基于ATmega128L与CC2420的无线传感器网络节点的研究与实现

元件和电源去耦电容等很少的外部元件即可正常工作，可确保短距离通信 的有效性和可靠性，其最大收发速率为 250kbps。

CC2420有33个16位配置寄存器、15个命令选通寄存器、1个128字节的发送FIFO缓存区、1 个128字节的接收FIFO缓存区、1个112字节的安全信息存储器。CC2420与处理器的连接比较简便，它使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA 四个引脚表示收发数据的状态；处理器通过SPI接口(CSn、SO、SI、SCLK)与CC2420交换数据、发送命令，使用RESETn引脚复位芯片，使用VREG_EN引脚使能CC2420的电压调整器，使其产生CC2420所需要1.8V电压，从而使CC2420进入正常工作的状态；CC2420通过单极天线或PCB天线进行通信。其模块示意图如图4所示。

CC2420 需要16MHz的参考时钟用于数据的收发。参考时钟可以来自外部时钟源，也可以由内部晶体振荡器产生。如果使用外部时钟，直接从XOSC16_Q1引脚输入，XOSC16_Q2脚悬空；如果使用内部晶体振荡器，晶振接在XOSC16_Q1、XOSC16_Q2引脚之间。晶振起振需对CC2420选通命令寄存器SXOSCON使能。

　　电源管理模块

电能是传感器网络非常宝贵的资源，为了保证硬件电路的低功耗设计，节点芯片的选择均使用低功耗、低电压工作的芯片。系统采用普通电池或可充电锂离子电池工作，电源管理芯片采用AD公司的ADP3338-3.3，SOT-223封装。

　　充电及状态显示模块

在有条件对节点进行充电时，节点使用锂离子电池工作，可利用充电模块为节点进行电能补充，从而确保节点工作的连续性，避免了节点因更换电池造成的工作中断。充电模块使用达拉斯公司的DS2770和电池保护芯片DS2720设计，具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护等功能。处理器与DS2770用一线接口来传递信息，并需外接一个约4.7k!的上拉电阻。充电模块示意图如图5。LCD显示模块采用LCM6432ZK液晶显示器，通过串行接口和主 MCU连接，用于系统工作状态信息、充电进程、电池电量等状态的显示。节点硬件留有LCD接口，在需要显示时可方便接插LCD显示模块。

　　传感器模块

节点传感器模块与计算和通信子板分离，模块化的设计提高了节点在不同应用中的灵活性。传感器模块可根据实际需要确定合适的传感器，如温度、湿度、振动、光强、气体报警、磁阻、红外等，以满足不同的需要。由于节点多为电池供电，要求传感器体积小、功耗低、外围电路简单，最好采用不需要复杂信号调理电路的数字传感器。

本设计选用的部分传感器为：

温度传感器DS18B20是一种新型数字温度传感器，外部电路非常简单，使用一线总线接口。其测量范围为-55℃～125℃，在-10℃～85℃之间的测量精度为±0.5℃，分辨率最大可以设计为12位，测量数据准确可靠。

红外传感器PD632是一种数字热释电传感器，工作波长：7.5ηm～14ηm，在-20℃～60℃工作环境下探测距离可达6m～15m。

加速度传感器ADXL202是AD公司的两维数字加速度传感器，工作温度：-40℃～85℃，采用先进的MEMS技术，可以测量震动加速度和静态加速度。

　　外部接口

节点外部接口包括JTAGE接口、ISP编程接口、RS232接口、充电接口、传感器接口、SMA天线座接口等。节点使用JTAGE、ISP多种方法下载程序；使用RS232接口直接与PC机串口连接；可根据不同需求经传感器接口挂接不同的传感器模块；在有充电条件的情况下，可通过充电接口迅速为节点补充能量。图6是RS232 接口示意图, 图7 是JTAG/ISP 接口示意图。

　　节点设计的要点及应注意的事项

射频部分是本设计的重点与难点，也是系统设计成功的关键。在模块设计过程中遇到的主要问题及解决方法有：

CC2420的载波频率是2.4GHz，每5MHz增加一个频道，而晶振的精确度将影响载波的频率，从而影响通信的建立和稳定性。CC2420要求时钟源的精度在±40ppm以内。如果使用外部晶振应尽量使用精度高、性能稳定的四脚贴片晶振。

CC2420 射频电路工作在2.400GHz～2.4835GHz高频率工作频段，抗干扰设计直接关系到射频性能和整个传感器节点的运转情况。在射频部分布线时，合理的布局与布线及采用多层板既是布线所必须的也是降低电磁干扰提高抗干扰能力的有效手段。布线时特别要注意以下几点：一是射频电路没有用做布线的面积均需用铜填充并连接到地，以提供RF屏蔽达到有效抗干扰的目的；二是CC2420芯片底部应接地；为了降低延迟、减少串扰，确保高频信号的传输，要使用多个接地过孔将CC2420芯片底部和地