STM32L152和S14432的无线网络系统如何设计介绍

　　本文设计了一种基于STM32L152和S14432的无线网络系统。系统采用低功耗、高性能的Cortex-M3核32位微控制器STM32L152和高集成度、低功耗的无线收发芯片S14432，适用于短距离的现场数据采集和监控。系统采用网络化管理并运用主节点备份技术和LEPS路由协议保证系统的可靠性和拓展性。
　　1 主控芯片
　　STM32L152是意法半导体公司提供的超低功耗、高数据安全性、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导体的EnergyLite超低功耗平台，通过6个超低功耗模式能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。该控制器低功耗运行模式电流为10.4μA，工作电压为1.8～3.6 V，片上模拟功能的最低工作电压为1.8 V，数字功能的最低工作电压为1.65 V。工作温度范围为-40～+85℃，在32 MHz频率下的处理性能达到33 DMOPS(最大值)，拥有灵活的欠压复位、片上闪存支持纠错码(ECC)、存储器保护单元(MPU)和JTAG熔断器。它采用的ARM Cortex-M3处理器可提供出色的计算性能和对事件的卓越系统响应，同时可应对动态和静态功率限制的挑战。
　　系统中采用STM32L152芯片，48脚LQFP封装。该芯片拥有128 KB Flash、16 KB RAM、4 096字节的E2PROM以及8个16位定时器;片上集成了丰富的外围模块，包括12位ADC、12位DAC、比较器、SPI、I2C、LCD、USB等。
　　2 无线网络系统的体系结构
　　无线网络系统的体系结构如图1所示。系统是由主节点和多个从节点组成的树型拓扑网络。主节点组建和管理整个无线网络，实现向从节点传送控制指令和接收从节点的数据信息。从节点实现接收主节点传达的控制指令和将数据信息向主节点的传送。
　　3 系统硬件设计
　　无线网络系统的硬件结构如图2所示。主节点、备份主节点和从节点都采取同样的硬件电路。STM32L152单片机控制SI4432实现无线数据的收发。射频收发芯片采用的是Silicon Labs公司推出的SI4432芯片。该芯片是一款高集成度、低功耗的EZRadioPRO系列无线收发芯片。其工作频段为240～960 MHz，接收灵敏度达到-117 dB，可提供极佳的链路质量，在扩大范围的同时将功耗降至最低，最高输出功率可达+20 dB，传输距离可达2km。
　　主控制芯片sTM32L152选用高速外部时钟信号(HSE)，通过BOOT0和BOOT1来选择3种boot模式。芯片可以采用STM studio、Keil MDK-ARM等编译工具，拥有20引脚的JTAG接口可以使用ST-LINK和ULINK2仿真器。主控制电路通过一个RS232接口与控制系统通信。主控制芯片硬件电路如图3所示。
　　STM32L152通过标准的SPI接口与SI4432相接。主控制芯片通过SPI接口对射频芯片内部寄存器进行初始化配置，并且发送控制指令和读写数据信息。SI4432的SDN、NIRQ、NSEL、GPIO0、GPIO1、GPIO2等与主控制芯片相连。SDN引脚为工作模式位，NIRQ引脚为中断状态输出，NSEL引脚为片选信号，GPIO1和GPIO2为天线选择位。射频电路工作在470 MHz的中心频率段。470～510 MHz为国家无线电管理部门免申请的无线计量频段。射频芯片硬件电路如图4所示。
　　整个无线网络只采用一个主节点，设计中采用硬件冗余技术。在主节点处设置一个备用主节点，备用主节点是主节点的复制品，拥有主节点同样的控制和管理，以及同一级别的主节点地址。当控制系统检测到主节点出现故障时，可以激活冗余主节点，以替代主节点保证整个无线网络系统的正常运行。