基于CC2530的智能無(wú)線(xiàn)裝置設計

摘要：智能家居已成為當下流行趨勢，然而當下智能家居方式均采用無(wú)線(xiàn)通信方式，對現有的家居設備，尤其是紅外設備需要進(jìn)行改進(jìn)。本文介紹了一種基于CC2530的智能無(wú)線(xiàn)裝置，不僅可以接收多種無(wú)線(xiàn)信號對現有紅外設備進(jìn)行控制，而且能有效避免待機資源浪費。

關(guān)鍵詞：CC2530;無(wú)線(xiàn)通信;紅外收發(fā);數據收集

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)一詞走入了人們的視線(xiàn)。隨之而來(lái)的智能家居系統也成為時(shí)下的熱門(mén)。智能家居在發(fā)展的過(guò)程中也出現了一些難題，主要表現為以下兩方面：一是現在的智能家居系統大多采用無(wú)線(xiàn)通信的方式，無(wú)法對現有的家居設備進(jìn)行直接控制，特別是現有的紅外設備種類(lèi)繁多，無(wú)法集中式管理。二是現在的智能家居很少注重對資源的節儉，紅外設備的待機資源浪費尤為明顯。本文提出的基于CC2530的智能無(wú)線(xiàn)裝置不但可以很好的對現有的紅外設備進(jìn)行集中式的管理而且可以避免待機資源浪費。

1 CC2530簡(jiǎn)介及總體設計

TI公司的推出的CC2530是第二代的Zigbee RF收發(fā)器，主要用于2.4 GHz的ISM頻段。其集成了1個(gè)高性能的RF收發(fā)器和1個(gè)優(yōu)化的低功耗的8051微控制器內核。具有優(yōu)秀的接收器靈敏度和優(yōu)越的抗干擾性。同時(shí)，CC2530可以配備TI的Remo TI，ZStack或Simplici TI等專(zhuān)有或標準兼容的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。CC2530作為處理器不僅可以方便的進(jìn)行Zigbee通信，將其IO口擴展還可以連接其他通信模塊，可以實(shí)現多種無(wú)線(xiàn)方式對其控制。

智能無(wú)線(xiàn)裝置由CC2530、Zigbee外接天線(xiàn)、WiFi模塊、藍牙模塊、紅外收發(fā)模塊、傳感器組、繼電器插座和擴展模塊組成。監控前端的硬件模塊設計如圖1所示，WiFi模塊采用了ESP8266模塊，通過(guò)UART連接至CC2530。藍牙模塊使用CC2540模塊，CC2540模塊沒(méi)有使用USB 轉接，直接通過(guò)UART連接至處理器。紅外收發(fā)模塊，通過(guò)GPIO連接至處理器，紅外發(fā)射通過(guò)三極管開(kāi)關(guān)電路，控制紅外發(fā)光二極管兩端的電壓發(fā)射紅外信號，紅外接收采用了VS1838紅外一體化接收頭。傳感器組是采用的SHT11溫濕度傳感器，通過(guò)IIC連接至CC2530。繼電器插座，通過(guò)GPIO連接至處理器，繼電器插座能有效防止待機資源耗費，監控前端通過(guò)繼電器插座相連，當設備處于待機狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)GPIO直接關(guān)閉電源，防止了待機資源的耗費。

2 硬件關(guān)鍵設計

2.1 處理器及Zigbee天線(xiàn)電路

智能無(wú)線(xiàn)裝置的處理器和Zigbee天線(xiàn)電路圖，如圖2所示。本系統用匹配CC2530芯片的2450BM15A0002代替傳統CC2530芯片天線(xiàn)電路，2450BM15A0002體積小，功耗低且易

焊接，使用2450BM15A0002能更好保證天線(xiàn)抗干擾性和穩定性。CC2530芯片外接了32M和32.768 K的晶振，32 M的晶振是用于CPU及外設使用，32.768 K的晶振是專(zhuān)門(mén)用于內部ZigBee天線(xiàn)。因為智能無(wú)線(xiàn)裝置的無(wú)線(xiàn)通信模塊、紅外收發(fā)模塊、傳感器模塊和繼電器插座均采用外接的形式，所以CC2530的剩余管腳需要全部引出，其中紅外收發(fā)模塊和繼電

