基于ZigBee與51內(nèi)核的射頻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計方案

0 引 言

　　近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，由于2.4 GHz 通信頻段免費、開放等特性，各種基于該頻段的通信協(xié)議，如Wi-Fi、藍牙等技術(shù)已相當(dāng)成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。ZigBee 是一種基于IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，該協(xié)議基于2.4 GHz 頻段，是一種低成本、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，近年來廣泛應(yīng)用于各種射頻通信領(lǐng)域，如區(qū)域定位、視距數(shù)據(jù)傳輸、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽、車用無線電子設(shè)備等。

　　以Chipcon 公司基于ZigBee 協(xié)議的系列產(chǎn)品為代表的SOC（片上系統(tǒng)）也日趨成熟。因此，方案設(shè)計了一個成本低廉、性能穩(wěn)定、功能齊全的開發(fā)系統(tǒng)一直是相關(guān)研究的一個重要組成。本文將提出一種基于ZigBee 與51 內(nèi)核的射頻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計方案。該設(shè)計方案圍繞Chipcon 公司的CC2430芯片，該芯片滿足ZigBee 協(xié)議的物理層要求，并集成了一個51 內(nèi)核的MCU，價格低廉，具備很好的開發(fā)潛力。設(shè)計方案采用了模塊化設(shè)計方法，能夠應(yīng)用于各種基于ZigBee 協(xié)議的軟硬件開發(fā)。本方案將詳細介紹其各模塊的原理與設(shè)計方法。

　　1 系統(tǒng)總體框架

　　該系統(tǒng)總體上分為兩個部分：第一部分是控制器與射頻模塊部分；第二部分是外圍擴展電路部分。具體的系統(tǒng)框架圖如圖1 所示。

　　2 控制器與射頻模塊設(shè)計方案

　　主控電路是整個系統(tǒng)的核心，它負責(zé)整個節(jié)點的全面調(diào)度與控制?？紤]到設(shè)備運行維護的便利性、系統(tǒng)的集成性等特點，主控電路除具備數(shù)據(jù)的處理能力外，還能夠存儲一定量的數(shù)據(jù)。本設(shè)計采用了基于ZigBee 技術(shù)的射頻芯片CC2430為核心。該器件集成了51 內(nèi)核的MCU 控制器與RF 收發(fā)器，因此控制器模塊與射頻模塊部分采用了整體設(shè)計模式。同時，片上還具備FLASH 存儲器，能方便地存儲數(shù)據(jù)。該器件體積小，性能穩(wěn)定，運算速度快，可擴展性能好，能較好滿足本設(shè)計的各種需要。

　　2.1 CC2430 控制器電路配置

　　在本設(shè)計中，主控單元承擔(dān)外圍器件擴展與控制、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。CC2430 屬于高度集成的SOC 系統(tǒng)，其I/O 口設(shè)計緊湊，并具備復(fù)用功能，因此，在設(shè)計中需要盡量節(jié)約I/O 口的使用，必要時可對其進行擴展。同時，設(shè)計還應(yīng)具備在線下載與調(diào)試功能，以方便工程應(yīng)用的需要。

　　2.1.1 I/O口配置

　　CC2430 具有21 個數(shù)字I/O 口引腳，即P0、P1、P2.它們均是8 位I/O 口。每個口都可以單獨設(shè)置為通用I/O 或外部設(shè)備I/O.除了兩個高輸出口P1_0 和P1_1 之外，其余均用于輸出。本設(shè)計相關(guān)I/O 口通過插接件形式進行預(yù)留，以方便不同場合使用及擴展，具體如圖2 所示。

　　2.1.2 調(diào)試接口

　　本設(shè)計CC2430 具備在線調(diào)試與下載功能，可根據(jù)需要進行自由配置。圖3 所示是CC2430 調(diào)試接口圖，該接口通過調(diào)試接口引腳P2.2 與P2.1 組成，它們分別用作調(diào)試時鐘與調(diào)試數(shù)據(jù)信號引腳。