基于CC2530無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )系統的設計

摘要：提出一種基于ZigBee協(xié)議的用于測量溫度的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )方案，方案中使用CC2530無(wú)線(xiàn)芯片和溫度傳感器DS18820搭建了一個(gè)基于ZigBee協(xié)議棧的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。該網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)協(xié)調器充當中心節點(diǎn)和若干個(gè)終端節點(diǎn)一起，構成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò )，給出了傳感器節點(diǎn)、協(xié)調器節點(diǎn)的硬件設計原理圖及軟件流程圖。實(shí)驗證明節點(diǎn)性能良好、通信可靠，通信距離明顯增大。
關(guān)鍵字：無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )：ZigBee；CC2530；DS18B20

0 引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )就是由安放在監測區域內大量廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò )，該網(wǎng)絡(luò )應用前景廣闊。Z igBee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進(jìn)行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時(shí)間數據傳輸的應用。

1 系統硬件組成與設計
本文設計的無(wú)線(xiàn)溫度傳感網(wǎng)絡(luò )是由若干個(gè)ZigBee終端節點(diǎn)和一個(gè)ZigBee中心節點(diǎn)(協(xié)調器)組成，搭建成一個(gè)星型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，由終端節點(diǎn)上的溫度傳感器采集環(huán)境溫度信息，協(xié)調器中心節點(diǎn)將接收到的信息及時(shí)反饋到計算機上，整體網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。

1．1 微處理器和溫度傳感器
CC2530單片機是一款完全兼容8051內核，同時(shí)支持IEEE 802．15．4協(xié)議的2．4 GHz無(wú)線(xiàn)射頻單片機。最大擁有256 KB的可編程FLASH容量，12個(gè)10位精度的A／D轉換通道，21個(gè)雙向的I／O端口，該款單片機能滿(mǎn)足Z-Stack運行內存容量的要求。本文選用DS18B20作為溫度傳感器，能提供9位溫度讀數、設置溫度上下限報警值。
1．2 終端節點(diǎn)硬件組成
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)是一個(gè)微型化的嵌入式系統，構成無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的基礎支持平臺。本文設計的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )終端節點(diǎn)硬件組成如圖1所示，主要由CC2530F256片上系統收發(fā)射模塊，電源模塊，下載接口模塊(同時(shí)兼顧仿真接口)，傳感器模塊，發(fā)光二極管顯示模塊和獨立
按鍵模塊等組成。
電源模塊由自鎖開(kāi)關(guān)、外部電池接口插針、輸出電壓為3．3 V的AMS1117穩壓芯片、若干阻容元件組成。本文的調試系統終端節點(diǎn)選用3．6 V大容量充電電池，程序下載為JTAG接口。
傳感器模塊為三位插座接口，分別連接溫度傳感器電源、數據和接地管腳。數據接口和電源接口直接連接一個(gè)5 kΩ的上拉電阻。因為本傳感器終端采用傳感器直接插入方式，線(xiàn)路短，上拉電阻可不用接，如果要測量監控環(huán)境惡劣，可用長(cháng)導線(xiàn)連接傳感器和終端模塊，使發(fā)射模塊處于較良好穩定的工作環(huán)境，使處理器正常工作、延長(cháng)芯片壽命，此時(shí)要接上上拉電阻。
發(fā)光二極管顯示模塊由發(fā)光二極管和分壓電阻組成，用于顯示程序的運行狀態(tài)。
獨立按鍵模塊，為四角按鍵，模塊帶上拉電阻，按鍵與發(fā)射模塊靈活連接。本終端模塊中包含兩路獨立按鍵電路，一路用于復位，一路用于程序調試。
1．3 協(xié)調器節點(diǎn)的硬件組成
本文設計的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)硬件組成如圖2所示，主要由CC2530發(fā)射系統、電源、下載接口、LCD液晶屏顯示、發(fā)光二極管顯示、獨立按鍵五向導航和RS 232串口等模塊等組成。

協(xié)調器的電源模塊與終端節點(diǎn)的基本相同，但因協(xié)調器要根據需要不停地查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )中的信息，因此要外接穩定的電源，在終端的電源模塊基礎上增加了外部穩壓源接口。協(xié)調器的下載接口、發(fā)光二極管顯示和獨立按鍵等模塊原理圖與終端節點(diǎn)一樣，只是LED燈為4只，獨立按鍵增加了3只。
LCD液晶模塊，為128x64點(diǎn)陣的液晶，數據傳輸模式采用SPI總線(xiàn)傳輸。
RS 232串口模塊是連接單片機與計算機的通信接口，把協(xié)調器從終端節點(diǎn)返回的傳感器ID、實(shí)時(shí)溫度、溫度閾值等信息傳輸到計算機，由上位機監控軟件顯示、分析、存儲。
五向導航按鍵采用A／D讀取模式，有上下左右中間五個(gè)方向的鍵值，原理圖如圖3所示。