基于CC2430的ZigBee無線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
0 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/85289.htm現(xiàn)在,無線通信技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題之一。ZigBee采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn),利用全球共用的2.4 GHz公共頻率進(jìn)行無線測量和系統(tǒng)監(jiān)控,而且具有明顯的低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)。目前,ZigBee技術(shù)已被視為替代有線監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一。為此,本文論述了一種基于CC2430芯片的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)方法。
1 ZigBee簡介
ZigBee是一種基于IEEE802.15.0標(biāo)準(zhǔn)的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,主要用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和測量控制方面。國際上,IEEE802.15.4工作組及ZigBee聯(lián)盟共同致力于該無線連接技術(shù)的推廣工作,其中,IEEE802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定ZigBee物理層及MAC層協(xié)議.其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),以便于今后不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通;ZigBee聯(lián)盟則負(fù)責(zé)高層應(yīng)用及市場推廣工作。于2002年成立的ZigBee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司加入。此外,F(xiàn)reescale、TI等國際巨頭也都已推出了比較成熟的ZigBee開發(fā)平臺(tái)。
ZigBee標(biāo)準(zhǔn)是基于802.15.4協(xié)議棧而建立的,它具備了強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能,并支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型,即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree),其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。
ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙、GSM、Wi-Fi更加簡單實(shí)用,表1列出了ZigBee同其它無線網(wǎng)絡(luò)的比較。
2總體設(shè)計(jì)
為了進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì),本文采用了基于通用異步收發(fā)模式(UART)接口的設(shè)計(jì),以便方便的通過此接口將STIM(智能傳感器接口模塊)和該無線模塊連接在一起,從而發(fā)送用戶的數(shù)據(jù)。
為了能夠方便在線調(diào)試,并測試串口的數(shù)據(jù),本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分:一是CC2430部分,該部分采用四層板小型化設(shè)計(jì),上面只有CC2430芯片和部分外圍器件;另一部分是測試底板,該板采用兩層板設(shè)計(jì),包含USB與UART接口、指示燈、復(fù)位和調(diào)試接口等。這樣的設(shè)計(jì)既可以從USB接口截取電源,還可以使計(jì)算機(jī)調(diào)試UART更加方便,同時(shí)還可以簡化射頻板的設(shè)計(jì),使射頻板部分可以更加通用。 圖1所示是測試底板的電路原理圖,系統(tǒng)中CC2430的應(yīng)用電路原理圖如圖2所示。
3 CC2430芯片簡介
CC2430/CC2431是芯片巨人TI公司收購無線單片機(jī)公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無線單片機(jī)系列芯片。CC2430是一款真正符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上SOC ZigBee產(chǎn)品。CC2430除了包括RF收發(fā)器外,還集成了加強(qiáng)型8051MCU、32/64/128 KB的Flash內(nèi)存、8 KB的RAM、以及ADC、DMA、看門狗等。CC2430可工作在2.4 GHz頻段,采用低電壓(2.0~3.6 V)供電且功耗很低(接收數(shù)據(jù)時(shí)為27 mA,發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為25 mA),其靈敏度高達(dá)-91 dBm、最大輸出為+0.6 dBm、最大傳送速率為250 kbps。
CC2430的外圍元件數(shù)目很少,它使用一個(gè)非平衡天線來連接非平衡變壓器,以使天線性能更加出色。電路中的非平衡變壓器由電容C309、C311和電感L301、L302、L303組成,整個(gè)結(jié)構(gòu)可滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。內(nèi)部T/R交換電路用于完成LNA和PA之間的交換。R200、R201為偏置電阻,其中R200主要用于為32 MHz的晶體振蕩器提供合適的工作電流,通過R201可為芯片內(nèi)部射頻部分提供精密電流參考源。選用一只32 MHz的石英諧振器和兩只電容(C210、C211)可以構(gòu)成32 MHz晶體振蕩器電路。芯片內(nèi)部的電壓穩(wěn)壓器可為所有1.8 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電,C214、C209、C200等為去耦電容,主要用于電源濾波,以提高芯片的工作穩(wěn)定性。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下:
◇內(nèi)含高性能和低功耗的8051微控制器核;
◇集成有符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4 GHz的RF無線電收發(fā)機(jī);
◇具有優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾能力。
◇休眠模式時(shí)僅0.9μA的流耗,可用外部中斷或RTC喚醒系統(tǒng):待機(jī)模式時(shí)的電流消耗少于0.6μA,也可以用外部中斷喚醒系統(tǒng);
◇硬件支持CSMA/CA功能;
◇具有較寬的電壓范圍(2.0~3.6 V);
◇具有數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能;
◇具有電池監(jiān)測和溫度感測功能;
◇內(nèi)部集成有14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC;
◇集成有AES安全協(xié)處理器;
◇帶有2個(gè)可支持幾組協(xié)議的USART,以及1個(gè)符合IEEE 802.15.4規(guī)范的MAC計(jì)時(shí)器。同時(shí)帶有1個(gè)常規(guī)16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。
◇具有強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。
4程序設(shè)計(jì)
限于篇幅。這里對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)只做簡短的介紹。作者購買的是TI公司的CC2430開發(fā)套件,其中包括調(diào)試板和軟件?,F(xiàn)在,TI已經(jīng)免費(fèi)提供原來昂貴的ZigBee協(xié)議棧,并且會(huì)有不斷的更新和完善。此外,該套件還有一些實(shí)用的例子,利用它們可以降低開發(fā)的復(fù)雜度,加快開發(fā)人員的開發(fā)速度。
5 結(jié)束語
隨著ZigBee技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展,各大半導(dǎo)體廠家?guī)缀醵家呀?jīng)推出了自己的ZigBee芯片和開發(fā)套件。相信在未來幾年,它不僅可以打開大量的新應(yīng)用之門,而且還能給許多現(xiàn)有的應(yīng)用增加新的價(jià)值。由于通過各種非常簡單的ZigBee器件就能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),因此,作為一個(gè)全球性標(biāo)準(zhǔn),ZigBee技術(shù)可為將來實(shí)現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造條件??梢灶A(yù)見Zigbee無線傳感將切實(shí)改變?nèi)藗兊纳睢?/p>
評(píng)論