【文章內(nèi)容簡介】 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 ：包括所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是 3 種設(shè)備類型中最復雜的一種，存儲容量最大、計算機能力強。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。 全功能設(shè)備： 可以擔任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的 FFD 或是精簡功能裝置（ RFD）連結(jié)， FFD 具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。 附帶由標準指定的全部 功能和所有特征 更多 的存儲器、計算機能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡(luò)路由作用。 也可能做終端設(shè)備 精簡功能設(shè)備（ RFD）： RFD 只能傳送信息給 FFD 或從 FFD 接收信息。 附帶有限的功能來控制成本和復雜性 在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。 ZigBee 相對簡單的實現(xiàn)自然節(jié)省了費用。 RFD 由于省掉了內(nèi)存和其他電路，降低了ZigBee 部件成本，而簡單的 8 位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。 第 12 頁 第 2章 系統(tǒng)原理分析與整體設(shè)計 系統(tǒng)是基于 ZigBee 技術(shù)，一般無線傳輸距離 10M 到 100M 和低功耗的特點及多元化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的一款便攜式的多路無 線搶答器。系統(tǒng)在完成基本模塊的基礎(chǔ)上進行 ZigBee 無線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟硬件設(shè)計，包括 ZigBee 無線發(fā)射 /接收模塊的設(shè)計和電源電路，按鍵電路，復位電路和顯示電路的設(shè)計。軟件方面進行節(jié)點之間的組網(wǎng)程序設(shè)計和抗干擾措施設(shè)計，按鍵設(shè)計和顯示程序設(shè)計等。系統(tǒng)工作原理：各個節(jié)點識別按鍵狀態(tài)，如果按鍵有變化將立即和協(xié)調(diào)器通信，協(xié)調(diào)器將第一個接收到的節(jié)點號碼顯示出來。每個節(jié)點只需設(shè)計簡單的電源電路、按鍵電路和復位電路。 第 系統(tǒng)目標 系統(tǒng)欲實現(xiàn)的目標是利用先進的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計一款便攜式的，實用的多路無線搶答器 。 第 系統(tǒng)設(shè)計思路 系統(tǒng)是基于 ZigBee 技術(shù)一般無線傳輸距離 10M 到 100M 和低功耗的特點及多元化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計的一款便攜式的多路無線搶答器。系統(tǒng)設(shè)計好基礎(chǔ)模塊后進行ZigBee 無線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟硬件設(shè)計。其中基礎(chǔ)模塊的設(shè)計包括 ZigBee 無線發(fā)射 /接收模塊的設(shè)計和 ZigBee 芯片 CC2430 低功耗的特點設(shè)計的電源電路，基本的按鍵電路，復位電路和顯示電路的設(shè)計。以上就是整個電路的硬件電路。 軟件方面進行節(jié)點之間的組網(wǎng)程序設(shè)計和抗干擾措施設(shè)計，按鍵設(shè)計和顯示程序設(shè)計等。 第 系統(tǒng)工作原理 節(jié)點和協(xié)調(diào)器之 間組網(wǎng)。各個節(jié)點識別按鍵狀態(tài)，如果按鍵有變化將立即和協(xié)調(diào)器通信，協(xié)調(diào)器將第一個接收到的節(jié)點號碼顯示出來。每個節(jié)點只需設(shè)計簡單的電源電路、按鍵電路和復位電路。圖 為系統(tǒng)的原理框圖。 第 13 頁 第 主芯片 CC2430 的特點介紹 系統(tǒng)主芯片 CC2430 整合了業(yè)界領(lǐng)先的 IEEE CC2420 以及工業(yè)標準的增強型 8051 MCU 的卓越性能，還包括了 8KB 的 SRAM、大容量閃存以及許多的強大特性。