器插座采用普通管腳即可，而無(wú)線(xiàn)通信模塊和傳感器組需要專(zhuān)有的管腳進(jìn)行控制，如：UART、IIC、SPI等功能的管腳。

2.2 紅外收發(fā)模塊

紅外收發(fā)模塊如圖3所示，采用8050三極管發(fā)射驅動(dòng)電路，8050三極管為硅三極管，比普通的三極管更加耐大電流?？紤]到紅外發(fā)射模塊的發(fā)射距離和功耗問(wèn)題，紅外發(fā)射模塊采用發(fā)射極鉗制輸出電路，通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)二極管使8050三極管的基極電壓保持不變，使紅外發(fā)光二極管中的電流保持不變從而使紅外控制距離保持不變。

紅外接收模塊采用VS1838一體化紅外接收頭，紅外接收模塊主要用于少量紅外學(xué)習編碼和紅外收發(fā)調試，紅外接收模塊的距離可達到20米左右。

3 軟件關(guān)鍵設計

智能無(wú)線(xiàn)裝置的軟件關(guān)鍵是實(shí)現通信功能，需要負責接收來(lái)自前端的命令控制紅外設備，當傳感器監測到周?chē)惓?，需要將信號反饋給前端。其次智能無(wú)線(xiàn)裝置需要通過(guò)GPIO切斷紅外設備電源，防止紅外設備待機資源浪費。

如圖4所示，智能無(wú)線(xiàn)裝置接收到前端的命令時(shí)，初始化后對接收到的信號種類(lèi)進(jìn)行判斷，通過(guò)后智能無(wú)線(xiàn)裝置對接收到信號進(jìn)行解析，對比指令表判斷是否為有效信號，如果為有效信號則發(fā)送信號給紅外設備。

智能無(wú)線(xiàn)裝置需要將傳感器信息反饋給前端。如圖5所示，智能無(wú)線(xiàn)裝置接收傳感器信號后直接對傳感器數據進(jìn)行解析，如果是有效信號即通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊給前端發(fā)送反饋信號。傳感器模塊可能會(huì )檢測到周?chē)惓Ｇ闆r，這就要求監控前端必須要將信息反饋給前端。傳感器模塊可能會(huì )檢測到周?chē)惓Ｇ闆r，這就要求監控前端必須要實(shí)時(shí)將信息反饋給前端，所以最后會(huì )做出發(fā)射成功的判斷。

4 測試分析

紅外設備采用了自主設計以紅外方式控制的電燈，首先通過(guò)房間、電器的查找，找到紅外控制燈的模擬遙控器，模擬遙控器上有燈的開(kāi)關(guān)和燈光強弱控制，通過(guò)控制模擬遙控器開(kāi)關(guān)即可控制燈的開(kāi)關(guān)，起始狀態(tài)紅外燈的狀態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)。點(diǎn)擊開(kāi)燈按鍵，電燈很快被打開(kāi)，如圖6所示，開(kāi)燈狀態(tài)。

通過(guò)智能手機能夠查看到傳感器數據，如圖7所示，智能手機可以查看到智能無(wú)線(xiàn)裝置中緩存的溫度和濕度的數據。

5 結束語(yǔ)

基于CC2530的智能無(wú)線(xiàn)裝置可以對紅外設備進(jìn)行統一控制，前端裝置也可以接收到智能無(wú)線(xiàn)裝置上傳感器監測的信息。對于防止紅外設備待機資源的浪費，智能無(wú)線(xiàn)裝置通過(guò)GPIO口與繼電器插座相連，通過(guò)控制IO口就可以直接切斷紅外設備電源，防止了待機資源的浪費。后期非紅外設備也可以插入智能無(wú)線(xiàn)裝置上的繼電器插座中，這樣前端裝置也可以控制非紅外設備的開(kāi)關(guān)。