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   　 0 引 言
    　無線傳感器網絡WSN(wireless sensor network)是一種自組織網絡，它由大量低成本、資源有限的傳感節點設備組成，節點間協同工作實現某一特定任務。由于無線傳感網絡所具有的易擴展、自組織、分布式結構和實時性的特點，無線傳感網絡的應用已經由軍事領域擴展到其他許多領域，例如環境監測、氣候監測、目標追蹤、工業自動化等方面，此外還為未來的遠程醫療和空間探索提供了很大的應用空間。
   　 無線傳感器網絡體系結構如圖1所示，通常包括傳感器節點、匯聚節點(sinknode)、外部網絡和用戶界面。大量傳感器節點隨機部署在感知區域(Sensorfield)內部或附近，能夠通過自組織方式構成網絡，傳感器節點將采集到的數據沿著其他傳感器節點逐跳進行傳輸，在傳輸過程中所采集的數據可能被多個節點處理，經過多跳路由后到匯聚節點，再由匯聚節點通過外部網絡把數據傳送到處理中心進行集中處理。

1 系統硬件設計
    　無線傳感器網絡終端節點的硬件一般包括數據處理單元、無線傳輸單元、傳感采集單元和電源供應單元。如圖2所示，傳感采集單元可以根據應用背景選擇相應的測量物理量的傳感器，電源供應單元部分由于系統大部分處于低功耗模式，可以采用7號電池解決。下面著重介紹數據處理單元、無線傳輸單元。

1．1 數據處理單元
   　 MSP430是具有超低功耗特點的16位單片機，本方案選用MSP430F148，其功耗電流已經達到了μA級。16位CPU和高效的RISC指令系統，無外擴的數據地址總線，在8MHz時可達到125ns的指令周期，具有16個快速響應中斷，能及時處理各種緊急事件。豐富的片內外圍功能模塊：12位的A／D轉換器ADC12內包括采樣／保持功能的ADC內核、轉換存儲邏輯、內部參考電平發生器、多種時鐘源、采樣及轉換時序電路。有8個外通道，4個內通道，高達200kbps的采樣速率，多種采樣方式。兩路USART通信串口，可用于UART和SPI模式；片內有精密硬件乘法器、兩個16位定時器，6個并行口P1～P6，48條I／O口線，其具有64KB的閃存，用于存儲采集數據。

1．2 無線傳輸單元
    　本系統采用2．4GHz無線單片收發芯片nRF2401，它具有體積小、功耗低，外設少的特點，非常適合于無線傳輸應用系統。nRF2401可以由SPI接口與微處理器連接，通過這個接口完成設置和收發數據工作。許多單片機都集成了SPI控制器，例如MSP430，可以非常方便地通過軟件設置最多40bit地址，只有收到本機地址時才會輸出數據(提供一個中斷指示)，并且支持點對多點的操作，編程很方便。nRF2401與單片機采用SPI接口連接，原理圖如圖3所示。SPI總線接口技術是一種高速、高效率的串行接口技術，主要用于擴展外設和進行數據交換。

2 軟件設計
  　  軟件開發以IAR Workbench V3．1為平臺，采用C語言編寫，軟件編程的基本思路是：先對SPI、nRF2401控制端口初始化；使能SPI、UART端口，使能ADC，對nRF2401芯片初始化；開啟接收機后，就可以運行任務程序了，以實現接收或發送數據，對nRF2401操作流程如下：
  　  nRF2401有4種工作模式：收發模式、配置模式、空閑模式和關機模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS三個引腳決定。對nRF2401的操作主要是配置其工作方式和讀寫數據，所有配置命令字和數據都是通過同步串行口的CLK和DATA兩個引腳完成的。要將nRF2401設置于ShockBurstTM方式，首先使PWR_UP引腳為高電平，CE引腳為低電平。配置字從最高位開始，依次送入nRF2401，CLK下降沿鎖定數據。配置命令字發送完后，在CS的下降沿按新配置字的設置開始工作。使用nRF2401進行發送數據時，采用以下的步驟：1)CE置高，使nRF2401開始工作；2)逐位寫入接收機的地址；3)逐位寫入要傳送的數據；4)CE置低，激發nRF2401進行ShockBurstTM發射。nRF2401的ShockBurstTM發射過程是：給射頻前端供電，射頻數據打包(加字頭、CRC校驗碼)，高速發射數據包，發射完成，nRF2401進入空閑狀態。nRF2401的接口模塊引腳包括CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)，接收端依照以下流程進行數的接收：1)配置本機地址和即將接收的數據包大小；2)進入接收狀態，CE置高；3)200μs后，nRF2401進入監視狀態，等待數據包的到來；4)當接收到正確的數據包時，nRF2401自動除去字頭、地址和CRC；5)nRF2401通過把DR1(可用作中斷信號)置高來通知微控制器；6)微控制器把數據從nRF2401逐位移出；7)所有數據移完，nRF2401把DR1置低，此時如果CE為高，則等待下一個數據包，如果CE為低，開始其他工作流程。