基于ZigBee和PLC技術(shù)的社區(qū)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

　　社區(qū)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　ZigBee傳感節(jié)點(diǎn)

　　基于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的家庭監(jiān)護(hù)單元由于應(yīng)用環(huán)境主要是家庭，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，因此可直接采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)主要由 3~5 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，即 RFD 節(jié)點(diǎn)(Reduce Function Device，簡(jiǎn)稱 RFD)和一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，即FFD 節(jié)點(diǎn)(Full Function Device)組成。雖然 RFD 節(jié)點(diǎn)和 FFD 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)具體功能的不同，但為了增加通用性和方便維護(hù)，傳感器節(jié)點(diǎn)的基本電路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的MC13192射頻芯片。由于MC13192的射頻信號(hào)采用差分方式，而倒F型天線為單端天線，所以在芯片和天線之間使用巴倫電路，以達(dá)到最佳收發(fā)效果。本方案使用了巴倫電路專用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射頻開(kāi)關(guān)，工作頻率為0.5~2.5GHz，具有非常低的介入損耗和很高的隔離性能;封裝形式為6引腳的短引腳小型貼片封裝，可減小電路板占用面積。

　　另外，由于TI MSP430 系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，其中包括一系列器件，針對(duì)不同的應(yīng)用而由不同的模塊組成。這些微控制器可用電池供電，而且使用時(shí)間長(zhǎng)。具有16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，CPU 中的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達(dá)到最高的代碼效率;靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功耗;數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時(shí)間內(nèi)激活到活躍的工作方式。是一種低功耗類型的單片機(jī)，特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。其中，MSP430F449單片機(jī)內(nèi)部集成了60kB FLASH 存儲(chǔ)模塊，2kB RAM，6個(gè)I/O端口以及12位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC12等。較小的封裝和極低的功耗使其可以理想地與MC13192 結(jié)合，作為基于ZigBee 技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

　　MSP430F449和MC13192 通過(guò)SPI 總線連接。MSP430F449的SPI 接口工作在主機(jī)模式，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品?MSP430F449設(shè)為從機(jī)模式。MSP430F449通過(guò)4 線SPI接口對(duì)MC13192 的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，從而完成對(duì)MC13192 的控制以及數(shù)據(jù)通信。

　　電力線調(diào)制解調(diào)器

　　力合微電子具有電力線通信與控制基于多載波快速跳頻的專利技術(shù)，專門針對(duì)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有較好的抗干擾性能，實(shí)現(xiàn)電力線可靠數(shù)據(jù)傳輸與控制。其專用芯片LME2200使用靈活、方便，為各種電力線通信與控制應(yīng)用提供了一款優(yōu)化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖如圖3所示。

　　該電路由信號(hào)發(fā)送電路、信號(hào)接收電路和過(guò)零檢測(cè)電路等組成，基本電路如圖4所示。

　　從圖4可以看出，發(fā)送電路由一個(gè)低通濾波器和一個(gè)功放構(gòu)成。低通濾波器的作用是濾除高頻信號(hào)成分并平滑DAC輸出信號(hào)的波形，功率放大器(PA)的輸出通過(guò)一個(gè)耦合變壓器連接到電力線上，濾波器的帶寬由使用的載波頻率所決定。對(duì)功率放大器的要求是經(jīng)過(guò)變壓器后在2～100歐姆的阻抗下獲得1-2Vrms的信號(hào)電平。另外，LME2200C支持半雙工工作模式。當(dāng)發(fā)送時(shí)(TX_BUSY低電平)用于打開(kāi)功放，而在接收時(shí)(TX_BUSY為高電平)關(guān)閉功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，經(jīng)耦合變壓器獲得的信號(hào)送片內(nèi)放大器放大，然后經(jīng)片外帶通濾波器后送芯片RXIN輸入端，由片內(nèi)接收機(jī)完成數(shù)據(jù)包的接收。過(guò)零檢測(cè)電路輸出一個(gè)方波信號(hào),它的上升沿在工頻信號(hào)的過(guò)零處，此信號(hào)被用作LME2200C的SYNC同步輸入，并作為收發(fā)同步的基準(zhǔn)。