摘要：為了提升信息管理和傳輸?shù)馁|(zhì)量水平，要全面落實無線通信網(wǎng)絡技術(shù)方案，有機融合傳感器技術(shù)、嵌入式計算機技術(shù)等，打造更加合理且規(guī)范的技術(shù)控制體系，確保硬件系統(tǒng)運行的合理性和規(guī)范性。本文分析了無線通信網(wǎng)絡節(jié)點的硬件系統(tǒng)模塊設計內(nèi)容，并對應用效果予以討論。

關(guān)鍵詞：無線通信網(wǎng)絡;節(jié)點;硬件系統(tǒng);模塊設計

無線通信網(wǎng)絡節(jié)點的硬件系統(tǒng)要將網(wǎng)絡體系作為基礎(chǔ)，落實完整的節(jié)點設計方案，從而確保無線傳感器網(wǎng)絡整體性能優(yōu)化符合標準，為系統(tǒng)應用效率的優(yōu)化提供保障。

一、無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)模塊設計

（一）數(shù)據(jù)采集模塊

對于整個無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)采集模塊是將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C能有效應用的數(shù)字信號，因此，作為監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)層級，其應用價值較高。

第一，設置溫度測量系統(tǒng)，能有效處理引線誤差補償產(chǎn)生的影響，并且能處理多點測量切換誤差和放大電路零點漂移誤差等問題，確保測量精度符合預期。正是因為監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境較為復雜，干擾信號較強，因此，模擬測溫度信號往往會受到干擾，對測量精度產(chǎn)生影響。系統(tǒng)主要組成元件是數(shù)字式測溫芯片，型號為DS18B20。設備體積較小、精度較高，并且可組網(wǎng)處理，測量的溫度范圍為-55℃-+125℃，分辨溫度為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.625℃，能匹配不同精度要求。并且，測量后獲取的數(shù)據(jù)信息和溫度信號能直接以串行的模式傳送到CPU，獲取CRC校驗碼以有效提升抗干擾能力和糾錯能力。與此同時，利用VDD和GND作為電源引腳、DQ作為數(shù)據(jù)傳輸總線[1]。

第二，設置濕度測量系統(tǒng)，選取的設備型號為SHT11，能在測量溫度的同時，完成濕度的測定分析，濕度測量范圍為0-100%RH，精度為±3%，具體的響應時間≤4s，實時性分辨率為3%。應用濕度敏感元件就能實現(xiàn)數(shù)字式輸出，能在免標定、免調(diào)試的基礎(chǔ)上，維持應用的合理性和規(guī)范性。

由圖可知，供電電壓在2.4V到5.5V之間（3.3V），在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計的過程中，引腳之間設置濾波電容，并且配合DATA信號線實現(xiàn)上拉電阻的連接處理。也正是因為數(shù)字傳感器本身就是借助串行接口技術(shù)，所以，傳感器信號讀取和電源損耗方面都能實現(xiàn)優(yōu)化，微處理器和SHT11發(fā)送的命令予以聯(lián)動，就能及時讀取和分析環(huán)境中的溫度參數(shù)、濕度參數(shù)，維持數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)暮侠硇浴?/p>

（二）無線通信模塊

為了保證無線通信的合理性和規(guī)范性，要優(yōu)選芯片結(jié)構(gòu)，WSN節(jié)點要依據(jù)無線通信模塊才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸處理，所以要從調(diào)制方式、數(shù)據(jù)傳輸速率等多元因素出發(fā)，確保具體應用效果的科學性。較為常見的芯片如下：

1）TR1000，頻段916MHz、速率為115kbps、電流為3.0mA、靈敏度為-106dB、調(diào)制方式為OOK/FSK。

2）Nrf905，頻段433-915MHz、速率為100kbps、電流為12.5mA、靈敏度為-100dB、調(diào)制方式為GFSK。

3）CC1000，頻段300-1000MHz、速率為76.8kbps、電流為5.3mA、靈敏度為-110dB、調(diào)制方式為FSK。

4）CC2420，頻段2400MHz、速率為250kbps、電流為19.7mA、靈敏度為-94dB、調(diào)制方式為O-QPSK。

本文選取的是CC2420，能滿足ZigBee應用單片RF收發(fā)標準的芯片，不僅集成度較高，且對應的電壓和功耗較低，其支持速率能達到250kbps，主要采取O-QPSK調(diào)制處理，實現(xiàn)“多點-多點”快速組網(wǎng)處理要求。

