基于CC2530無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：提出一種基于ZigBee協(xié)議的用于測量溫度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方案，方案中使用CC2530無線芯片和溫度傳感器DS18820搭建了一個基于ZigBee協(xié)議棧的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)由一個協(xié)調(diào)器充當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)和若干個終端節(jié)點(diǎn)一起，構(gòu)成一個星型網(wǎng)絡(luò)，給出了傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)原理圖及軟件流程圖。實(shí)驗(yàn)證明節(jié)點(diǎn)性能良好、通信可靠，通信距離明顯增大。
關(guān)鍵字：無線傳感網(wǎng)絡(luò)：ZigBee；CC2530；DS18B20

0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由安放在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線通信方式形成的一個自組織網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前景廣闊。Z igBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，可用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

1 系統(tǒng)硬件組成與設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的無線溫度傳感網(wǎng)絡(luò)是由若干個ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和一個ZigBee中心節(jié)點(diǎn)(協(xié)調(diào)器)組成，搭建成一個星型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由終端節(jié)點(diǎn)上的溫度傳感器采集環(huán)境溫度信息，協(xié)調(diào)器中心節(jié)點(diǎn)將接收到的信息及時反饋到計(jì)算機(jī)上，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．1 微處理器和溫度傳感器
CC2530單片機(jī)是一款完全兼容8051內(nèi)核，同時支持IEEE 802．15．4協(xié)議的2．4 GHz無線射頻單片機(jī)。最大擁有256 KB的可編程FLASH容量，12個10位精度的A／D轉(zhuǎn)換通道，21個雙向的I／O端口，該款單片機(jī)能滿足Z-Stack運(yùn)行內(nèi)存容量的要求。本文選用DS18B20作為溫度傳感器，能提供9位溫度讀數(shù)、設(shè)置溫度上下限報(bào)警值。
1．2 終端節(jié)點(diǎn)硬件組成
無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是一個微型化的嵌入式系統(tǒng)，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支持平臺。本文設(shè)計(jì)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)硬件組成如圖1所示，主要由CC2530F256片上系統(tǒng)收發(fā)射模塊，電源模塊，下載接口模塊(同時兼顧仿真接口)，傳感器模塊，發(fā)光二極管顯示模塊和獨(dú)立
按鍵模塊等組成。
電源模塊由自鎖開關(guān)、外部電池接口插針、輸出電壓為3．3 V的AMS1117穩(wěn)壓芯片、若干阻容元件組成。本文的調(diào)試系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)選用3．6 V大容量充電電池，程序下載為JTAG接口。
傳感器模塊為三位插座接口，分別連接溫度傳感器電源、數(shù)據(jù)和接地管腳。數(shù)據(jù)接口和電源接口直接連接一個5 kΩ的上拉電阻。因?yàn)楸緜鞲衅鹘K端采用傳感器直接插入方式，線路短，上拉電阻可不用接，如果要測量監(jiān)控環(huán)境惡劣，可用長導(dǎo)線連接傳感器和終端模塊，使發(fā)射模塊處于較良好穩(wěn)定的工作環(huán)境，使處理器正常工作、延長芯片壽命，此時要接上上拉電阻。
發(fā)光二極管顯示模塊由發(fā)光二極管和分壓電阻組成，用于顯示程序的運(yùn)行狀態(tài)。
獨(dú)立按鍵模塊，為四角按鍵，模塊帶上拉電阻，按鍵與發(fā)射模塊靈活連接。本終端模塊中包含兩路獨(dú)立按鍵電路，一路用于復(fù)位，一路用于程序調(diào)試。
1．3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件組成
本文設(shè)計(jì)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件組成如圖2所示，主要由CC2530發(fā)射系統(tǒng)、電源、下載接口、LCD液晶屏顯示、發(fā)光二極管顯示、獨(dú)立按鍵五向?qū)Ш胶蚏S 232串口等模塊等組成。

協(xié)調(diào)器的電源模塊與終端節(jié)點(diǎn)的基本相同，但因協(xié)調(diào)器要根據(jù)需要不停地查詢網(wǎng)絡(luò)中的信息，因此要外接穩(wěn)定的電源，在終端的電源模塊基礎(chǔ)上增加了外部穩(wěn)壓源接口。協(xié)調(diào)器的下載接口、發(fā)光二極管顯示和獨(dú)立按鍵等模塊原理圖與終端節(jié)點(diǎn)一樣，只是LED燈為4只，獨(dú)立按鍵增加了3只。
LCD液晶模塊，為128x64點(diǎn)陣的液晶，數(shù)據(jù)傳輸模式采用SPI總線傳輸。
RS 232串口模塊是連接單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信接口，把協(xié)調(diào)器從終端節(jié)點(diǎn)返回的傳感器ID、實(shí)時溫度、溫度閾值等信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，由上位機(jī)監(jiān)控軟件顯示、分析、存儲。
五向?qū)Ш桨存I采用A／D讀取模式，有上下左右中間五個方向的鍵值，原理圖如圖3所示。