基于zigbee無(wú)線溫濕度采集單元硬件設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-10 19:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路等。（3）網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer，NWK)是由ZigBee聯(lián)盟所定義，主要完成從應(yīng)用層接受數(shù)據(jù)并向其發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層的職責(zé)包括：設(shè)備連接和斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)所采用的機(jī)制；幀信息在傳輸過(guò)程中所采用的安全性機(jī)制；設(shè)備之間的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)和轉(zhuǎn)交；完成對(duì)一跳鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息的存儲(chǔ)。2003MAC子層的正確操作，并通過(guò)SAP(服務(wù)接入點(diǎn))為應(yīng)用層提供適當(dāng)?shù)姆?wù)接口。為了與應(yīng)用層進(jìn)行接口，網(wǎng)絡(luò)層從概念上包含有兩種具備所需功能的服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)實(shí)體NLDE)主要是通過(guò)其相應(yīng)的SAP(即NLDESAP)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體（NLME)則主要通過(guò)NLMESAP來(lái)提供訪問(wèn)內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制。（4）應(yīng)用層(Application Layer，APL)是ZigBee協(xié)議棧的最高層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，具體而言，應(yīng)用層包括以下幾點(diǎn)功能：用應(yīng)用維持器件的功能屬性；用應(yīng)用層發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作；應(yīng)用層根據(jù)服務(wù)和需求來(lái)使多個(gè)器件之間進(jìn)行通信；應(yīng)用層主要根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開(kāi)發(fā)。它包括應(yīng)用支持層(Application Support layer，APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)(ZigBee Device Object，ZDO)和應(yīng)用對(duì)象(Application Object)。 電源電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，采用了CC2430芯片，SHT11芯片，RS232傳輸協(xié)議，各個(gè)芯片的工作電壓如下： 表1 芯片工作電壓芯片名稱工作電壓CC2430～SHT11～RS232～5V根據(jù)各個(gè)芯片的工作電壓，發(fā)現(xiàn)都有一種共同的特性：都是可以在比較寬的電壓范圍內(nèi)工作。因此，采用鋰電池供電，鋰電池供電的時(shí)間比較長(zhǎng)，也比較適用于此系統(tǒng)，節(jié)能方面也比較優(yōu)越。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì) CC2430芯片簡(jiǎn)介CC2430/CC2431是Chipcon公司推出的用來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式ZigBee 應(yīng)用的片上系統(tǒng)。 。根據(jù)芯片內(nèi)置閃存的不同容量，提供給用戶3個(gè)版本，即CC2430F32/64/128，分別對(duì)應(yīng)內(nèi)置閃存32/64/128KB。位于挪威奧斯陸的Chipcon公司(已在2006 年被美國(guó)德州儀器TI公司收購(gòu))，作為全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，在低系統(tǒng)成本低功耗的射頻芯片和網(wǎng)絡(luò)型軟件方面，發(fā)布了實(shí)用的 CC2430/CC2431產(chǎn)品家族，是世界上首個(gè)真正的單芯片ZigBee 解決方案，這是世界上第一個(gè)真正意義上SoCZigBee一站式產(chǎn)品，具有芯片可編程閃存以及通過(guò)認(rèn)證的ZigBee TM 協(xié)議棧，所有都集成在一個(gè)硅片內(nèi)。CC2431也是Chipcon公司SmartRF03 家族中的一個(gè)關(guān)鍵部分，基于Chipcon占主導(dǎo)地位的CC2420ZigBee無(wú)線收發(fā)器其出貨量已經(jīng)超越1百萬(wàn)片。芯片尺寸是77mm，CC2431表現(xiàn)出了相當(dāng)清晰的設(shè)計(jì)結(jié)合了一顆強(qiáng)大的魯棒射頻，可編程的微控制器，ZigBee軟件兼容，所有都集成到一個(gè)易用并有效的一顆芯片上。CC2430/CC2431SoC 家族包括3個(gè)不同產(chǎn)品CC2430F32，CC2430F64 and CC2430F128。它們的區(qū)別在于內(nèi)置閃存的容量不同，/Zigbee應(yīng)用的成本優(yōu)化。