基于CC2531的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

摘要：提出一種基于SoC芯片CC2531的通用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)的硬件實(shí)現(xiàn)方案。該設(shè)計(jì)方案主要分為電源模塊、處理模塊、無(wú)線通信模塊和數(shù)據(jù)采集模塊4個(gè)部分。各模塊電路易于實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的通用性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；采集節(jié)點(diǎn)；CC2531

引言
半導(dǎo)體技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了具有現(xiàn)代意義的無(wú)線傳感器技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、網(wǎng)絡(luò)、通信、光學(xué)、微機(jī)械等眾多領(lǐng)域。微型、高可靠、多功能、集成化的傳感器，低功耗、高性能的專業(yè)集成電路，微型、大容量的能源，高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和操作系統(tǒng)，面向應(yīng)用、低計(jì)算量的模式識(shí)別，低功耗、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及現(xiàn)實(shí)環(huán)境的各種
應(yīng)用模式成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課題研究的重點(diǎn)。
以傳感器和自組織網(wǎng)絡(luò)為代表的無(wú)線應(yīng)用不需要較高的傳輸帶寬，但需要較低的傳輸延時(shí)和極低的功率消耗，使用戶能擁有較長(zhǎng)的電池壽命和較多的器件陣列，同時(shí)需要一種低端的、面向控制的、應(yīng)用簡(jiǎn)單的專用標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee的出現(xiàn)正好解決了這一問(wèn)題。ZigBee是無(wú)線個(gè)人
局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Personal Area Network，WPAN)的標(biāo)準(zhǔn)之一，具有高通信效率、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全數(shù)字化等諸多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得ZigBee 和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)完美地結(jié)合在一起。目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和開(kāi)發(fā)已得到越來(lái)越多的關(guān)注。本設(shè)計(jì)基于ZigBee搭建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)，可以完成風(fēng)向、風(fēng)速和空氣濕度的測(cè)量。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由上位機(jī)、中轉(zhuǎn)器、匯聚節(jié)點(diǎn)和若干采集節(jié)點(diǎn)組成，如圖1所示。采集節(jié)點(diǎn)采集并預(yù)處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，在收到匯聚節(jié)點(diǎn)的上傳命令后將數(shù)據(jù)上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)收集采集節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)并通過(guò)中轉(zhuǎn)器將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，上位機(jī)處理最終上傳的采集數(shù)據(jù)。上位機(jī)將用戶下達(dá)的各操作命令發(fā)送至中轉(zhuǎn)器，中轉(zhuǎn)器將命令信息傳遞給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將中轉(zhuǎn)器下發(fā)的命令通告?zhèn)€采集節(jié)點(diǎn)，同時(shí)負(fù)責(zé)采集節(jié)點(diǎn)相互間的組網(wǎng)及維護(hù)。


本設(shè)計(jì)中采集節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)均采用CC2531作為核心控制芯片；中轉(zhuǎn)器采用ARM處理器作為核心控制芯片。采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)間以ZigBee協(xié)議進(jìn)行無(wú)線通信；匯聚節(jié)點(diǎn)與中轉(zhuǎn)器間采用串口通信；中轉(zhuǎn)器與上位機(jī)以GPRS通信方式進(jìn)行交互；上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 CC2531芯片簡(jiǎn)介
CC2531是TI公司推出的符合2．4 GHz IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。它具有很好的接收靈敏度和魯棒性以及低功耗特性，可編程輸出功率高達(dá)4．5 dBm，外部元件很少；結(jié)合RF收發(fā)器與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051微控制器的性能，具有32 KB、64 KB、128 KB或256 KB的在系統(tǒng)可編程閃存和8 KB的RAM，且該RAM具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保護(hù)能力；同時(shí)具有多種運(yùn)行模式，而且運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換時(shí)間短，使低能耗特性能夠進(jìn)一步保證。
CC2531提供了101 dB的鏈路質(zhì)量以及一套廣泛的外設(shè)集，包括2個(gè)USART、8路輸入可配置的12位ADC、21個(gè)通用GPIO、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)安全協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器和具有捕獲功能的32 kHz睡眠定時(shí)器等設(shè)備。它支持一般的低功耗無(wú)線通信，可以應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制、消費(fèi)型電子、家庭控制、計(jì)量和智能能源、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)療以及更多領(lǐng)域。