STM32L152和S14432的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：運(yùn)用低功耗Cortex-M3微控制器STM32L152和低功耗集成無(wú)線收發(fā)芯片S14432設(shè)計(jì)了一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、硬件電路、數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送流程，以及網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制。系統(tǒng)運(yùn)用了鏈路質(zhì)量估計(jì)算法和硬件冗余技術(shù)，采用TinyOS系統(tǒng)的LEPS路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和管理。
關(guān)鍵詞：STM32L152；S14432；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

引言
在現(xiàn)代生活和生產(chǎn)中，無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。生活小區(qū)、醫(yī)院、工廠等復(fù)雜環(huán)境中的各種儀器儀表可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)的控制和采集需要傳輸距離1 km左右、功耗低、簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)格低廉的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線收發(fā)芯片
S14432的通信距離可達(dá)1～2km。本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32L152和S14432的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用低功耗、高性能的Cortex-M3核32位微控制器STM32L152和高集成度、低功耗的無(wú)線收發(fā)芯片S14432，適用于短距離的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化管理并運(yùn)用主節(jié)點(diǎn)備份技術(shù)和LEPS路由協(xié)議保證系統(tǒng)的可靠性和拓展性。

1 主控芯片
STM32L152是意法半導(dǎo)體公司提供的超低功耗、高數(shù)據(jù)安全性、高效能的ARM Cortex-M3微控制器系列芯片。STM32L15XXX系列芯片采用意法半導(dǎo)體的EnergyLite超低功耗平臺(tái)，通過(guò)6個(gè)超低功耗模式能夠在任何設(shè)定時(shí)間以最低的功耗完成任務(wù)。該控制器低功耗運(yùn)行模式電流為10．4μA，工作電壓為1．8～3．6 V，片上模擬功能的最低工作電壓為1．8 V，數(shù)字功能的最低工作電壓為1．65 V。工作溫度范圍為-40～+85℃，在32 MHz頻率下的處理性能達(dá)到33 DMOPS(最大值)，擁有靈活的欠壓復(fù)位、片上閃存支持糾錯(cuò)碼(ECC)、存儲(chǔ)器保護(hù)單元(MPU)和JTAG熔斷器。它采用的ARM Cortex-M3處理器可提供出色的計(jì)算性能和對(duì)事件的卓越系統(tǒng)響應(yīng)，同時(shí)可應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功率限制的挑戰(zhàn)。
系統(tǒng)中采用STM32L152芯片，48腳LQFP封裝。該芯片擁有128 KB Flash、16 KB RAM、4 096字節(jié)的E2PROM以及8個(gè)16位定時(shí)器；片上集成了豐富的外圍模塊，包括12位ADC、12位DAC、比較器、SPI、I2C、LCD、USB等。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)是由主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成的樹型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。主節(jié)點(diǎn)組建和管理整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)向從節(jié)點(diǎn)傳送控制指令和接收從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。從節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)接收主節(jié)點(diǎn)傳達(dá)的控制指令和將數(shù)據(jù)信息向主節(jié)點(diǎn)的傳送。
　

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。主節(jié)點(diǎn)、備份主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)都采取同樣的硬件電路。STM32L152單片機(jī)控制SI4432實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)。射頻收發(fā)芯片采用的是Silicon Labs公司推出的SI4432芯片。該芯片是一款高集成度、低功耗的EZRadioPRO系列無(wú)線收發(fā)芯片。其工作頻段為240～960 MHz，接收靈敏度達(dá)到-117 dB，可提供極佳的鏈路質(zhì)量，在擴(kuò)大范圍的同時(shí)將功耗降至最低，最高輸出功率可達(dá)+20 dB，傳輸距離可達(dá)2km。