系統(tǒng)采用的是 CC2430F128，也就是說芯片擁有128KB 的閃存。 CC2430 片上系統(tǒng)是高度集成的解決方案，僅需很少的外置元件，且所選用元件均為低成本型，可支持快速、廉價的 ZigBee 節(jié)點構(gòu)建。 CC2430 不僅擁有卓越的射頻性能，包括超低功耗、高靈敏度、出眾的抗噪聲和抗干擾能力而且擁有強大的 8 位、單周期 8051 控制核心。 CC2430 可用于 ZigBee 協(xié)調(diào)器、路由器及終端設(shè)備。結(jié)合了TI/Chipcon 業(yè)界領(lǐng)先的 ZigBee 協(xié)議棧之后， CC2430 被認為是市面上最具競爭力的ZigBee 解決方案。 CC2430 具有如下特性： 高 性能低功耗的 8051 微控制器核； 集成符合 IEEE 標準的 的 RF 無線電收發(fā)機； 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性； 硬件支持 CSMA/CA 功能； 在休眠模式時僅 的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng)，在待機模式時少于 流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)； 較寬的電壓范圍（ ~）； 協(xié)調(diào)器 顯示 節(jié) 點 電源 圖 系統(tǒng)原理方框圖 節(jié) 點 節(jié) 點 按鍵 按鍵 按鍵 按鍵 第 14 頁 數(shù)字化的 RSSI/LQI 支持強大的 DMA 功能； 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC； 集成 AES 安全協(xié)處理器； 帶有 2 個強大的支 持幾組協(xié)議的 USART，以及 1 個符合 IEEE 規(guī)范的MAC 計時器， 1 個常規(guī) 16 位計時器和 2 個 8 位計時器。 第 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 星形網(wǎng)：基本的星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是一個單跳（ single_hop）系統(tǒng) ,網(wǎng)絡(luò)中所有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都與基站和網(wǎng)關(guān)進行雙向通信。基站可以是一臺 PC、 PDA、專用控制設(shè)備、嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，或其他與高數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)備通信的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點基本相同。除了向各節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)和命令外，基站還與因特網(wǎng)等更高層系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。各節(jié)點將基站作為一個中間的，使相互之間傳輸數(shù)據(jù)或命令。在各種 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之中，星形網(wǎng)整體功耗最低，但節(jié)點與基站間傳輸距離有限，通常 ISM 頻段的傳輸距離為 10M~30M。 網(wǎng)狀網(wǎng)：網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)是多跳（即多次中繼）系統(tǒng)，其中所有無線傳感節(jié)點都相同，而且直接相互通信，與基站進行數(shù)據(jù)傳輸和相互傳輸命令。這種多次中繼系統(tǒng)比星形網(wǎng)的傳輸距離遠得多，但功耗更大，因為節(jié)點必須一直“監(jiān)聽”網(wǎng)絡(luò)中某些路徑上的信息和變化。 混合網(wǎng)：混合網(wǎng)力求兼具星形網(wǎng)的簡潔和低功耗以及網(wǎng)狀網(wǎng)的長傳輸距離和自愈性等優(yōu)點。在混合網(wǎng)中，路由器和中繼器組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而無線傳感器節(jié)點則在他們周圍呈星形分布。擴展 了網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，同時提供了容故障能力。 