基于ZigBee的光伏照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
考慮到無線通信系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能不完全相同，為了方便硬件設(shè)計(jì)和降低成本，對硬件部分進(jìn)行了模塊化處理。節(jié)點(diǎn)的核心部分為ZigBee通信模塊，設(shè)計(jì)成只負(fù)責(zé)RF收發(fā)，其他部分由路燈開關(guān)模塊、電源和RS485通信模塊等構(gòu)成。無線通信模塊采用支持ZigBee協(xié)議的超
低功耗SoC芯片CC2430。該芯片集成ZigBee射頻RF前端、內(nèi)存和微控制器，具有8位增強(qiáng)型8051 MCU、128KB可編程閃存和8 KB的RAM，另外還包含A／D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、AESl28協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器、休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路以及21個(gè)可編程I／O引腳。TI公司提供免費(fèi)的ZigBee協(xié)議棧，可以方便地完成系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。
2．1 ZigBee通信模塊硬件設(shè)計(jì)
圖2為ZigBee通信模塊原理圖。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和其他節(jié)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)，只采用CC2430時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定。為延長無線通信模塊的通信距離，又采用了TI公司的高性能射頻前端CC2591。CC2591可提供22 dBm的輸出功率，能夠與CC2430無縫連接，射頻輸入／輸出之間不需要增加額外的匹配網(wǎng)絡(luò)。簡單起見，圖中沒有給出電源和退耦電路、GPIO、JTAG等部分，空余引腳通過排座引出以便與其他模塊連接。

CC2591的HGM引腳為增益控制，當(dāng)它為高電平時(shí)處于高增益模式；EN和PAEN為高電平時(shí)CC2591工作在正常模式，為低電平時(shí)進(jìn)入低功耗模式。R1、R2為偏置電阻，為晶體振蕩器提供合適的工作電流。天線采用50 Ω鞭狀天線。由于ZigBee模塊工作在2．4 GHz頻段，對PCB設(shè)計(jì)要求很高，PCB板材、元件封裝、布局和布線必須參照TI公司的參考設(shè)計(jì)。特別是天線阻抗匹配部分，在布線中應(yīng)直接采用TI公司提供的GERBER文件，復(fù)制其PCB布線方式才能保證CC2591的高性能和穩(wěn)定性。另外，PCB的電源退耦和地線處理也非常重要，退耦電容應(yīng)盡可能接近電源引腳，PCB空余的部分需進(jìn)行覆銅接地處理，在頂層和底層覆銅之間按照一定的間隔用過孔相連。
2．2 協(xié)調(diào)器和路由器硬件設(shè)計(jì)
由于協(xié)調(diào)器和路由器都需要通過RS485總線和其他設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，因此需要設(shè)計(jì)RS485通信模塊與ZigBee通信模塊相連。通信模塊采用MAX485和光耦實(shí)現(xiàn)，MAX485通過CC2430的PO．5腳完成RS485收發(fā)控制。CC2430電源采用LTlll7-3．3等芯片供電。在ZigBee協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)路由控制等功能，因此必須保持工作狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)采集的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器正常工作時(shí)采用外部交流電源供電。當(dāng)外部交流電源掉電時(shí)，通過微處理器監(jiān)控芯片ADM690實(shí)現(xiàn)電源切換，利用電池組對其供電，以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定工作。ADM690具有低功耗、低導(dǎo)通電阻和大電流輸出等特性，非常適合實(shí)現(xiàn)微處理器的電池后備功能。該電路設(shè)計(jì)如圖3所示。其中，R1為充電限流電阻，在外部電源正常時(shí)可以對電池涓流充電。