【文章內容簡介】 以及存儲器，利用它建造具有 ZigBee功能的產品，可以極大的降 低 組件尺寸、成本和功耗。Ember公司提供的 Insight EM250開發(fā)套件，包括硬件、網絡開發(fā)、調試軟件以及用于嵌入式圖 系統(tǒng)應用的編譯器和一個現(xiàn)場可升級的 ZigBee協(xié)議棧 Ember ZNet 2． 1，上述所有的工具都是為單一集成開發(fā)環(huán)境模式提供的。 現(xiàn)場參數(shù)無線檢測網絡對硬件平臺的要求十分苛刻。其所有節(jié)點都會同時運行多個任務。要求 MCU處理速度足夠快，才能能及時地響應各個任務，避免造成網絡阻塞。同時無線檢測網絡協(xié)議棧和應用程序都要存儲在程序存儲器中，所以節(jié)點的 MCU程序存儲器要求有較大存儲空間。另外，協(xié)調節(jié)點還應具備較大空間的數(shù)據(jù)存儲器，以保存網絡的各種信息。本裝置采用電池供電方式，決定了 MCU的工作電壓必須較低，而且正常工作時應滿足低功耗的要求。節(jié)點的 MCU最好還具備 A／ D轉換能力，以減少外圍器件的使用，從而有利于減小節(jié)點體積，降低節(jié)點功耗。通過對以上不同公司的多種方案進行比較，結合現(xiàn)場參數(shù)無線檢測裝置對硬件平臺的要求，本著減少硬件設計復雜度以及提高射頻通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的原則，本課題選用 TI(Chipcon)公司的 CC2430 SOC芯片作為 ZigBee無線檢測裝置的硬件解決方案。 2， CC2430介紹 CC2430芯片是 Chipcon公司生產的符合 ZigBee技 術的 。適用于各種 ZigBee或類似 ZigBee的無線網絡節(jié)點，包括調諧器、路由器和終端設備。 CC2430芯片延用了以住 CC2430芯片的架構，在單個芯片上整合了 ZigBee射頻（ RF）前端、內存和微控制器。它使用 1個 8位 MCU（ 8051），具有 128KB可編程閃存和 8KB的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉換器（ ADC）、幾個定時器、 AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器、 32KHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及 21個可編程 I/O引腳。 主要特點 CC2430芯 片采用 CMOS工藝生產，工作時的電流損耗為 27mA。在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27mA或 25mA， CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那引動要求電池壽命非常長的應用。 （ 1） 高性能和低功耗的 8051微控制器核。 （ 2） 集成符合 RF無線電收發(fā)機 . （ 3） 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。 （ 4） 在休眠模式時僅 ，外部的中斷或 RTC能喚醒系統(tǒng) 。在待機模式時少于，外瓤子的中斷能喚醒系統(tǒng)。 （ 5） 硬件支持 CSMA/CA功能。 （ 6） 較寬的電壓范圍（ － ）。 （ 7） 數(shù)字化的 RSSI/LQI支持和強大的 DMA功能。 （ 8） 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。 （ 9） 集成了 14們模數(shù)轉換的 ADC。 （ 10） 集成 AES安全協(xié)處理器。 （ 11） 帶有２個強大的支持幾組協(xié)議的 USART，以及１個符合 IEEE MAC計時器，１個常規(guī)的１６位計時器和２個８們計時器。 （ 12） 強大和靈活的開發(fā)工具。 引腳介紹 CC2430芯片采用７ mm*７ mm QLP 封裝，共有 48引腳。全部引腳可分為 I/Ｏ 端口線引腳、電源線引腳和控制引腳三類。 I/Ｏ 端口線引腳功能 CC2430有２１個可編程的 I/O口引腳， p0、 p1口是完全的８位口， p2口只有５個可使用的位。通過軟件設定一組ＳＦＲ寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的Ｉ /O口作為連接ＡＤＣ、計時器或 USART部件的外圍設備 I/O口使用。 可設置為通常的 I/O口，也可設置為外圍 I/O使用，在輸入時有上拉和下拉能力。都具有響應外部的中斷能力 ，同是外部的中斷事件也能被用來喚醒休眠模式。 收發(fā)器性能 基于 IEEE802． 15． 4的 CC2430無線收發(fā)模塊的核心部分是 CC2420射頻收發(fā)器。 CC2430的無線接收器是一個低 中頻的接收器。接收到的射頻信號經過低噪聲放大器 (LNA)和 I／ O(同向信號和正交相位信號 )下變頻轉換為中頻 (IF)信號，中頻信號為 2MHz。