基于射頻芯片CC2430的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

一、引言

　　ZigBee[2]是一種基于IEEE802.15.4規(guī)范的無線技術(shù)。它具有在802.15.4規(guī)范上創(chuàng)建的安全和應(yīng)用層接口、工作于免授權(quán)的2.4GHz頻段、以年計(jì)算的超低電池壽命、極大可伸縮的網(wǎng)絡(luò)和星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌總€(gè)主設(shè)備可支持4萬多個(gè)節(jié)點(diǎn)）等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國防軍事、工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備等領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間[3]。

　　RF CC2430芯片[4]以強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌人式機(jī)構(gòu)很高的認(rèn)可。它結(jié)合Chipcon公司全球先進(jìn)的ZigBee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計(jì)，展示了領(lǐng)先的ZigBee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，同時(shí)也適用于ZigBee之外2. 4GHz頻率的其他設(shè)備。

二、硬件設(shè)計(jì)

　　1、芯片無線收發(fā)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　CC2430芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。天線接收的射頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器和I/Q下變頻處理后，中頻信號(hào)只有2MHz，此混合I/Q信號(hào)經(jīng)過濾波、放大、AD變換、自動(dòng)增益控制、數(shù)字解調(diào)和解擴(kuò)，最終恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)。

圖1 CC2430芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　發(fā)射機(jī)部分基于直接上變頻。要發(fā)送的數(shù)據(jù)先被送入128字節(jié)的發(fā)送緩存器中，頭幀和起始幀是通過硬件自動(dòng)產(chǎn)生的。根據(jù)TEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的每4個(gè)比特被32碼片的擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻后送到DA變換器。然后，經(jīng)過低通濾波和上變頻的混頻后的射頻信號(hào)最終被調(diào)制到2.4GHz，并經(jīng)過放大后經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射出去。

　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　傳感器節(jié)點(diǎn)一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成[5]。節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)由圖2所示。微處理器ATmega128通過SPI總線和一些離散控制信號(hào)與RF收發(fā)芯片CC2430進(jìn)行通信。

圖2 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成框圖

　　CC2430外圍電路如圖3所示。CC2430內(nèi)部使用1.8V工作電壓，適合于電池供電的設(shè)備，外部數(shù)字I/O接口使用3.3V電壓，這樣可以保持和3.3V邏輯器件的兼容型。它在片上集成了一個(gè)自流穩(wěn)壓器，能夠把3.3V電壓轉(zhuǎn)化成1.8V電壓。這樣對(duì)于只有3.3 V電源的設(shè)備，不需要額外的電壓轉(zhuǎn)換電路就能正常工作。