STM32L152和S14432的無線網絡系統(tǒng)設計

摘要：運用低功耗Cortex-M3微控制器STM32L152和低功耗集成無線收發(fā)芯片S14432設計了一種無線網絡系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的體系結構、硬件電路、數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送流程，以及網絡管理機制。系統(tǒng)運用了鏈路質量估計算法和硬件冗余技術，采用TinyOS系統(tǒng)的LEPS路由協(xié)議實現(xiàn)無線網絡的構建和管理。
關鍵詞：STM32L152；S14432；無線網絡

引言
在現(xiàn)代生活和生產中，無線通信技術應用越來越廣泛。生活小區(qū)、醫(yī)院、工廠等復雜環(huán)境中的各種儀器儀表可以通過無線網絡進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。工業(yè)現(xiàn)場自動化數(shù)據(jù)的控制和采集需要傳輸距離1 km左右、功耗低、簡單、可靠、價格低廉的無線通信網絡。無線收發(fā)芯片
S14432的通信距離可達1～2km。本文設計了一種基于STM32L152和S14432的無線網絡系統(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、低功耗的無線收發(fā)芯片S14432，適用于短距離的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。系統(tǒng)采用網絡化管理并運用主節(jié)點備份技術和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體的EnergyLite超低功耗平臺，通過6個超低功耗模式能夠在任何設定時間以最低的功耗完成任務。該控制器低功耗運行模式電流為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到33 DMOPS(最大值)，擁有靈活的欠壓復位、片上閃存支持糾錯碼(ECC)、存儲器保護單元(MPU)和JTAG熔斷器。它采用的ARM Cortex-M3處理器可提供出色的計算性能和對事件的卓越系統(tǒng)響應，同時可應對動態(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16位定時器；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 無線網絡系統(tǒng)的體系結構
無線網絡系統(tǒng)的體系結構如圖1所示。系統(tǒng)是由主節(jié)點和多個從節(jié)點組成的樹型拓撲網絡。主節(jié)點組建和管理整個無線網絡，實現(xiàn)向從節(jié)點傳送控制指令和接收從節(jié)點的數(shù)據(jù)信息。從節(jié)點實現(xiàn)接收主節(jié)點傳達的控制指令和將數(shù)據(jù)信息向主節(jié)點的傳送。
　

3 系統(tǒng)硬件設計
無線網絡系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示。主節(jié)點、備份主節(jié)點和從節(jié)點都采取同樣的硬件電路。STM32L152單片機控制SI4432實現(xiàn)無線數(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系列無線收發(fā)芯片。其工作頻段為240～960 MHz，接收靈敏度達到-117 dB，可提供極佳的鏈路質量，在擴大范圍的同時將功耗降至最低，最高輸出功率可達+20 dB，傳輸距離可達2km。