一种无线网络节点设计

频序列基带调制解调和250Kbits的有效数据速率；低电流消耗和高接收灵敏度：接收19.7mA，发射17.4mA，接收灵敏度为-94dBm；高可靠性：

　　采用了CSMA/CA技术避免发送数据的竞争和冲突，MAC层采用完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；安全性高：基于CRC（循环冗余校验）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用高级加密标准（AES2128）的对称密码，保证数据安全传输；小尺寸封装：QLP-48封装，7mm×7mm；接口配置简单：与微处理器的接口配置简易（4总线SPI接口）。

　　3 ZigBee无线网络节点硬件设计

　　根据ZigBee传感器网络节点管理机制，把节点分成传感器节点、簇头节点和汇聚节点3种类型。当节点作为传感器节点时，主要是通过传感器采集周围环境的数据（温度、位移、光感度和湿度等），然后进行A/D转换，由处理器处理，最后由射频模块发送到相邻节点，同时该节点也要执行数据转发功能，即把相邻节点发送的数据发送到汇聚节点或离汇聚节点更近的节收稿日期点；当节点作为簇头节点时，主要是收集该簇内所有节点所采集到的信息，经数据融合后，发往汇聚节点；当节点作为汇聚节点时，其主要功能就是连接传感器网络与外部网络（如Internet），将传感器节点采集到的数据通过互联网或卫星发送给用户。虽然节点的功能有所不同，但硬件电路基本一致。

　　设计选用PIC18系列的单片机+CC2420解决方案，因此要创建ZigBee传感器节点必须具备以下组件：传感器设备，带SPI接口的PIC18F4620单片机，带有所需外部元件的CC2420RF收发器，天线（PCB引线天线或单极天线），3.3V稳压电源。整个硬件系统划分为数据采集、数据处理、射频和供电4个模块，如图1所示。

　　3.1 数据采集模块

　　数据采集模块是应用传感器件监测外部环境，比如温度、湿度、液位、位移、转速等模拟参数，然后通过A/D转换送给单片机进行处理。

　　3.2 数据处理模块

　　处理器是整个节点的中心，其他模块都要通过处理器控制，因此处理器性能的好坏决定整个节点的性能。处理器采用PIC18F4620型单片机，它具有13路通道的10位模数转换模块，2.0～5.5V宽工作电压，内嵌用于存储数据的3986字节SRAM和用于存储程序代码的64K字节Flash，JTAG程序下载和在线调试接口，支持4线SPI和I2C主从模式等特点。

　　3.3 射频模块

　　在无线传感器网络中，最关键的技术是实现节点间的通信。随着集成电路的发展，芯片的集成度越来越高，能耗越来越少，因此，传感器节点的能量主要是消耗在通信上。

　　所以，选择一款低能耗的通信器件将节省节点能量，延长寿命。

　　在ZigBee无线传感器网络应用中，射频收发器CC2420工作在从机模式，PIC18F4620工作在主机模式，通过SPI接口配置CC2420寄存器参数和读写缓冲器内的数据，详细的引脚连接如表1所示。

　　CC2420具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16MHz晶体振荡器等非常少的外围电路就能在2.4GHz频段工作。同时，CC2420提供一个4线SPI接口（SI、SO、SCLK、CSn）与微处理器连接，通过这个接口完成设置和收发数据工作，并实现读/写缓存数据、读/写状态寄存器等。片选信号CSn低电平有效。该接口使用步骤为：