一种低成本无线传感器网络节点的设计[图](2)

2 无线传感器节点设计

2.1 节点硬件电路设计

无线传感器节点是本文的重点部分，需要满足低成本、低功耗、小体积、适合电池供电等要求。无线节点方案比较如表1所示。

表1 无线节点方案比较

(1)本节点设计时所用器件及其性能：选用的PIC16LF876单片机，其性价比较高、外设丰富、工作稳定，具有针对电池供电的低功耗系列;最高速率为4MIPS，工作电压为2~5.5V，22 个I/O 口，片上集成有WDT、CCP、PWM、A/D等外设，14KB Flash，368bit RAM、256bit EEPROM，具有休眠省电模式。PIC16系列单片机不同型号之间大部分可兼容，可以根据需要，选用价格更低的PIC16F72或采用纳瓦(nW)及超低功耗技术的PIC16F723，程序稍作改动，器件即可封装兼容。

(2)加速度传感器选用数字I2C接口的双轴加速度传感器MXC6202，其具有±2g的测量范围，可以测量重力加速度，小体积、低功耗、接口简单，工作电压范围为2.7~3.6V，有休眠模式，在保证低价格、小体积的同时，可以满足防盗、人体姿态测量等应用的需求。

(3)RF电路采用F05V微型发射模块，具有2.1~3.5V的低电压、低功耗(10mA，连发)及1~10kb/s的传输速率，可以满足监控等场合数据采集的需要。小体积、低价位，只有正电源、地、数据输入、天线(天线按照手册由导线绕制而成)输出4个接口，可以像一个三极管一样使用它。

(4)网关配套的接收电路是J05U超外差接收模块，具有与F05V类似的特点。使用PT2262/PT2272编解码方案，开阔地接收距离在300m左右。

(5)无线节点采用的是电池供电的方式，因此，电池的好坏对整个系统的工作持久性有重要影响。本设计采用的是非充电性18650高容量锂电池，电压为3.7V，容量在1700mah以上，具有涓流放电、电压恒定等特点。经肖特基二极管降压后得到约3.3V电压为系统供电。节点的硬件原理图如图2所示。

图2 无线传感器网络节点原理图

图2中右上角是PT2262的管脚图可以看出，PIC16F876单片机保留了PT2262的8bit地址脚，4bit数据脚。这样做是为了增加系统灵活性，将节点模块从一个网络转移到另一个网络，只需变更三态编码开关A0~A7，就可将其设置成与欲转入网络网关的地址(6561种)。4bit数据口D1~D4采用2bit拨码开关，为传感器编号，这相当于节点在网络内的ID(16种)。

图2中右下角为加速度传感器MXC6202 、I2C接口。X、Y轴加速度值各为12精度。可以看到该传感器接口简单，没有地址编码脚，因地址在出厂前已确定，一路I2C总线只能有一片MXC6202 。PIC16单片机集成了一路I2C接口，但为了以后扩展多路加速度传感器，采用软件模拟的办法，用RC4 、RC5 、RC6 、RC7 4个I/O口模拟了两路I2C接口电路。此外，I2C接口类传感器还带有温湿度传感器STH1X、双轴磁场传感器MMC212X等，只要稍微更改程序，就可以扩展到本系统上。