此混合 I／ O信號經過濾波、放大、 AD轉換、自動增益控制、數(shù)字解調和解擴，最終恢復出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù)。 CC2430的無線發(fā)送器是基于直接上變頻的。要發(fā)送的數(shù)據(jù)先被送入 128字節(jié)的發(fā)送緩存器 (TXFIFO)中，幀引導序列和幀開始定界符由硬件自動產生。所要發(fā)送數(shù)據(jù)流的每 4位使用 IEEE802． 15． 4序列擴展技術擴展為 32碼片的擴頻序列，輸出到 DA變換器。然后，經過低通濾波和上 變頻的混頻后的射頻信號被調制到 2． 4GHz，經功率放大 (PA)后送到天線發(fā)射出去。 CC2430采用了內部發(fā)送／接收 (訊 )開關電路，天線的接口及匹配比較容易。 RF為差動連接。單極天線可以使用不平衡變壓器。通過外接直流通路，連接引腳 TXRX SWITCH到引腳 RF P和引腳 RF N，實現(xiàn)功率放大器和低噪聲放大器的偏置。 3， SHT11介紹 SHTll單芯片傳感器是瑞士 Sensirion公司生產的具有二線串行接口的單片全校準數(shù)字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調試、免標定、兔外圍電路及全互換的特點。 SHTl 1采用 Sensirion公司專利的 CMOSens過程微加工技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個 14位的 A／ D轉換器以及串行接口電路在同～芯片上實現(xiàn)無縫連接，體積僅與大火柴頭相近，因此，該傳感器具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、極高的性價比等優(yōu)點。 SHTl l傳感器默認的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為 14位、 12位，通過狀態(tài)寄存器可降至 12位、 8位。濕度測量范圍是 O～ 100％ RH，對于 12位的分辨率為 0． 03％ RH，精度為177。 4． 5％ RII。測溫范圍為 40℃ 一 +123． 8。 C對于 14位的分辨率為 0． 0l℃。精度為177。 0． 5℃。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度室中進行了標定，校準系數(shù)以程序形式儲存在 OTP內存中，在測量過程中可對相對濕度自動校準，這使 SHTll具有 100％的互換性。 其測量原理：首先利用 2只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號；然后經過放 大，分別送至 A／ D轉換器進行模數(shù)轉換、校準和糾錯；再通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器；最后利用微控器完成非線性補償和溫度補償。 SHTll與 CC2430的接口十分簡單，屬于 12C總線接口，只需占用兩個普通數(shù)字 I／ O口。其中， SCK為 SHTll的串行時鐘輸入線， CC2430通過 SCK向 SHTl l提供時鐘脈沖，用于兩者之間的通信同 步。 4， 無線傳感器結點硬件總體方案設計 根據(jù)無線檢測網絡的功能，將便件設計分為兩大部分： CC2430基本工作電路與天線電路和節(jié)點外圍電路。 CC2430基本工作電路與 天線電路是實現(xiàn)單片機和天線正常工任的保證，包括 CC2430的時鐘電路，去耦電路、偏置電阻電路和天線電路。面節(jié)點外圍電路用于實現(xiàn)網絡的功能，下載程序，數(shù)據(jù)采集電路，按鍵電路和電源電路等組成。節(jié)點硬件整體設計圖如圖。 CC2430 基本工作電路與天線電路實現(xiàn) 基于 IEEE802． 15． 4的 CC2430無線芯片是集運算控制單元和射頻單元于一身的 SOC 無線解決方案。射頻單元的核心部分是 CC2420射頻收發(fā)器。正是由于 CC2430的高度 集成性，所以只需要很少的外圍器 件就能搭建好一個應用系統(tǒng)。 CC2430的供電電壓范 圍很寬，從 2． O到 3． 6V均可以使用。它內部使用 1． 8V的工作電壓，外部數(shù)字 I／ O口使 用的是 3． 3V電壓。其片內還集成了一個自流穩(wěn)壓器，能夠把 3． 3V的電壓轉換為 1． 8V 的電壓。這樣外圍電路就不用再專門設計一個電壓轉換電路。 下圖 是參照 TI公司提供 的參考電路設計的原理圖。 （ 1） 時鐘設計 CC2430工作需要兩個時 CC2430工作需要兩個時鐘晶振，第一個為 32MHz，為無線收發(fā)提供時鐘；第二個為 32． 768KHz，為睡 眠 模式提供時鐘。 C19和 C20為 32MHz晶振的負載電容，電容值取決于負載電容的大小， CL=I／ (1／ C19+1／ C20)+Cf，其中 CL典型值為 16pF， Cf為 2～5pF，為保證晶體振蕩器產生的頻率準確而穩(wěn)定。所以 C19和 C20的典型值為 33pF。 (2) 偏置電阻配置 R4為電流基準發(fā)生器的精密電阻