基于ZigBee與51內核的射頻無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計方案

0 引 言

　　近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)得到了飛速發(fā)展，由于2.4 GHz 通信頻段免費、開(kāi)放等特性，各種基于該頻段的通信協(xié)議，如Wi-Fi、藍牙等技術(shù)已相當成熟，并得到了廣泛應用。ZigBee 是一種基于IEEE802.15.4 標準的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，該協(xié)議基于2.4 GHz 頻段，是一種低成本、低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通信技術(shù)，近年來(lái)廣泛應用于各種射頻通信領(lǐng)域，如區域定位、視距數據傳輸、物聯(lián)網(wǎng)標簽、車(chē)用無(wú)線(xiàn)電子設備等。

　　以Chipcon 公司基于ZigBee 協(xié)議的系列產(chǎn)品為代表的SOC（片上系統）也日趨成熟。因此，方案設計了一個(gè)成本低廉、性能穩定、功能齊全的開(kāi)發(fā)系統一直是相關(guān)研究的一個(gè)重要組成。本文將提出一種基于ZigBee 與51 內核的射頻無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件設計方案。該設計方案圍繞Chipcon 公司的CC2430芯片，該芯片滿(mǎn)足ZigBee 協(xié)議的物理層要求，并集成了一個(gè)51 內核的MCU，價(jià)格低廉，具備很好的開(kāi)發(fā)潛力。設計方案采用了模塊化設計方法，能夠應用于各種基于ZigBee 協(xié)議的軟硬件開(kāi)發(fā)。本方案將詳細介紹其各模塊的原理與設計方法。

　　1 系統總體框架

　　該系統總體上分為兩個(gè)部分：第一部分是控制器與射頻模塊部分；第二部分是外圍擴展電路部分。具體的系統框架圖如圖1 所示。

　　2 控制器與射頻模塊設計方案

　　主控電路是整個(gè)系統的核心，它負責整個(gè)節點(diǎn)的全面調度與控制?？紤]到設備運行維護的便利性、系統的集成性等特點(diǎn)，主控電路除具備數據的處理能力外，還能夠存儲一定量的數據。本設計采用了基于ZigBee 技術(shù)的射頻芯片CC2430為核心。該器件集成了51 內核的MCU 控制器與RF 收發(fā)器，因此控制器模塊與射頻模塊部分采用了整體設計模式。同時(shí)，片上還具備FLASH 存儲器，能方便地存儲數據。該器件體積小，性能穩定，運算速度快，可擴展性能好，能較好滿(mǎn)足本設計的各種需要。

　　2.1 CC2430 控制器電路配置

　　在本設計中，主控單元承擔外圍器件擴展與控制、A/D轉換、數據傳輸等功能。CC2430 屬于高度集成的SOC 系統，其I/O 口設計緊湊，并具備復用功能，因此，在設計中需要盡量節約I/O 口的使用，必要時(shí)可對其進(jìn)行擴展。同時(shí)，設計還應具備在線(xiàn)下載與調試功能，以方便工程應用的需要。

　　2.1.1 I/O口配置

　　CC2430 具有21 個(gè)數字I/O 口引腳，即P0、P1、P2.它們均是8 位I/O 口。每個(gè)口都可以單獨設置為通用I/O 或外部設備I/O.除了兩個(gè)高輸出口P1_0 和P1_1 之外，其余均用于輸出。本設計相關(guān)I/O 口通過(guò)插接件形式進(jìn)行預留，以方便不同場(chǎng)合使用及擴展，具體如圖2 所示。

　　2.1.2 調試接口

　　本設計CC2430 具備在線(xiàn)調試與下載功能，可根據需要進(jìn)行自由配置。圖3 所示是CC2430 調試接口圖，該接口通過(guò)調試接口引腳P2.2 與P2.1 組成，它們分別用作調試時(shí)鐘與調試數據信號引腳。