Super Node

Super Node 電路在設計的時候，便參考了 Tmote Sky 電路，內部使用相同的控制 IC，TI 的 MSP430F1611。Super Node 經過多次版本，在這個計畫中，我們有設計了 MSP430F1611＋

CC2420，以及 MSP430F1611+UZ2400 兩種版本。前一種版本在電路上相容 Tmote Sky，同 樣可使用TinyOS。但在燒錄的時候，必須加上 bsl 參數，來指定燒錄用的 RS232 編號。至 於第二個版本，則是為了推廣國內Zigbee 應用產業而開發的。這個版本雖然仍然可以燒錄 TinyOS，但基本上無法使用 TinyOS 所提供的 RF 功能。這部份的程式碼轉移作業會由其他 子計畫所負責。

這個計畫所設計的Super Node 電路，是以第二版本為主。電路部份在 LED、外部中斷、重 置按鈕都與Tmote Sky 相同，燒錄電路則由原本 FTDI 的 FT232 改為國內 Prolific 的

PL2303HX，前者單價為 4.95USA(Digikey 報價)，後者價格則為 50NT，比前者少了 100 多 台幣。Super Node 的設計理念，便是以推廣 Wireless Sensor Network 為主要目標，因此在上 下兩面均提供了2x8 的 2mm 接頭，方便使用者將訊號線拉出來檢驗。同時這也兼顧到模組 化設計，使用者可以依照需求，自行設計電路板，並疊在Super Node 上面使用，藉以縮短 測試與開發的時間。電路板大小約為33x30mm。

為了與TinyOS 完全相容，因此本計畫設計了 MSP430F1611+CC2420 版本，並少量製作進 行測試，這個版本除了Tmote Sky 外加的溼度、溫度與亮度感測器無法使用之外，其餘功 能皆與Tmote Sky 相容。經實際測試結果，可以順利執行 TinyOS 的 RF 通訊測試程式。然 而這個版本並不會大量製作，這個子計畫的重點在於提昇國內廠商對於WSN 與 Zigbee 方 面的發展，故最後釋放版本將會是uBec 的 UZ2400 搭配 MSP430F1611 的版本。

在本計畫中，子計畫四與子計畫五共同定義出一個Smart Sensor 介面，這個介面是由六支 腳所組成，目前腳位定義已經準備申請專利。本子計畫的產出還包含該介面的範例電路，

透過這個電路可以連結三個Smart Sensor。由於使用市面上可以買到的 6pin 電話線接頭，

方面大家自行製作Smart Sensor 進行測試。此範例電路板使用 TI 的邏輯元件，來控制訊號，

並具備電源管理能力。Super Node 可以選擇性的完全關閉 Smart Sensor 的電源，甚至整塊 介面電路板的電源皆可被關閉。此外還具有過電流保護能力，一旦電流超過0.2A，則電路 板轉為定電流輸出，並在電流過大的Smart Sensor 介面亮起紅色 LED 作為警示。

本計畫並不要求製作1000 片 Smart Sensor 範例介面電路，但仍然會少量製造，並公開電路

圖供大家自型製作或修改。

最後是Super Node 的供電與燒錄電路。這塊電路板具有 USB、RS232 與 JTAG 介面，透過 國內Prolific 公司所設計的 PL2303HX 作為 USB 對 UART 轉換電路，將 USB 傳換為 UART 訊號連接到Super Noder 的 MSP430F1611；另一個 RS232 則透過 MAX232 準位轉換 IC，將 訊號接到Super Node 上。

此外並參考Tmote Sky 燒錄電路，透過 Analog Device 所設計的 AD715，連結 PL2303HX 做出MSP430F1611 的 Bootstrap 電路。讓使用者可以透過跟一般 TinyOS 的燒錄方式，將程 式燒入到Super Node 中。除了使用 Bootstrap 方式之外，使用者也可以透過 JTAG 方式，對 MSP430F1611 進行燒錄與除錯的動作。

電路板使用USB 供電，並直接提供 Super Node 控制電路板 5V 電力。由於 Super Node 與 Smart Sensor 介面電路均具備線性穩壓器，可以將 5V 轉為 3.0/3.3 V，因此不會有問題。這 塊電路同樣具備過電流保護功能，一旦供電過大，則會在USB 接頭後方亮起紅燈，藉以警 告使用者，並保護電腦不至於因USB 電流過大而強制關機。

另外本子計畫也根據網路上(http://www.olimex.com)所公開的燒錄器電路，設計了 MSP430 燒錄/除錯器電路。可以支援全系列的 MSP430。雖然本計畫不需要提供 1000 套燒錄器電路，

但仍然會進行少量製作，並將電路資料公開於網路上。

3) Gateway

在本計畫的產出中，Gateway 的形式為 USB dongle 搭配現有的電腦或嵌入式系統，計畫會 另外提供控制感測器網路用的程式碼。藉以達到降低成本的目標。又正好工研院也有在開 發USB 的 Zigbee dongle，因此直接跟工研院購買 800 套 dongle。另外，由於 Super Node 電路與CC2430 版本的電路，也都具備 USB 介面，所以只要統一對電腦的封包格式，這兩

者也都能充當Gateway 用的 dongle。

工研院所設計的電路，使用Silabs 的 CP2102 作為 USB 轉 UART 的介面轉換，並使用 TI 的CC2430 作為 RF 收發與電路控制之用。在電路版上提供了 9pin 的 1.25mm 介面，方便使 用者對CC2430 進行程式燒錄與除錯。此外這 9pin 包含了 SPI 介面，使用者也可以藉以控 制外部電路。直接從工研院採購的價格，約是每塊電路750NT。以少量製造來看，這已經 接近成本價。

