基于CC2430和ZigBee2006協(xié)議棧的通信模塊設計

摘要：介紹了CC2430芯片的基本特性和ZigBee2006協(xié)議棧的基本內容。論述了以CC22430芯片為核心的無(wú)線(xiàn)通信模塊的硬件設計，和以ZigB-ee2006協(xié)議棧為基礎的軟件設計。在實(shí)現短距離多網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的無(wú)線(xiàn)通信的同時(shí)，使用串口實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信模塊與終端采集部分和本地控制部分的數據傳輸。
關(guān)鍵詞：CC2430；串口；ZigBee2006協(xié)議

引言
隨著(zhù)微電子技術(shù)、汁算技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )被列為21世紀最有影響的21項技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。它能夠實(shí)時(shí)監測、感知和采集各種環(huán)境或監測對象的信息，并對其進(jìn)行處理。傳感器節點(diǎn)是組成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的基本單位，是構成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的基礎平臺。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，是一組基于IEEE 802.15.4無(wú)線(xiàn)標準研制開(kāi)發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件的技術(shù)標準。它具有功耗低、成本低、安全、工作頻段靈活等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)和傳感器組成無(wú)線(xiàn)傳感器ZigBee網(wǎng)絡(luò )，使得數據的自動(dòng)采集、分析和處理變得更加容易，可以作為決策輔助系統的重要組成部分。

1 CC2430及ZigBee協(xié)議棧體系結構
CC2430是真正的系統芯片(SoC)CMOS解決方案，能夠提高性能并滿(mǎn)足以ZigBee為基礎的2．4 GHz ISM波段應用對低成本、低功耗的要求。它結合了高性能的2．4GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心和1顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。CC22430在單個(gè)片上集成了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器，使用1個(gè)8位MCU(8051)，具有32／64／128 KB的編程閃存和8 KB的RAM，還包含模／數轉換器(ADC)、定時(shí)器(Timer)、AES128安全協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器(watchdog timer)、32 kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復位電路、掉電檢測電路以及21個(gè)可編程I／0引腳。CC2430的8051內核的目標代碼兼容標準8051微處理器，可以使用標準8051的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。其21個(gè)可編程I／O引腳均可以通過(guò)軟件設定1組SFR寄存器的位和字節，使這些引腳作為通常的I／O口或者作為接ADC、定時(shí)器或USART部件的外圍設備I／O口使用。
ZigBee協(xié)議棧由一組子層構成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù)：數據實(shí)體提供數據傳輸服務(wù)，管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè)SAP提供一系列的基本服務(wù)指令來(lái)完成相應的功能。ZigBee協(xié)議棧的體系結構模型如圖1所示，IEEE 802．15．4標準定義了物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)；ZigBee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò )層和應用層(APL)框架的設計。

ZigBee協(xié)議棧于2004年發(fā)布第1版，稱(chēng)為ZigBee2004。ZigBee2004是全源代碼的協(xié)議棧，這個(gè)協(xié)議棧已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò )的概念，并能完成一些簡(jiǎn)單的通信。但它只能組建串狀網(wǎng)絡(luò )和星狀網(wǎng)絡(luò )，如果需要組建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )必須外加程序，另外在安全和路由方面也做得不是很理想。ZigB-ee2006協(xié)議棧很好地解決了網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)問(wèn)題，整個(gè)協(xié)議棧的安全性更好，層次性更強，功耗方面也有了進(jìn)步，并實(shí)現了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )。在ZigBee-2006協(xié)議棧中已經(jīng)將CC2430的底層驅動(dòng)全部固化在協(xié)議棧中，可以直接調用。