基于ZigBee的光伏照明控制系統設計

2 硬件節點(diǎn)設計
考慮到無(wú)線(xiàn)通信系統中各個(gè)節點(diǎn)的功能不完全相同，為了方便硬件設計和降低成本，對硬件部分進(jìn)行了模塊化處理。節點(diǎn)的核心部分為ZigBee通信模塊，設計成只負責RF收發(fā)，其他部分由路燈開(kāi)關(guān)模塊、電源和RS485通信模塊等構成。無(wú)線(xiàn)通信模塊采用支持ZigBee協(xié)議的超
低功耗SoC芯片CC2430。該芯片集成ZigBee射頻RF前端、內存和微控制器，具有8位增強型8051 MCU、128KB可編程閃存和8 KB的RAM，另外還包含A／D轉換器、定時(shí)器、AESl28協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、休眠模式定時(shí)器、上電復位電路、掉電檢測電路以及21個(gè)可編程I／O引腳。TI公司提供免費的ZigBee協(xié)議棧，可以方便地完成系統的硬件和軟件設計。
2．1 ZigBee通信模塊硬件設計
圖2為ZigBee通信模塊原理圖。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)試驗發(fā)現，由于網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和其他節點(diǎn)之間距離較遠，只采用CC2430時(shí)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸不穩定。為延長(cháng)無(wú)線(xiàn)通信模塊的通信距離，又采用了TI公司的高性能射頻前端CC2591。CC2591可提供22 dBm的輸出功率，能夠與CC2430無(wú)縫連接，射頻輸入／輸出之間不需要增加額外的匹配網(wǎng)絡(luò )。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖中沒(méi)有給出電源和退耦電路、GPIO、JTAG等部分，空余引腳通過(guò)排座引出以便與其他模塊連接。

CC2591的HGM引腳為增益控制，當它為高電平時(shí)處于高增益模式；EN和PAEN為高電平時(shí)CC2591工作在正常模式，為低電平時(shí)進(jìn)入低功耗模式。R1、R2為偏置電阻，為晶體振蕩器提供合適的工作電流。天線(xiàn)采用50 Ω鞭狀天線(xiàn)。由于ZigBee模塊工作在2．4 GHz頻段，對PCB設計要求很高，PCB板材、元件封裝、布局和布線(xiàn)必須參照TI公司的參考設計。特別是天線(xiàn)阻抗匹配部分，在布線(xiàn)中應直接采用TI公司提供的GERBER文件，復制其PCB布線(xiàn)方式才能保證CC2591的高性能和穩定性。另外，PCB的電源退耦和地線(xiàn)處理也非常重要，退耦電容應盡可能接近電源引腳，PCB空余的部分需進(jìn)行覆銅接地處理，在頂層和底層覆銅之間按照一定的間隔用過(guò)孔相連。
2．2 協(xié)調器和路由器硬件設計
由于協(xié)調器和路由器都需要通過(guò)RS485總線(xiàn)和其他設備進(jìn)行遠距離通信，因此需要設計RS485通信模塊與ZigBee通信模塊相連。通信模塊采用MAX485和光耦實(shí)現，MAX485通過(guò)CC2430的PO．5腳完成RS485收發(fā)控制。CC2430電源采用LTlll7-3．3等芯片供電。在ZigBee協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器負責建立網(wǎng)絡(luò )和實(shí)現路由控制等功能，因此必須保持工作狀態(tài)，保證數據采集的可靠性和穩定性。本系統中，網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和路由器正常工作時(shí)采用外部交流電源供電。當外部交流電源掉電時(shí)，通過(guò)微處理器監控芯片ADM690實(shí)現電源切換，利用電池組對其供電，以保證網(wǎng)絡(luò )的穩定工作。ADM690具有低功耗、低導通電阻和大電流輸出等特性，非常適合實(shí)現微處理器的電池后備功能。該電路設計如圖3所示。其中，R1為充電限流電阻，在外部電源正常時(shí)可以對電池涓流充電。