基于射頻芯片CC2430的ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計

一、引言

　　ZigBee[2]是一種基于IEEE802.15.4規范的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。它具有在802.15.4規范上創(chuàng )建的安全和應用層接口、工作于免授權的2.4GHz頻段、以年計算的超低電池壽命、極大可伸縮的網(wǎng)絡(luò )和星型網(wǎng)絡(luò )拓撲（每個(gè)主設備可支持4萬(wàn)多個(gè)節點(diǎn)）等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國防軍事、工業(yè)控制、消費性電子設備等領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間[3]。

　　RF CC2430芯片[4]以強大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為支持，內部線(xiàn)路的交互式調試以遵從IDE的IAR工業(yè)標準為支持，得到嵌人式機構很高的認可。它結合Chipcon公司全球先進(jìn)的ZigBee協(xié)議棧、工具包和參考設計，展示了領(lǐng)先的ZigBee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應用于汽車(chē)、工控系統和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )等領(lǐng)域，同時(shí)也適用于ZigBee之外2. 4GHz頻率的其他設備。

二、硬件設計

　　1、芯片無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊內部結構

　　CC2430芯片的內部結構如圖1所示。天線(xiàn)接收的射頻信號經(jīng)過(guò)低噪聲放大器和I/Q下變頻處理后，中頻信號只有2MHz，此混合I/Q信號經(jīng)過(guò)濾波、放大、AD變換、自動(dòng)增益控制、數字解調和解擴，最終恢復出傳輸的正確數據。

圖1 CC2430芯片內部結構

　　發(fā)射機部分基于直接上變頻。要發(fā)送的數據先被送入128字節的發(fā)送緩存器中，頭幀和起始幀是通過(guò)硬件自動(dòng)產(chǎn)生的。根據TEEE 802.15.4標準，所要發(fā)送的數據流的每4個(gè)比特被32碼片的擴頻序列擴頻后送到DA變換器。然后，經(jīng)過(guò)低通濾波和上變頻的混頻后的射頻信號最終被調制到2.4GHz，并經(jīng)過(guò)放大后經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射出去。

　　2、系統硬件設計

　　傳感器節點(diǎn)一般由數據采集單元、數據處理單元和數據傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成[5]。節點(diǎn)硬件結構由圖2所示。微處理器ATmega128通過(guò)SPI總線(xiàn)和一些離散控制信號與RF收發(fā)芯片CC2430進(jìn)行通信。

圖2 傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)組成框圖

　　CC2430外圍電路如圖3所示。CC2430內部使用1.8V工作電壓，適合于電池供電的設備，外部數字I/O接口使用3.3V電壓，這樣可以保持和3.3V邏輯器件的兼容型。它在片上集成了一個(gè)自流穩壓器，能夠把3.3V電壓轉化成1.8V電壓。這樣對于只有3.3 V電源的設備，不需要額外的電壓轉換電路就能正常工作。