无线通信网络节点的硬件系统设计分析

摘要：为了提升信息管理和传输的质量水平，要全面落实无线通信网络技术方案，有机融合传感器技术、嵌入式计算机技术等，打造更加合理且规范的技术控制体系，确保硬件系统运行的合理性和规范性。本文分析了无线通信网络节点的硬件系统模块设计内容，并对应用效果予以讨论。

关键词：无线通信网络;节点;硬件系统;模块设计

无线通信网络节点的硬件系统要将网络体系作为基础，落实完整的节点设计方案，从而确保无线传感器网络整体性能优化符合标准，为系统应用效率的优化提供保障。

一、无线通信网络节点硬件系统模块设计

（一）数据采集模块

对于整个无线通信网络节点硬件系统而言，数据采集模块是将采集的数据信息转变为单片机能有效应用的数字信号，因此，作为监测系统的基础层级，其应用价值较高。

第一，设置温度测量系统，能有效处理引线误差补偿产生的影响，并且能处理多点测量切换误差和放大电路零点漂移误差等问题，确保测量精度符合预期。正是因为监控现场的电磁环境较为复杂，干扰信号较强，因此，模拟测温度信号往往会受到干扰，对测量精度产生影响。系统主要组成元件是数字式测温芯片，型号为DS18B20。设备体积较小、精度较高，并且可组网处理，测量的温度范围为-55℃-+125℃，分辨温度为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.625℃，能匹配不同精度要求。并且，测量后获取的数据信息和温度信号能直接以串行的模式传送到CPU，获取CRC校验码以有效提升抗干扰能力和纠错能力。与此同时，利用VDD和GND作为电源引脚、DQ作为数据传输总线[1]。

第二，设置湿度测量系统，选取的设备型号为SHT11，能在测量温度的同时，完成湿度的测定分析，湿度测量范围为0-100%RH，精度为±3%，具体的响应时间≤4s，实时性分辨率为3%。应用湿度敏感元件就能实现数字式输出，能在免标定、免调试的基础上，维持应用的合理性和规范性。

由图可知，供电电压在2.4V到5.5V之间（3.3V），在无线传感器网络节点设计的过程中，引脚之间设置滤波电容，并且配合DATA信号线实现上拉电阻的连接处理。也正是因为数字传感器本身就是借助串行接口技术，所以，传感器信号读取和电源损耗方面都能实现优化，微处理器和SHT11发送的命令予以联动，就能及时读取和分析环境中的温度参数、湿度参数，维持数据信息传输的合理性。

（二）无线通信模块

为了保证无线通信的合理性和规范性，要优选芯片结构，WSN节点要依据无线通信模块才能实现数据的传输处理，所以要从调制方式、数据传输速率等多元因素出发，确保具体应用效果的科学性。较为常见的芯片如下：

1）TR1000，频段916MHz、速率为115kbps、电流为3.0mA、灵敏度为-106dB、调制方式为OOK/FSK。

2）Nrf905，频段433-915MHz、速率为100kbps、电流为12.5mA、灵敏度为-100dB、调制方式为GFSK。

3）CC1000，频段300-1000MHz、速率为76.8kbps、电流为5.3mA、灵敏度为-110dB、调制方式为FSK。

4）CC2420，频段2400MHz、速率为250kbps、电流为19.7mA、灵敏度为-94dB、调制方式为O-QPSK。

本文选取的是CC2420，能满足ZigBee应用单片RF收发标准的芯片，不仅集成度较高，且对应的电压和功耗较低，其支持速率能达到250kbps，主要采取O-QPSK调制处理，实现“多点-多点”快速组网处理要求。

另外，CC2420本身需要的外围元器件数量有限，利用非平衡变压天线电路就能完成相应的无线通信处理，确保通信质量的合理性和规范性。

（三）数据处理模块

第一，建立时钟模块，选择MSP430F1611微处理器系统，能建立完整的节点控制机制，简化复杂设计内容的同时，兼具D/A转换器的相关特征，也能最大程度上提高系统应用的性价比。与此同时，时钟模块中设置高频时钟、低频时钟和数字控制振荡器，依据标准串口SPI接口完成连接处理，并且能依照协议完成相应工序。值得一提的是，微处理器还具备中断唤醒模块，在6s内实现设备休眠状态到活动状态的转换，大大提升节点设计的合理性和规范性[2]。

第二，串口通信接口电路，在实际应用体系中，单片机和PC上位机能借助串口通信接口应用模式，完成数据的实时性传输管理，正是因为RS-232规定的电平参数和微处理器的逻辑电平参数存在差异，所以，借助MAX3232芯片完成转换电平操作，满足接收器和驱动器应用要去。与此同时，串口连接的过程中，异步通信模式要满足TXD和RXD数据应用要求，维持电容平衡。

（四）电源模块

在无线通信网络节点硬件系统中，要结合实际应用要求和标准落实具体设计工作，选取适当的节点模式，本系统应用WSN节点，上文提到无线收发芯片是CC2420，其实际电压单位是2.1V到3.6V，为了维持应用效果，并且提升实验中电池更换的便捷性，选定2节AA型干电池，将其串联处理，能提供3V电压。在电源能量消耗的过程中，电源电压难免会下降，所以，要匹配DC-DC升压芯片，有效对电压予以控制。一方面，DC-DC芯片的实际发热量较小，整体的线性稳定效果较好，减少了系统的发热量就能最大程度上维持应用运行的安全性。另一方面，电量消耗较为合理，自身的转换率较高，减少了系统耗电负担，保证设计效果的最优化。

二、无线通信网络节点硬件系统实现

在完成无线通信网络节点硬件系统相关模块设计工作中，对其具体调试结果予以实验分析。选择RS-232串口通信模式，并且调试工作还包括节点数据采集和数据传输。

（一）设定调试环境

IAR为主要调试环境，支持多种微处理器系统的运行要求，并且整体调试环境较为稳定和安全，能有效提升调试效率。在实际的节点调试操作中，要借助JTAG接口完成具体操作，插入端口后就能实现针对型的调试处理，无论是单步调试执行还是程序流程的改动，都能满足实际标准要求[3]。

（二）RS-232串口调试

依据IAR调试要求，将相关内容下载到节点环境中，匹配串口线连接PC端和节点，并且配置通信端口属性、波特率属性分析等工作，在全速运行程序的状态观察串口通信质量。

（三）数据采集调试

主要是对温度传感器、温湿度传感器等相关设备的信息数据进行采集分析，借助IAR完成节点下载处理，连接RS-232接口线，匹配调试参数，观察擦剂数据的结果，并且完成温度数值、湿度数值分析。例如，显示的十六进制15代表的是温度数值，为21摄氏度;显示的1C表示的是相对湿度，为28%RH。

结束语：

总而言之，借助无线通信网络节点硬件系统设计工作，全面实现低功耗微处理器硬件架构模式，全面提升系统的运行质量，维持测试的合理性和规范性，确保满足节点功能的基本需求，也为通信效果的优化奠定坚实基础。

参考文献：

[1]张玉婷，严承华. 无线通信网络节点的硬件系統设计[J]. 计算机与数字工程，2016，44（12）：2496-2502，2518.

[2]郑劲松，赖云峰. 基于云计算的5G移动通信网络节点路径优化系统设计[J]. 现代电子技术，2021，44（16）：150-154.

[3]严智. 基于关联规则的网络信息节点风险评估系统设计[J]. 电子设计工程，2021，29（13）：124-128.

作者简介：谭奇志，1984年，男，汉族，籍贯：陕西汉中，学历：硕士研究生，职称：中级工程师，研究方向：通信与信息系统，交换网络