文献[Seth00]中介绍了几种值得关注的传感器系统。这些节点配置了Atmel AT90LS8535(微处理器)和RFM 916 MHz无线收发器,还有7种模拟传感器(温度、亮度、气压、两向加速度仪、两向磁力计)。电源方面,它采用一个3V的锂离子钮扣电池,在连续使用的情况下能工作5天,在1%占空比下工作时间为1?5年。
它搭载了一个低速CPU、149?475kHz的Atmel MCU。它具有19条指令,通过无线通信系统来发送与接收原始数据。每个时钟周期执行一条指令,那么它的原始数据速率为149?475kHz/19 cycles/bit = 7?867kbps。
在无线环境中,噪声和干扰会导致数据包产生错误,因此Hollar [Seth00] 使用循环冗余校验(CRC)检查数据包中的位错误。
图2-6为COTS 微尘系统的单跳通信协议框图,这是一个简单的通过无线传输接收配对,实现数据从一个设备到下一个设备传输的过程。它的通信协议应用于两类节点(如图2?6所示):通过串口与计算机通信的基站节点,以及通过无线与基站节点通信的普通节点。普通节点持续发送的数据被基站节点接收,然后在计算机屏幕上显示信息。
Hollar [Seth00]还在两个设备之间运用了一个简单的时间同步协议。为了建立时间同步,基站节点必须首先对一个普通节点进行查询。如图2?6所示,在发送查询命令后,它开始监听响应,如果100ms后仍未监听到响应,它继续发送传输查询,这样的查询过程会一直重复,直到收到一条有效消息为止。收到消息后,基站节点通过串口把消息发送到计算机,然后基站节点继续监听数据包。
从图2-6中还可以看出上述两个协议在传输周期之后有一个监听周期,这使得节点能够迅速响应查询命令。握手协议使得两个节点间的相互通信尽可能的快。
Hollar[Seth00]只展示了一个很基本的节点设计,没有考虑无线传感器网络的其他需求。比如,它不能很好地支持多跳通信,CPU/收发器的设计可以实现更高能效。之所以把它作为一个示例,原因是即便是一个简单的节点原型设计,我们也可以从中学到很多东西。
设计建议
文献[Seth00]总结了一些很好的设计经验:
1)CPU和无线收发器的选择:最初,Hollar使用Scenix SX28AC系列最大时钟周期为50MHz的微处理器。但是,第一个电路板制作好后,发现RF Monolithics收发器的芯片组与Scenix微处理器搭配会出现故障。
Hollar找出了收发器芯片组出现故障的原因。第一个可能的原因是CPU产生的噪声渗透到了无线收发器中。因为CPU的时钟频率锁定在低速的1MHz下,但是快速的上升和下降时间导致噪声处于接收频带。第二个可能的原因是电路板没有地线和电源层,这两个部分有助于隔离元器件之间的信号以及保持稳定的供电电压。
2)电源的选择:Scenix CPU的工作电压为5V,而RFM芯片的工作电压为3V,因此就需要一种办法能够产生两种电压。一种方法是使用3节碱性电池,可以提供3V和4?5V的电压。但是,这种电池会随着使用而出现电压下降。53由于增加了复杂性和元件数量,分别为微处理器和收发器芯片组设置两个调压器的方案不是最理想的。为了解决这个问题,Hollar将目标设定为使用统一的工作电压,即使用3V锂离子电池,设计所有元件在2?75~3?25V范围内工作。