另外，CC2420本身需要的外圍元器件數(shù)量有限，利用非平衡變壓天線電路就能完成相應的無線通信處理，確保通信質(zhì)量的合理性和規(guī)范性。

（三）數(shù)據(jù)處理模塊

第一，建立時鐘模塊，選擇MSP430F1611微處理器系統(tǒng)，能建立完整的節(jié)點控制機制，簡化復雜設計內(nèi)容的同時，兼具D/A轉(zhuǎn)換器的相關(guān)特征，也能最大程度上提高系統(tǒng)應用的性價比。與此同時，時鐘模塊中設置高頻時鐘、低頻時鐘和數(shù)字控制振蕩器，依據(jù)標準串口SPI接口完成連接處理，并且能依照協(xié)議完成相應工序。值得一提的是，微處理器還具備中斷喚醒模塊，在6s內(nèi)實現(xiàn)設備休眠狀態(tài)到活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，大大提升節(jié)點設計的合理性和規(guī)范性[2]。

第二，串口通信接口電路，在實際應用體系中，單片機和PC上位機能借助串口通信接口應用模式，完成數(shù)據(jù)的實時性傳輸管理，正是因為RS-232規(guī)定的電平參數(shù)和微處理器的邏輯電平參數(shù)存在差異，所以，借助MAX3232芯片完成轉(zhuǎn)換電平操作，滿足接收器和驅(qū)動器應用要去。與此同時，串口連接的過程中，異步通信模式要滿足TXD和RXD數(shù)據(jù)應用要求，維持電容平衡。

（四）電源模塊

在無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)中，要結(jié)合實際應用要求和標準落實具體設計工作，選取適當?shù)墓?jié)點模式，本系統(tǒng)應用WSN節(jié)點，上文提到無線收發(fā)芯片是CC2420，其實際電壓單位是2.1V到3.6V，為了維持應用效果，并且提升實驗中電池更換的便捷性，選定2節(jié)AA型干電池，將其串聯(lián)處理，能提供3V電壓。在電源能量消耗的過程中，電源電壓難免會下降，所以，要匹配DC-DC升壓芯片，有效對電壓予以控制。一方面，DC-DC芯片的實際發(fā)熱量較小，整體的線性穩(wěn)定效果較好，減少了系統(tǒng)的發(fā)熱量就能最大程度上維持應用運行的安全性。另一方面，電量消耗較為合理，自身的轉(zhuǎn)換率較高，減少了系統(tǒng)耗電負擔，保證設計效果的最優(yōu)化。

二、無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)實現(xiàn)

在完成無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)相關(guān)模塊設計工作中，對其具體調(diào)試結(jié)果予以實驗分析。選擇RS-232串口通信模式，并且調(diào)試工作還包括節(jié)點數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。

（一）設定調(diào)試環(huán)境

IAR為主要調(diào)試環(huán)境，支持多種微處理器系統(tǒng)的運行要求，并且整體調(diào)試環(huán)境較為穩(wěn)定和安全，能有效提升調(diào)試效率。在實際的節(jié)點調(diào)試操作中，要借助JTAG接口完成具體操作，插入端口后就能實現(xiàn)針對型的調(diào)試處理，無論是單步調(diào)試執(zhí)行還是程序流程的改動，都能滿足實際標準要求[3]。

（二）RS-232串口調(diào)試

依據(jù)IAR調(diào)試要求，將相關(guān)內(nèi)容下載到節(jié)點環(huán)境中，匹配串口線連接PC端和節(jié)點，并且配置通信端口屬性、波特率屬性分析等工作，在全速運行程序的狀態(tài)觀察串口通信質(zhì)量。

（三）數(shù)據(jù)采集調(diào)試

主要是對溫度傳感器、溫濕度傳感器等相關(guān)設備的信息數(shù)據(jù)進行采集分析，借助IAR完成節(jié)點下載處理，連接RS-232接口線，匹配調(diào)試參數(shù)，觀察擦劑數(shù)據(jù)的結(jié)果，并且完成溫度數(shù)值、濕度數(shù)值分析。例如，顯示的十六進制15代表的是溫度數(shù)值，為21攝氏度;顯示的1C表示的是相對濕度，為28%RH。

結(jié)束語：

總而言之，借助無線通信網(wǎng)絡節(jié)點硬件系統(tǒng)設計工作，全面實現(xiàn)低功耗微處理器硬件架構(gòu)模式，全面提升系統(tǒng)的運行質(zhì)量，維持測試的合理性和規(guī)范性，確保滿足節(jié)點功能的基本需求，也為通信效果的優(yōu)化奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]張玉婷，嚴承華. 無線通信網(wǎng)絡節(jié)點的硬件系統(tǒng)設計[J]. 計算機與數(shù)字工程，2016，44（12）：2496-2502，2518.

[2]鄭勁松，賴云峰. 基于云計算的5G移動通信網(wǎng)絡節(jié)點路徑優(yōu)化系統(tǒng)設計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（16）：150-154.

[3]嚴智. 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的網(wǎng)絡信息節(jié)點風險評估系統(tǒng)設計[J]. 電子設計工程，2021，29（13）：124-128.

作者簡介：譚奇志，1984年，男，漢族，籍貫：陜西漢中，學歷：碩士研究生，職稱：中級工程師，研究方向：通信與信息系統(tǒng)，交換網(wǎng)絡