。

（四）電源模塊

在無線通信網絡節點硬件系統中，要結合實際應用要求和標準落實具體設計工作，選取適當的節點模式，本系統應用WSN節點，上文提到無線收發芯片是CC2420，其實際電壓單位是2.1V到3.6V，為了維持應用效果，并且提升實驗中電池更換的便捷性，選定2節AA型干電池，將其串聯處理，能提供3V電壓。在電源能量消耗的過程中，電源電壓難免會下降，所以，要匹配DC-DC升壓芯片，有效對電壓予以控制。一方面，DC-DC芯片的實際發熱量較小，整體的線性穩定效果較好，減少了系統的發熱量就能最大程度上維持應用運行的安全性。另一方面，電量消耗較為合理，自身的轉換率較高，減少了系統耗電負擔，保證設計效果的最優化。

二、無線通信網絡節點硬件系統實現

在完成無線通信網絡節點硬件系統相關模塊設計工作中，對其具體調試結果予以實驗分析。選擇RS-232串口通信模式，并且調試工作還包括節點數據采集和數據傳輸。

（一）設定調試環境

IAR為主要調試環境，支持多種微處理器系統的運行要求，并且整體調試環境較為穩定和安全，能有效提升調試效率。在實際的節點調試操作中，要借助JTAG接口完成具體操作，插入端口后就能實現針對型的調試處理，無論是單步調試執行還是程序流程的改動，都能滿足實際標準要求[3]。

（二）RS-232串口調試

依據IAR調試要求，將相關內容下載到節點環境中，匹配串口線連接PC端和節點，并且配置通信端口屬性、波特率屬性分析等工作，在全速運行程序的狀態觀察串口通信質量。

（三）數據采集調試

主要是對溫度傳感器、溫濕度傳感器等相關設備的信息數據進行采集分析，借助IAR完成節點下載處理，連接RS-232接口線，匹配調試參數，觀察擦劑數據的結果，并且完成溫度數值、濕度數值分析。例如，顯示的十六進制15代表的是溫度數值，為21攝氏度;顯示的1C表示的是相對濕度，為28%RH。

結束語：

總而言之，借助無線通信網絡節點硬件系統設計工作，全面實現低功耗微處理器硬件架構模式，全面提升系統的運行質量，維持測試的合理性和規范性，確保滿足節點功能的基本需求，也為通信效果的優化奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]張玉婷，嚴承華. 無線通信網絡節點的硬件系統設計[J]. 計算機與數字工程，2016，44（12）：2496-2502，2518.

[2]鄭勁松，賴云峰. 基于云計算的5G移動通信網絡節點路徑優化系統設計[J]. 現代電子技術，2021，44（16）：150-154.

[3]嚴智. 基于關聯規則的網絡信息節點風險評估系統設計[J]. 電子設計工程，2021，29（13）：124-128.

作者簡介：譚奇志，1984年，男，漢族，籍貫：陜西漢中，學歷：碩士研究生，職稱：中級工程師，研究方向：通信與信息系統，交換網絡