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2.3 Mica节点设计
15-07-26    下载编辑
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本书介绍了无线传感器网络的基本概念、硬件构成、网络协议栈、操作系统、中间件、定位技术、安全策略、数据管理、同步等内容,并给出了典型无线传感器网络的工作机制,通过两个案例进一步说明了无线传感器网络相立即去当当网订购

Mica节点在Reno节点的基础上增加了关键的硬件加速引擎,Mica用硬件加速引擎配合CPU提高了数据传输比特率和定时精确性。

Mica的硬件部分包含一个Atmega103微处理器、一个RFM TR1000无线通信单元、外置存储器以及通信加速引擎。硬件加速引擎可以提升无线通信关键步骤的性能。


 

图2-4描述了Mica节点的体系结构。它有5个主要功能模块:CPU、无线通信单元、能量管理单元、I/O扩展和二级存储器。读者可以在http://www?tinyos?net找到Mica节点的主要功能模块简介、系统整体概述、详细材料清单、设备示意图和所有硬件模块的技术手册。

Mica节点使用Atmel ATMEGA103L或者ATMEGA128(4MHz)。Atmel CPU还包含一个128KB的 flash程序存储器、一块4kB的静态RAM、一个内置8通道10位模数转换器、3个硬件时钟、48 条通用I/O线、一个外置UART和一个SPI端口。Mica节点的无线通信模块包含一个RF Monolithics TR1000收发器。

节点ID:为了给每个节点分配一个唯一的标识,Mica使用一个Maxim DS2401硅序列号作为标识,这是一个无需供电的带微型电子接口的低成本ROM设备[Dallas08]。

存储器:Mica使用一块4Mbit的 Atmel AT45DB041B系列小型封装的flash芯片。该flash存储器负责存储传感器数据和应用程序两类信息。一般情况下,flash存储器应比128KB的程序存储器大,这样才能容纳整个程序。这就是Mica不采用Reno使用的小于32KB的电擦除可编程的ROM存储器的原因。

能量供给:Mica节点能够由AA碱性电池驱动,但需要提升输出电压。如果没有升压转换器,无线通信模块就不能运行。Mica使用一个Maxim1678 直流直流转换器提供恒定的3?3V电能供应,该转换器能够接收最低1?1V的输入电压。值得注意的是,输入电压对无线收发器(TR1000)的发送信号强度和接收灵敏度有显著影响。

表2?6描述了Mica节点中不同硬件模块的功耗水平。当节点处于超低功耗的睡眠状态下时,电源系统是关闭的。此时整个系统在未调输入电压下运行,这样可以降低升压转换器和CPU的能耗。


 

外围模块支持:Mica节点的I/O子系统接口包含一个51针扩展连接器,这些针脚可以使节点与各种不同的传感或者编程电路板连接。该51针连接器有以下接口:8条模拟连接线、8条电能控制线、3条脉冲宽度调制线、2条模拟比较线、4条外部中断线、1个串口、一组微处理器编程专用线和一些总线接口。

无线通信模块:Mica使用一个TR1000无线芯片。该芯片允许CPU直接获得无线接收时的信号强度,还允许CPU在没有活动数据传输时对背景噪声的水平进行采样。在多跳网络应用中,可以通过这些信息(无线信号强度和噪声水平)计算信噪比,从而大大提高路径效率。

Mica允许程序快速并有预测性地打开或关闭无线模块。因此,Mica节点可以在没有全局控制的情况下轻易进入到低占空比下运行。

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