zigbee網(wǎng)絡拓撲結構及節(jié)點設計

　　3.1芯片選型

　　zigbee網(wǎng)絡節(jié)點硬件設計的的核心是微處理器芯片。微處理器模塊在無線收發(fā)模塊的協(xié)作下完成zigbee網(wǎng)絡的建立與維護，數(shù)據(jù)采集與處理，無線數(shù)據(jù)收發(fā)以及zigbee2007協(xié)議棧的正常運行[3]。在網(wǎng)絡節(jié)點的硬件設計中可以根據(jù)成本與操作可行性等因數(shù)選擇不同的的設計方案，本設計選擇集微處理器模塊和無線收發(fā)模塊于一體的單芯片解決方案。

　　設計選用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz頻段，是符合ieee 802.15.4規(guī)范的真正片上系統(tǒng)解決方案，也是目前眾多zigbee設備產(chǎn)品中表現(xiàn)最為出眾的微處理器之一。其主要特性如下：

　　(1)片內(nèi)集成增強型高速8051內(nèi)核處理器，支持代碼預取;256kflash程序存儲器，支持最新zigbee2007pro協(xié)議;8k數(shù)據(jù)存儲器;支持硬件調(diào)試[3]。

　　(2)支持2v-3.6v供電區(qū)間，具有3種電源管理模式：喚醒模式0.2ma、睡眠模式1ua、中斷模式0.4ua。包括處理器和智能片內(nèi)外設在內(nèi)的模塊，具有超低功耗的特點[3]。

　　(3)片內(nèi)集成5通道dma;mac定時器;1個16位、兩個8位普通定時器;32khz睡眠定時器;電源管理與片內(nèi)溫度傳感器;8通道12位ad轉換器;看門狗等智能外設[3]。高密度集成化電路節(jié)約設計成本。

　　(4)應用范圍包括2.4g-hz ieee 802.15.4系統(tǒng)、rf4ce遠程控制系統(tǒng)、zigbee網(wǎng)絡、家居自動化、照明系統(tǒng)、工業(yè)測控、低功耗wsn等領域[3]。

　　cc2530芯片結構如圖3所示。

　　圖3 cc2530片內(nèi)功能模塊圖

　　3.2硬件整體設計

　　在網(wǎng)絡節(jié)點硬件平臺中，cc2530需要實現(xiàn)的功能以及外圍模塊主要有3個部分：通過a/d口控制傳感器模塊進行數(shù)據(jù)采集;控制無線rf模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā);通過i/o口相應主機控制。傳感器采集的數(shù)據(jù)也可通過i/o口與微處理器相連，通過rs232接口可實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點與pc機的通信[3]。外圍硬件電路原理圖如圖4所示。

　　圖4 網(wǎng)絡節(jié)點硬件參考電路圖

　　由于cc2530芯片內(nèi)集成了許多特色功能模塊，因此，其典型的外圍電路也就非常簡潔。其中，主時鐘晶振采用32mhz無源晶振以及32.768khz時鐘晶振;無線rf模塊外圍電路采用無巴倫的阻抗匹配網(wǎng)絡，天線使用50歐鞭狀負極性天線，具體的元器件封裝信息參見附表所示。

　　附表 網(wǎng)絡節(jié)點封裝信息表

　　為了更好提高芯片內(nèi)部電壓精度，輸入電壓應采用調(diào)制后的3.3v穩(wěn)壓電源，接內(nèi)部參考電壓的外圍電阻r301精度要在0.5%以上，且選用質量較好的電感、電容等器件。為了指示網(wǎng)絡節(jié)點的運行狀態(tài)，在硬件設計中加入兩個狀態(tài)指示燈，使用220歐的限流電阻，分別接在微處理器芯片的p10、p11口，用于指示設備入網(wǎng)、退網(wǎng)等狀態(tài)，方便開發(fā)人員觀察，指示燈為可選電路，可根據(jù)需求選擇使用。