CC2430采用增強(qiáng)型8051MCU、32/64/128KB閃存、8KBSRAM 等高性能模塊，并內(nèi)置了ZigBee協(xié)議棧。加上超低能耗，使得它可以用很低的費(fèi)用構(gòu)成ZigBee節(jié)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案。，低功耗的要求。(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051），具有32/64/128 KB 可編程閃存和8 KB 的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）、32kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown Out Detection)以及21個(gè)可編程I/O引腳。 CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)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(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：（1）高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核；（2）；（3）極高的接收靈敏度和抗干擾性能；（4）32/64/128KB 閃存；8KBSRAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力；（5）強(qiáng)大的DMA功能；只需極少的外接元件；（6）只需一個(gè)晶體，即可滿足組網(wǎng)需要；電流消耗小(當(dāng)微控制器內(nèi)核運(yùn)行在32 MHz 時(shí)，Rx為27mA，Tx為25mA)；（7）掉電方式下，外部中斷或者實(shí)時(shí)鐘(RTC)能喚醒系統(tǒng)；(8) 掛起方式下，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；(9) 硬件支持避免沖突的載波偵聽(tīng)多路存取(CSMA/CA)；（10）電源電壓范圍寬(～ V)；（11）支持?jǐn)?shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器/鏈路質(zhì)量指示(RSSI/LQI)；（12）電池監(jiān)視器和溫度傳感器；具有8路輸入8～14 位ADC；高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)協(xié)處理器；（13）2個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的USART；看門狗。 CC2430內(nèi)部結(jié)構(gòu)CC2430的結(jié)構(gòu)框圖3所示： 圖3 CC2430結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)中用到的管腳功能：6 腳（P1_2～ P1_5）：具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。7 腳（DVDD）：為I/O ～。10 腳（RESET_N）：復(fù)位引腳，低電平有效。112 腳（P0_0 ～P0_1）：具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。8～9 腳（P1_0～P1_1）：具有20mA的驅(qū)動(dòng)能力。19 腳（XOSC_Q2）：32MHz的晶振引腳2。20 腳（AVDD_SOC）：～。21 腳（XOSC_Q1）：32MHz的晶振引腳1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。22 腳（RBIAS1）：為參考電流提供精確的偏置電阻。23 腳（AVDD_RREG）：～。24 腳（RREG_OUT）：為25，27～31，35～。25 腳 (AVDD_IF1 )：為接收器波段濾波器、。26 腳（RBIAS2）：提供精確電阻，43kΩ，177。1%。27 腳（AVDD_CHP）：。28 腳（VCO_GUARD）：VCO屏蔽電路的報(bào)警連接端口。29 腳（AVDD_VCO）：。30 腳（AVDD_PRE）：為預(yù)定標(biāo)器、。31 腳（AVDD_RF1）：為L(zhǎng)NA、。32 腳（RF_P）：在RX期間向LNA輸入正向射頻信號(hào)；在TX期間接收來(lái)自PA的輸入正向射頻信號(hào)。33 腳（TXRX_SWITCH）：為PA提供調(diào)整電壓。34 腳（RF_N）：在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在TX期間接收來(lái)自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。35 腳（AVDD_SW）：為L(zhǎng)NA/。36 腳（AVDD_RF2）：。37 腳（AVDD_IF2）：為低通濾波器和VGA 。38 腳（AVDD_ADC）：。39 腳（DVDD_ADC）：。40 腳（AVDD_DGUARD）：為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。41 腳（AVDD_DREG）：～。42 腳（DCOUPL）：，此電壓不為外電路所使用。444腳（P2_4，P2_3）：具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。47 腳（DVDD）：為I/O ～。 CC2430應(yīng)用電路設(shè)計(jì)CC2430只需要很少的外接元件就可以運(yùn)行了，典型的應(yīng)用電路如圖4所示：主要由XTAL1和XTAL2兩個(gè)晶振電路，一
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