无线传感器网络的3 连通多跳控制集

郝 琳

（许昌电气职业学院， 河南 许昌 461000）

1 无线传感器网络的作用

无线片上系统（SoC）自身功率小、耗能少，加之小尺寸和低价格，在无线通讯及网络技术方面有广阔应用。传统传感器采集系统需依赖线路采集，若需在多区域采集数据，则接线较多、接线复杂。此外，若接线距离较远，不仅会影响数据传输的效果，还会对后期线路维护管理造成诸多不便。而多采用无线传感器，其数据交互无需线路支持，后期维护工作开展简单，且数据通过无线收发器模块实现迅速采集，数据传输速度突出，系统可靠。这种无线传感器仅需手持无线收发器模块的主机，就可以对大量数据进行采集，在短短的几秒钟采集到大量的数据，并对数据进行操作分析，储存在数据库中。对数据进行分析，无线传感器还配置有专业的人机交互页面，使用者在界面选择对应的操作按钮，即可一键操作，操作界面简洁、美观，在各行各业中实用性突出。通过将计算机的技术及射频无线技术结合，实现传感器的无线传输，可减少不必要的人力成本投入，大大提高工作效率及工作质量。

2 系统总体方案设计与论证

由上可得，无线传输技术已经在我们的日常生活中广泛应用，如蓝牙技术、nRF 技术、红外线传技术等，极大的方便了我们的日常生活。其中，红外线传输技术其支持的距离较短，若实际应用距离较长，则系统无法稳定工作，且红外线传输容易受各个因素的干扰，其传输效果并不理想。以下就针对TRF6900A Datasheet 中的部分参数数值对算TRF6900A 的通信距离计算分析。

数据在自由空间传输，也就是在对应天线周围的各个介质传播，计算器无线通信距离，电波在自由空间传播本身不会散射、反射，周围障碍物对电波的影响微乎其微，常见障碍物并不会吸收电波，使得无线传输的电波信号通信距离大大提高，发射功率也得到有效保障。

此式即为自由空间下电波传播的损耗公式，式中Lfs 为传输的损耗，d 为传输的距离，频率单位以MHz 计算。

由（2.1）式可得，自由空间中，无线电波传输的损耗，主要受其工作频率及传播距离影响，若工作频率或传播距离增加，则传输损耗随之增加，工作频率或传播距离增加一倍，则无线电波传输损耗分别增加6dB。

对TRF6900A 通信距离计算，不考虑实际操作各项因素对其影响，按照905的Datasheet，其实际发射功率达到10dBm，接收的灵敏度-100dbm，工作频率为433.2MHz。套用公式2.1，最终得到结果为：d=17.5Km。

但是此计算结果仅仅为理想型的通讯距离，没有考虑实际操作中各项意思对通讯距离的影响。故实际操作中，得到的数值往往低于该数值，实际操作需考虑到大气环境、障碍物、多径对通讯传播造成的损耗影响，将损耗考虑到其中，得到符合实际的近似通讯距离。例如，若假设各方面的损耗为40dB，则得到最终的通讯距离为d=180M。

综上所述，TRF6900A 以其自身稳定的传输速率、可靠的传输距离、接口操作简单等优势，可满足系统需求。

2.1 无线传感器网络的3 连通多跳控制集

2.1.1 系统组成

无线传感器网络的3 连通多跳控制集其结构为传感器、前级处理电路、带有A/D 转换的ARM 单片机CC2430、无线收发模块TRF6900A、以及射频功率放大器组成；其主要由ARM 单片机CC2430、无线收发模块TRF6900A、射频功率放大器组成。

2.1.2 工作原理

无线传感器网络的主机部分基于支持实时仿真和跟踪的 32 位ARM7TDMI-STMCPU 微控制器。 ARM7TDMI-S 使用管道技术，处理和存储系统的所有部分都能够实现联系。 CC2430 是每时每刻都在扫描按键的状态，其可以通过中断、查询等方式，及时处理按键状态，按照运行的情况执行功能，并以液晶显示屏将执行的功能显示出来。

例如，通过TRF6900A 可对无线信号信息落实有效监测，发现接收频率，则对应载波检测CD 被置高。若该模块接收的地址分析发现其匹配AM 被置高，则在TRF6900A 接收到数据包，且分析发现数据包校验正常的，以TRF6900A 去掉前导码地址和CRC 位，对应数据就绪DR 被置高。系统中 MCU 查询，发现DR和AM 两管脚主都是高后，可设置TRF6900A 到“standby ”模式，确保其以合适的速率，通过系统的SPI 接口独处对应数据。MODBUS 命令全部接收后，MCU 执行并处理命令，实现相关功能，完成广播采样、发回采样数据等基础性操作。

2.2 处理器CC2430

Chipcon 公司在无线电领域发展由来已久，其对相应系统的研发技术的较为成熟，其系统运行成本较低，一些射频芯片功耗低，应用价值高。例如，其发布的CC2430 产品作为一种可靠的系统芯片，可有效解决当下无线电波传输问题。通过CC2430 产品的CMOS 解决方案，可以满足以ZigBee 为核心的2.4GHz ISM 波段应用，并且减少运行中的成本投入，降低功耗。此方案对相关制造商造成巨大冲击。之后，在家庭、楼宇供暖、供冷、物流及工业检测等方面的终端产品研发生产都有促进作用，产品可使用相当而且功耗低的CC2430 系列无线通信芯片。

CC2430 片上系统的功能模块结构如图 2.4 所示。其芯片结合igBee 射频(RF)前端、内存和微控制器优势，使用加强型的工业8 位8051 控制器核心，运行时可以达到32MHz。此外，以CC2430 片为核心的系统其执行时间较短，可迅速出去浪费总线状态方式，以051 指令集CC2430 增强型8051 内核，有效提高系统运行性能。系统HIA 可实现128KB 可编程闪存和8KB 的RAM，内含有模拟数字转换器、上电复位电路、 32kHz 晶振的休眠模式定时器以及21 个可编程I/O 引脚。

系统芯片在正常接收及发射运行中，电流损耗在低于27mA，且系统休眠及转换的切换时间较短，可适当延长电池使用寿命。为实现对网络及应用操作带宽的处理，该CC2430 集成对定时要求苛刻，要求其满足IEEE802.15.4MAC 协议，减少控制器所承担的负担。

从以上的描述中我们可以看出，CC243 0 集成度高，体积小，功耗低，非常适合无线传感器网络节点的设计。