高 接 收 灵 敏 度 （

-99  dBm） ， 快 速 唤 醒 时 间 ， 支 持 数 据 传 输 率 高 达 250  kb/s 等 特 点 。

ATmega128L 与 CC2420 连接如图 3 所示。

　　微控制器

ATmega128L 通过 SPI 口对 CC2420 进行工作模式的设置，通过控制 FIFO 和

FIFOP 管脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。在数据传输过程中 CSn 必须始终保持低电
平。另外，通过

CCA 管脚状态的设置可以控制清除通道估计，通过 SFD 管脚状态的设置可

以控制时钟

/定时信息的输入[3]。

　　另外，通过

CCA 管脚状态的设置可以控制清除通道估计通过 SFD 管脚状态的设置可

以控制时钟／定时信息的输入。这些接口必须与微处理器的相应管脚相连来实现系统射频功
能的控制与管理。
　　

CC2420 是首款符合 ZigBee 技术的高集成度工业用射频收发器件，其 MAC 层和 PHY

层协议符合

802.15.4 规范，工作于免授权的 2.4GHz 频段。

　　

1.1.3 压力传感器和信号调理模块

　　

SLM211 为硅压阻式压力传感器，量程为 0～60 Mpa，0.4 mA 恒流供电情况下，满量

程输出电压信号只有

30 mV 左右，属于微弱信号。由于要求压力传感器达到满量程输出时，

需要将输出的微弱信号放大到单片机可以识别的电压，因此对运算放大器提出了较高的要
求。

　　

1.2 Sink 节点硬件设计

　　如图

5 所示，Sink 节点和普通节点基本相同。这里考虑到存储能力的问题，外扩了一个

容量为

512 KB 的 FLASH 存储器 AT45DB401。现场总线通信部分由 CAN 控制器 MCP2515

和

CAN 收发器 CTM8251T 构成。对 MCP2515 的初始化和操作通过模拟 SPI 接口实现，读写

函数程序分别记作

void SPIByteWrite 和 uchar SPIByteRead，源程序略。

　　

Sink 节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它连接传感器网络与有线网络

CAN 总线，实现 2 种协议栈之间的通信协议转换，同时具有存储转发能力，并把收集的数
据转发到外部网络上。
　　

2 网络通信协议研究

　　网络通信协议负责使各个独立的传感器节点形成一个多跳的数据传输网络。在系统通信
协议设计中，

WSN 采用分层通信协议，由物理层、数据链路层、网络层和应用层构成，并通

过能量管理平台和任务平台实现对各层协议的有效控制，形成无线传感器网络的连通拓扑
图结构。其网络结构如图

6 所示。

　　本文设计了一种适用于矿井的基于簇的结构路由选择算法，它是对

LEACH 协议的改

进和简化，各个簇头已经指定，传感器的位置固定，直线型的拓扑认为不变，各个簇头节
点能够进行相互通信。同时，本系统还完成了

Sink 节点与用户 PC 机的交互通信设计，实现

了网络管理所必须的控制信息传递，以及对压力数据的显示和分析。
　　

3 系统软件设计

　　软件设计主要包括传感器节点和

Sink 节点的软件设计。

　　

3.1 压力传感器节点软件设计

　　压力传感器节点负责将采集到的压力数据传送给簇节点，同时，接收来自

Sink 节点的

查询命令。当没有数据的发送、接收时，转入休眠模式，使节点功耗降到最低。其工作流程图
如图

7 所示。