第 15 頁 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 第 硬件電路和實現(xiàn) 系統(tǒng)的主要芯片 CC2430 為低功耗芯片所需的供電電源僅需 (~)，所以設(shè)計了一個基于 LM1117 的 5V轉(zhuǎn) ，如圖 所示。 +ADJ/G1Vout2Vin3U4InPowerC4110uFC4210uF 圖 電源電路 如圖所示， 3 腳和地為輸入加 +5V， 2 腳輸出 2 腳之間加兩個 10uf的極性電容。 采用 LM1117— 的原因在于它有以下優(yōu)勢： 輸入范圍大于 ,可以穩(wěn)定輸出 。 輸入電壓范圍寬可以滿足 ~7V的變化輸入。 操作溫度 0~125 度，儲存溫度 65~150 度 。 電路簡單，可靠性高。 第 指示燈電路 系統(tǒng)為了讓實驗的效果更明顯接了電源指示燈和通信指示燈，當兩個節(jié)點相互通信即發(fā)送或接收信號時紅綠指示燈會交替閃爍，正常情況下，綠燈亮，紅燈滅，如圖 所示。 R11K+D1RedR321KR331KD3GreenD4Red通信指示燈電源指示燈 圖 指示燈電路 第 按鍵電路 系統(tǒng)在設(shè)計按鍵時，進行了軟件和硬件的消除抖動設(shè)計。 軟件通過延時再判斷的方法第 16 頁 實現(xiàn)按鍵消抖設(shè)計，硬件通 過電容緩沖消抖動設(shè)計， 具體的按鍵電路如下圖所示。 S1C1GND 圖 按鍵電路 第 顯示電路 fgedcbaCDS1顯示電路Q19012DIR1A12A23A34A45A56A67A78A89GND10VCC20G/19B118B217B316B415B514B613B712B81174LS245GND+100R6GND 圖 顯示電路 系統(tǒng)在顯示電路方面，使用 74LS245 實現(xiàn)段驅(qū)動，用三極管實現(xiàn)位驅(qū)動。具體的電路如圖 所示。 采用 74LS245 做驅(qū)動的優(yōu)勢有如下： 供電電壓范圍： ~，系統(tǒng) 5V電壓可以正常給它供電。 操作溫 度 0 到 70 度滿足日常應(yīng)用。 最大輸入電壓時輸入電流 MA,不能說省電但是至少相對不會太耗電，滿足該系統(tǒng)需求。 第 節(jié)點模塊電路（ CC2430） 第 17 頁 GND1GND2DC/3DD/45SO/6SI/7CLK/8CSN/91011RST141516171819202122VDD23GND241312U3DTD243AGNDRF123456789101112CN312 HEADER123456789101112CN412 HEADERD243ARST1 2 3JP5+R3610kC102PB1P_Reset+C10110210KR3GND 圖 節(jié)點模塊電路 節(jié)點模塊主要由： 主芯片、 電源、地和復位電路組成。 該芯片總共有 40 個引腳，該模塊引出常用的引腳。 由圖中可以看出該模塊是 低 電平復位，供電電壓 公司經(jīng)典的低功耗產(chǎn)品。 C44115PC19122PC43115PC21122PC411220nFL321%R10110KC101102C342123456789101112CN1123456789101112CN2GNDRFVCCANT1RSTGNDRFGNDRFDCDDSO/SI/CLK/CSN/12345ANT2Antenna_SMAAVDD_SOC20AVDD_DREG41DVDD7DVDD47DCOUPL42P2_048P2_146P2_245P1_0/LED9P1_1/LED8P1_26P1_35P1_44P153P1_62P1_71P0_112P0_213P0_314P0_415P0_516P0_617P0_618P0_011RESETn10GND49AVDD_DGUARD40DVDD_ADC39AVDD_ADC38AVDD_IF237AVDD_RF236AVDD_SW35AVDD_RF131AVDD_PRE30AVDD_VCO29VCO_GUARD28AVDD_CHP27AVDD_IF125RF_P32TXRX_SWITCH33RF_N34P2_4/XOSC_Q243P2_3/XOSC_Q144XOSC_Q121XOSC_Q219RBIAS122RBIAS226RREG_OUT24AVDD_RREG23U1 CC2430_11234Y132MHzC471220nFC421220nFC351220nFC281220nFC251220nFC231220nFC241220nC341R26143K 1%R22156K 1%Y232768HzL33122nH5%L341%VCCRSTDCDDSO/SI/CLK/CSN/VCCR1810RR3510R21 34LM1LMD_4 圖 節(jié)點模塊整體外圍電路 節(jié)點模塊的外圍電路主要是 RF 發(fā)射電路，通過主機控制信號的接收和發(fā)送， RF 天線有兩種：陶瓷天線和普通天線。 第 18 頁 第 4章 軟件設(shè)計 第 主程序框圖 主程序框圖如圖 所示 ,程序