zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計

　　3.1芯片選型

　　zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計的的核心是微處理器芯片。微處理器模塊在無線收發(fā)模塊的協(xié)作下完成zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)，數(shù)據(jù)采集與處理，無線數(shù)據(jù)收發(fā)以及zigbee2007協(xié)議棧的正常運(yùn)行[3]。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計中可以根據(jù)成本與操作可行性等因數(shù)選擇不同的的設(shè)計方案，本設(shè)計選擇集微處理器模塊和無線收發(fā)模塊于一體的單芯片解決方案。

　　設(shè)計選用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz頻段，是符合ieee 802.15.4規(guī)范的真正片上系統(tǒng)解決方案，也是目前眾多zigbee設(shè)備產(chǎn)品中表現(xiàn)最為出眾的微處理器之一。其主要特性如下：

　　(1)片內(nèi)集成增強(qiáng)型高速8051內(nèi)核處理器，支持代碼預(yù)取;256kflash程序存儲器，支持最新zigbee2007pro協(xié)議;8k數(shù)據(jù)存儲器;支持硬件調(diào)試[3]。

　　(2)支持2v-3.6v供電區(qū)間，具有3種電源管理模式：喚醒模式0.2ma、睡眠模式1ua、中斷模式0.4ua。包括處理器和智能片內(nèi)外設(shè)在內(nèi)的模塊，具有超低功耗的特點(diǎn)[3]。

　　(3)片內(nèi)集成5通道dma;mac定時器;1個16位、兩個8位普通定時器;32khz睡眠定時器;電源管理與片內(nèi)溫度傳感器;8通道12位ad轉(zhuǎn)換器;看門狗等智能外設(shè)[3]。高密度集成化電路節(jié)約設(shè)計成本。

　　(4)應(yīng)用范圍包括2.4g-hz ieee 802.15.4系統(tǒng)、rf4ce遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、zigbee網(wǎng)絡(luò)、家居自動化、照明系統(tǒng)、工業(yè)測控、低功耗wsn等領(lǐng)域[3]。

　　cc2530芯片結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 cc2530片內(nèi)功能模塊圖

　　3.2硬件整體設(shè)計

　　在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺中，cc2530需要實現(xiàn)的功能以及外圍模塊主要有3個部分：通過a/d口控制傳感器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;控制無線rf模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā);通過i/o口相應(yīng)主機(jī)控制。傳感器采集的數(shù)據(jù)也可通過i/o口與微處理器相連，通過rs232接口可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與pc機(jī)的通信[3]。外圍硬件電路原理圖如圖4所示。

　　圖4 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件參考電路圖

　　由于cc2530芯片內(nèi)集成了許多特色功能模塊，因此，其典型的外圍電路也就非常簡潔。其中，主時鐘晶振采用32mhz無源晶振以及32.768khz時鐘晶振;無線rf模塊外圍電路采用無巴倫的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，天線使用50歐鞭狀負(fù)極性天線，具體的元器件封裝信息參見附表所示。

　　附表 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)封裝信息表

　　為了更好提高芯片內(nèi)部電壓精度，輸入電壓應(yīng)采用調(diào)制后的3.3v穩(wěn)壓電源，接內(nèi)部參考電壓的外圍電阻r301精度要在0.5%以上，且選用質(zhì)量較好的電感、電容等器件。為了指示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，在硬件設(shè)計中加入兩個狀態(tài)指示燈，使用220歐的限流電阻，分別接在微處理器芯片的p10、p11口，用于指示設(shè)備入網(wǎng)、退網(wǎng)等狀態(tài)，方便開發(fā)人員觀察，指示燈為可選電路，可根據(jù)需求選擇使用。