電路上附有四個燈號，使用者可以藉由燈號來反應電路狀態。電路上並沒有額外的記憶體，

但使用者可以選擇將資料直接燒錄到內部Flash。只是 Flash 燒錄次數有限制，因此無法作 太頻繁的燒錄動作。在本子計畫CC2430-USB 版本的 Simple Node 中，則留有 SPI 介面的 EEPROM。並且使用 C8051F320 作為 USB 介面 IC，雖然成本較高，但會具備 USB 燒錄功 能。因此剩下200 套 Gateway dongle 會使用自製版本與 Super Node 充當。

工研院設計的dongle 如下圖所示：

另外工研院也提供了轉版電路，可以將1.25mm 接頭轉為 2.54 接頭，方便大家進行燒錄。

但由於工研院版本的dongle 沒有內建燒錄電路，因此需要購買 CC2430 開發版，或是使用 本子計畫所製作的縮小版燒錄電路。

CC2430 開發版如下圖所示：

其中燒錄電路使用C8051F320 作為核心。

因此本子計畫藉由CC2430 開發版所提供的電路，使用 C8051F320 製作了燒錄電路。此電 路已經測試過，可以對CC2430 版的 Simple Node 電路與工研院的 dongle 進行燒錄動作。

自製燒錄電路如下圖所示：

根據Silabs 線上報價，C8051F320 每百顆單價 4.34 美金，加上少量 PCB 版製作成本約 150，

因此燒錄器成本約為400NT。由於原先提案報告並未要求 1000 份的燒錄器製作，因此本計 畫不會直接提供如此大量的燒錄器。但本子計畫仍然會將燒錄器的電路與元件公開出來，

並進行少量製作。

4)

在本子計畫中，所使用的開發環境為IAR 與 TinyOS 的 Cygwin。IAR 在網路上

(http://www.iar.com/)可以自由下 30 天完整適用版，或是永久使用的記憶體受限版。前者的 程式碼大小不受限制，但30 天過後就無法使用。至於後者，則是程式碼受限一定大小，例 如MSP430 版本有 4Kb 限制，但這個版本則可不限時間使用。

至於Cygwin 與 TinyOS 皆為國外團體所開發，Cygwin 可以在 Windows 底下模擬 Linux 操 作介面，讓使用者可以藉由Linux 的指令，進行 Windows 的控制，同時也讓使用者可以在 Windows 底下進行跨平台程式開發。而 TinyOS 則是柏克萊大學所發展出來的作業系統，其 目標是開發一個讓小型、具備無線網路功能的硬體可以運作的作業系統。這個作業系統可 以在多種微控制器上使用，然而支援的微控制器仍然有所限制。目前以發展到第二版。

Cygwin 可以在”http://www.cygwin.com/”下載，至於 TinyOS 則可以在”http://www.tinyos.net/”

取得。

5)

在這第一年計畫中，本子計畫開發了三類硬體，Simple Node、Super Node 與 Gateway 的 USB dongle。其中 Simple Node 共設計了 4 種版本，分為 TI 的 CC2430 與 uBec 的 UZ2400 兩大系列。其中CC2430 版本還可細分兩種版本，其中一種具有 USB 燒錄能力。而 UZ2400 同樣具有兩種版本，一種使用C8051F411，一種使用 C8051F342；前者是目前最省電的 8051，後者則是內建 USB 功能的 8051。因此 Simple Node 的 USB 版本，其實都可以作為 Gateway 的 USB dongle 使用。

至於Super Node 則採用多層模組式架構，將電源供應、RF 與控制板、以及感測器介面三 者分開，並使用容易取得的2mm 接頭，方便大家進行原型電路的設計。

至於最後Gateway 的 USB dongle，雖然可以用 Simple Node 的 USB 版本取代，但為了確保 計畫能順利執行，因此我們額外跟工研院購買了800 套工研院版本的 USB dongle。

工研院版本的USB dongle 與部份 Simple Node 的版本，均採用 TI 的 CC2430。在本報告撰 寫的同時，TinyOS 網站發表了支援 CC2430 的消息，這意味著本計畫產出的 Node，均具備 支援TinyOS 的能力。這對本計畫的普及無疑具有莫大的幫助。

F.

在這第一年計畫中，本計劃尋找市面上現有零件，順利設計出了三種等級的硬體，並與子 計畫五共同定義了Smart Sensor Interface。且因為 TinyOS 已經有支援 CC2430，因此部份版 本的Simple Node 與工研院的 Gateway USB dongle，可以直接使用 TinyOS 進行程式開發。

而Super Node 於設計之初便以能夠支援 TinyOS 為出發點，因此只要在開發出 UZ2400 於 TinyOS 的驅動程式，便可以完整支援 TinyOS。

至於1000 份硬體製作，截至本報告書完成之際，跟工研院定 800 份硬體已經得到，隨時可 以發分給各子計畫使用。至於Simple Node 與 Super Node 也已經進行 1000 套生產過程，其 中Super Node 已經先完成 100 套。因此本計畫執行到此，除了 1000 份製作因為備料與廠 商製作時間上有所延誤，其餘目標均順利完成。量產製作預計會於10 月中完成，故在計畫

第一年底可以完成1000 套製作。

本計畫於10 月底將會完成 100%進度，目前進度約為 80%，大部分進度均測試完畢，就等 待量產結果回來。

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子計劃名稱：多功能智慧型微感測器模組之研究 主持人：郭茂坤(國立臺灣大學 應力所)

共同主持人：楊燿州(國立臺灣大學 機械系)、施文彬(國立臺灣大學 機械系)、 林致廷(國 立臺灣大學 電子所)

共同主持人：楊燿州(國立臺灣大學 機械系)、施文彬(國立臺灣大學 機械系)、 林致廷(國 立臺灣大學 電子所)