无线传感器网络系统设计

种工作模式分别是Shock Burst TM接收模式和Shock Burst TM发送模式；两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定。

nRF905 工作于Shock Burst TM模式时，nRF905能够提供高速的数据传输而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理，与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，因 此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，数据速率由微控制器自己设定。在Shock Burst TM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两引脚通知微控制器，微控制器就会对接收到的数据包 进行处理，处理完数据会根据相应的条件进入各种工作模式。在Shock Burst TM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕，微处理器就可以根据情况让系统工作 在各种模式下。由以上分析可知，nRF905的Shock Burst TM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源。

nRF905 的节能模式包括关机模式和空闲模式。在关机模式，nRF905的工作电流最小，一般为2.5µA。进入关机模式后，nRF905保持配置字中的内容，但不 会接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905内部的部分晶体振 荡器处于工作状态，工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。

选 取nRF905作为传感器节点的射频通讯芯片，天线使用50Ω的单鞭天线。如图2所示，TXEN、TRX_CE、PWR_UP是MSP430F149单片 机输出信号，用来配置nRF905的各种工作模式。SPI_MISO、SPI_MOSI、SPI_SCK和SPI_SCN是MSP430F149单片机与 nRF905的通讯信号线。CD、AM和DR分别代表载波侦听、地址匹配和数据准备好，是nRF905返回给MSP430F149单片机的信号线。

传感器单元设计

（1）声音传感器

声 音的监测采用Panasonic的全方位电容麦克风WM-62A，它除了被用于普通的声音记录以外，还同蜂鸣器、麦克风、音频信号的接收放大和解码电路， 一起被用于声音定位。声音传感器模块的接口电路如图3所示。蜂鸣器采用简单的固定频率的共鸣器，用于产生固定频率（如4KHz）的测距声波。麦克风接收到 的声音信号两次经过运算放大器MAX4466实现两级放大，输出信号送到单片机的模数转换端口，同时该输出经过有源滤波器MAX4164连接到音调侦测器 LMC567，可以实现声调解码，当蜂鸣器所发出的固定频率的音调出现，音调侦测器LMC567就会输出一个数字高低电平给单片机的中断端口。

通过这一电路，能够实现传感器节点间的测距，采用基于声波和电磁波的到达时间差测距的方法实现节点间测距，通过测量节点所广播的声波和电磁波到达同一节点的 时间差，进而基于信号传播速度来确定节点间的距离。某一节点激励蜂鸣器发声，且同时广播电磁信号，当周围的某个节点接收到电磁波信号后，定时器开始工作， 当该节点接收到测距声波时定时器停止工作。由于电磁波的传播速度很快，定时器测量的时间可以近似认为是声波在两节点间传播的时间，进而可计算出两节点间的 距离。然后通过一定的定位算法，可以实现传感器节点的自身定位。

（2）加速度传感器

ADXL202AE 是廉价、低功耗的两轴加速度传感器，量程范围为-2g到+2g。它可用来测量动态加速度，也可用来测量静态加速度。它具有较高的灵敏度 (12.5%/g)，即使用低速计数器来对它输出的PWM信号进行解码，也可以得到较高的分辨率。加速度传感器模块的接口电路如图4所示。 ADXL202AE芯片的集成度较高，其输出形式一种是直接的模拟电压信号，一种是数字信号。利用ADXL202AE双轴加速度传感器可以测量地震动加速 度，从而实现对目标的探测。

图1 仿真电路图

图2 nRF905接口电路图

图3 声音传感器接口电路图

图4 加速度传感器接口电路图

图5 磁性传感器接口电路图

（3）磁性传感器

磁 性传感器可以测量环境磁场强度，能够探测到带磁性的目标。美国Honeywell公司的低功耗二维磁阻传感器HMC1052具有超低功耗，供电电压低于 1.8V；灵敏度达1mV/V/Oe，检测磁场范围达±60e；位于芯片上的置位/复位带，减少了温度漂移影响，也减少了大磁场存在引起的信号输出损失； 广泛应用于罗盘、导航系统、高度参考、交通检测、医疗设备、位置检测等领域。

磁性传感器模块的接口电路如图5所示。传感器HMC1052测得的场强以差分信号的形式输出，分别经LMV358的