基于CC2530的ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
隨著我國物聯(lián)網(wǎng)正進(jìn)入發(fā)展的快車道，ZigBee也正逐步被國內(nèi)越來越多的用戶接受。ZigBee技術(shù)也已在部分智能傳感器場景中進(jìn)行了應(yīng)用。如在北京地鐵9號線隧道施工過程中的考勤定位系統(tǒng)便采用的是ZigBee，ZigBee取代傳統(tǒng)的RFID考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無漏讀、方向判斷準(zhǔn)確、定位軌跡準(zhǔn)確和可查詢，提高了隧道安全施工的管理水平;在某些高檔的老年公寓中，基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)可在療養(yǎng)院或老年社區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全區(qū)實(shí)時(shí)定位及求助功能。由于每個老人都隨身攜一個移動報(bào)警器，遇到險(xiǎn)情時(shí)，可以及時(shí)的按下求助按鈕不但使老人在戶外活動時(shí)的安全監(jiān)控及救援問題得到解決，而且，使用簡單方便，可靠性高。本文介紹基于CC2530的ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
節(jié)點(diǎn)硬件總體設(shè)計(jì)ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)主要由協(xié)調(diào)器、路由器及終端設(shè)備3種節(jié)點(diǎn)組成。在網(wǎng)絡(luò)建立之初，每個網(wǎng)絡(luò)有且僅有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起、參數(shù)的設(shè)定、信息的管理及維護(hù)功能，也可用來協(xié)助建立安全層和應(yīng)用層的綁定。鑒于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件及軟件設(shè)計(jì)最為復(fù)雜，本文主要介紹協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要由處理器模塊、RF前端、電源管理模塊及各外部接口等組成，也可根據(jù)需要增加傳感器及GSM/GPRS等模塊。協(xié)調(diào)器的主要硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
處理器模塊采用CC2530作為主控芯片［5］。CC2530是一個兼容IEEE802.15.4的、真正的片上系統(tǒng)，支持專有的IEEE802.15.4以及ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)。CC2530集成了2.4GHz的射頻收發(fā)器、增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU、最大256KB可編程FLASH、8KB的RAM并提供有一套廣泛的外設(shè)集（包括2個USART、12位ADC和21個通用GPIO）。同時(shí)，CC2530可以配備TI的一個標(biāo)準(zhǔn)兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI、Z-Stack或SimpliciTI）來簡化開發(fā)，其RF發(fā)送輸出功率為4.5dBm，接收靈敏度為-97dBm。
（2）RF前端RF前端采用TI公司的集成度很高的射頻前端芯片CC2591。CC2591工作在2.4GHz，內(nèi)部集成有增益為+22dBm的功率放大器（PA）、低噪聲放大器、平衡轉(zhuǎn)換器、交換機(jī)、電感器和RF匹配網(wǎng)絡(luò)等。接收部分內(nèi)部集成的LNA接收增益最大為11dBm，噪聲系數(shù)為4.8dB，接收機(jī)靈敏度可提高6dB，能顯著增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。
（3）電源管理模塊本系統(tǒng)可采用外接電源及干電池聯(lián)合供電的方式。當(dāng)外接電源無效時(shí)，也可采用干電池為系統(tǒng)供電，以保證系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。
（4）接口模塊一般情況下，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接口主要包括串行接口、電源接口及JTAG接口，也可增加USB接口。當(dāng)管理機(jī)無串口時(shí)，采用USB接口可使該節(jié)點(diǎn)應(yīng)用更為方便靈活。
（5）天線
天線可采用SMA天線與倒F天線相結(jié)合的方式。其中SMA是Sub-Miniature-A的簡稱，全稱應(yīng)為SMA反極性公頭，就是天線接頭是內(nèi)部有螺紋的，里面觸點(diǎn)是針（無線設(shè)備一端是外部有螺紋，里面觸點(diǎn)是管），這種接口的無線設(shè)備是最普及的；倒F天線的設(shè)計(jì)可采用TI公司公布的參考設(shè)計(jì)，該天線的最大增益為+3.3dB，完全能夠滿足CC2530工作頻段的要求。
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