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一種ZigBee以太網網關的設計

作者: 時間:2013-05-14 來源:網絡 收藏

摘要 基于物聯(lián)網中應用廣泛的技術,為物聯(lián)網和互聯(lián)網之間的數據傳輸搭建了橋梁。闡述了軟硬件和測試過程,測試結果表明,具有較強的技術優(yōu)勢和廣闊的市場前景。
關鍵詞 ;;網關;物聯(lián)網

物聯(lián)網,即物物相連的網絡,目前已廣泛應用于公共安全、智能交通、智能樓宇和環(huán)境監(jiān)測等眾多領域。ZigBee是低速率、低功耗、網絡容量大、節(jié)點間能夠進行群體協(xié)作,網絡具有很強自愈能力的無線通信技術,在物聯(lián)網應用中得到了廣泛使用。隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展和推廣,解決物聯(lián)網和互聯(lián)網之間的異構互聯(lián),在物聯(lián)網和互聯(lián)網之間建立一個透明的數據傳輸通道,為現場非IP物聯(lián)網設備接入IP網絡提供技術保證,也將成為物聯(lián)網技術研究的熱點和重點。

1 硬件設計
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1 網關硬件架構
網關硬件架構由LM3S6911微處理器單元、系統(tǒng)電源單元電路、JTAG接口單元電路、RS232接口單元電路、接口單元電路和ZigBee射頻模塊組成,網關硬件架構如圖1所示。由于ZigBee射頻電路需要進行2.4 GHz射頻電路設計,因此把ZigBee射頻電路部分進行了獨立設計,射頻電路板通過排針與主控板相連接。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/153502.htm

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1.2 主控板電路設計
主控板設計選用高性能、低成本ARM Cortex—M3嵌入式微處理器LM36911,其內置一個完全集成了媒體訪問控制層(MAC)和網絡物理層(PHY)的10/100 MHz以太網控制器,遵循IEEE802.3協(xié)議規(guī)范,MAC層提供以太網幀的發(fā)送和接收處理,PHY層只需要一個雙路1:1隔離變壓器就能夠與以太網線路連接。設計中使用內置磁性隔離變壓器的RJ45以太網連接器HR911105A與LM3S6911處理器的PHY直接相連,使得以太網外圍接口電路簡單、抗干擾能力強,主控板電路設計如圖2所示。

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LM3S6911同時提供兩個同步串行接口(SSI)和3個通用異步收發(fā)器(UART),設置SSI0為SPI接口,通過SPI總線與ZigBee射頻模塊相連接。由于ZigBee以太網網關需要對其進行參數配置后才能正常工作,設計使用LM3S6911的UART0作為配置串行端口。
1.3 射頻模塊電路設計
ZigBee射頻模塊電路選用TI公司的2.4 GHz IEEE802.15.4和ZigBee應用片上系統(tǒng)解決方案專用芯片CC2530,CC2530能夠以較低的成本構建強大的ZigBee無線網絡,內置了性能優(yōu)良的IEE 802.15.4兼容無線射頻收發(fā)器和業(yè)界標準的增強型8051 CPU內核。
為增強ZigBee射頻模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度,在射頻電路設計中增加了2.4 GHz射頻前端芯片CC2591,CC2591內置了功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA),使輸出功率可達22 dBm,接收靈敏度可達-98.8 dBm,擴展了ZigBee無線射頻信號的傳輸距離。
CC2530的RF輸入輸出為高阻抗差分信號,CC2591除了內置PA、LNA和RF開關電路外,還內置了巴倫電路和RF匹配網絡,這使得在配合少量的外圍被動器件,能夠與CC2530進行良好的RF匹配,簡化了無線射頻電路設計,降低了射頻電路中由于被動器件參數誤差造成的無線信號衰減,射頻模塊電路設計如圖3所示。

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為達到最佳射頻性能,CC2591電源引腳AVDD_PA1、AVDD_PA2和AVDD_LNA電源去耦器件C6、C7、C8、L3、L4、TL1、TL2和TL3必須被使用,其中TL1、TL2和TL3為PCB走線感抗等效值,近似值分別為TL1=0.66 nH,TL2=0.87 nH,TL3=2.52 nH,C5對AVDD_BIAS進行去耦。
CC2591的射頻輸出引腳通過L5、C9、C10、C11和L6組成的網絡與外接50 Ω天線進行阻抗匹配,其中L5和C9組成濾波網絡進行濾波,C10起隔直作用,C11進行高頻濾波,L6進行低頻濾波。
ZigBee在24 GHz頻段最大傳輸速率是250kbit·s-1,設計中射頻模塊通過CC2530的SPI接口與主控板相連接,可滿足ZigBee的數據傳輸速率要求。


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