【文章內(nèi)容簡介】 1芯片資料 CC2430芯片管腳圖CC2430/CC2431是全球領(lǐng)先的半導體巨頭德州儀器（TI）公司收購領(lǐng)先的短距低功率無線射頻（RF）收發(fā)器設(shè)備的設(shè)計公司Chipcon后推出的全球首個真正意義上的系統(tǒng)及芯片ZigBee解決方案，（System on Chip，片上系統(tǒng)）產(chǎn)品。CC2430和業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的ZigBee協(xié)議棧ZStack一起提供了市場上最具競爭力的ZigBee解決方案。CC2430除了包括RF收發(fā)器外，還集成了增強型8051MUC、32/64/128KB的Flash存儲器、8KB的RAM、AES128安全協(xié)處理器以及ADC、DMA、看門狗定時器等。，采用低電壓（～）供電且功耗很低，接收信號靈敏度高達92dBm、最大發(fā)射功率+dBm、最大傳輸速率為250kbps。CC2430硬件支持CSMA/CA和RSSI/LQI功能，為開發(fā)檢測、跟蹤定位系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。CC2430芯片的主要特點如下：（1）高性能和低功耗的8051微控制器。（2）。（3）優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。（4），外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。（5）硬件支持CSMA/CA功能。（6）較寬的工作電壓范圍（～）。（7）數(shù)字化的RSSI/LQI（Link Quality Indication）支持和強大的DMA功能。（8）集成了14位數(shù)模轉(zhuǎn)換的ADC。（9）具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。 CC2430最小系統(tǒng)應(yīng)用電路CC2430 芯片需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能。 為CC2430 芯片的最小系統(tǒng)電路。 CC2430最小系統(tǒng)電路電路使用一個非平衡天線,連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C22 和電感LLL3 以及一個PCB 微波傳輸線組成，整個結(jié)構(gòu)滿足RF 輸入/輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。內(nèi)部T/R 交換電路完成LNA 和PA 之間的交換。R1 和R2 為偏置電阻，電阻R2主要用來為32 MHz 的晶振提供一個合適的工作電流。用1 個32 MHz 的石英諧振器（XTAL1）和2 個電容（C26 和C27）構(gòu)成一個32 MHz 的晶振電路。用1 kHz 的石英諧振器（XTAL2）和2 個電容（C15 和C16） kHz 的晶振電路。 V 電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C19 和C21 電容是去耦合電容,用來電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。 溫濕度傳感器電路設(shè)計溫濕度傳感器采用單總線輸出的高精度DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，其幾乎不需要外圍電路即可直接和控制芯片串行相連，進行數(shù)據(jù)的采集傳輸。 DHT11傳感器概述 DHT11傳感器實物照片DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。 DHT11傳感器引腳功能 1 2 3 4 DHT11引腳說明引腳名稱注釋1VDD供電 3－2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請懸空4GND接地，電源負極 傳感器電氣特性 DHT11電氣特性說明參數(shù)條件mintypmax單位供電DC35V供電電流測量mA平均1mA待機100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。 DHT11應(yīng)用電路原理及設(shè)計 DHT11典型應(yīng)用電路說明：在DATA（2 Pin）連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用合適的上拉電阻。 本設(shè)計應(yīng)用DHT11電路電路板實際連線，VCC引腳連接2節(jié)5號電池輸出的電源線正極上，NC引腳懸空，GND引腳連接電池負極上。數(shù)據(jù)通過DATA引腳串行輸出到CC2430芯片就行處理，發(fā)送。 瓦斯傳感器的選擇及應(yīng)用電路設(shè)計 MQ5傳感器概述瓦斯傳感器采用以金屬氧化物二氧化錫為主體材料的N型半導體氣敏元件MQ5，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ5外形尺寸圖MQ5傳感器對甲烷、丙烷、丁烷的靈敏度高，對甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測多種可燃氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 MQ5結(jié)構(gòu)圖(結(jié)構(gòu)A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。 傳感器規(guī)格參數(shù) 標準工作條件符號參數(shù)名稱技術(shù)提交備注Vc回路電壓≤24VDCVH加熱電壓177。0.AC或DCRL負載電阻可調(diào)RH加熱電阻31Ω3Ω室溫PH加熱功耗≤900mW 環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度10℃－＋50℃Tas儲存溫度20℃－＋70℃RH相對濕度小于 95% RH氧氣濃度21%(標準條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于2% 靈敏度特性符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Rs敏感體表面電阻2KΩ20KΩ（2000ppm）使用范圍30010000ppm甲烷、丙烷、丁烷、氫氣α（ /)濃度斜率標準工作條件預(yù)熱時間溫 度： 20℃177。2℃ Vc:177。相對濕度： 65%177。5% VH: 177。不少于48小時敏感體公式功耗(Ps)值計算公式： ()傳感器電阻(Rs)值計算公式： () 傳感器應(yīng)用電路設(shè)計 MQ5測試電路圖。該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當?shù)腞L值。本設(shè)計根據(jù)此傳感器的技術(shù)參數(shù)及性能說明設(shè)計出如下電路： MQ5電路原理設(shè)計電路圖說明：H兩端是加熱電源5V，，B端根據(jù)實際瓦斯氣體濃度輸出相對應(yīng)的模擬量電流值。，通過芯片內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過CC2430的通信功能將數(shù)值傳送至協(xié)調(diào)器進行處理。后半部分電路功能是根據(jù)機械調(diào)節(jié)比較值，設(shè)置瓦斯?jié)舛葓缶?。通過調(diào)節(jié)RP2設(shè)置比較器參考電壓，通過電壓比較器LM393芯片，將瓦斯?jié)舛入妷褐蹬c報警參考值進行比較，正常情況下LM393的1引腳輸出高電平，一旦瓦斯?jié)舛瘸^報警值，即MQ5傳感器的B口輸出電流在RP1上產(chǎn)生的壓降超過RP2的參考電壓，LM393的1引腳輸出低電平。產(chǎn)生報警信號，傳給控制芯片進行相應(yīng)的處理。下兩圖（）為瓦斯傳感器電路改進前和改進后電路板對比。 瓦斯傳感器改進前電路 瓦斯傳感器改進后電路 語音報警電路設(shè)計語音報警電路通過ZigBee路由節(jié)點控制，一旦工人所處位置瓦斯?jié)舛瘸瑯?，移動終端節(jié)點就會發(fā)信息給路由節(jié)點，通過路由節(jié)點來控制語音和燈光報警。 語音芯片概述本課題采用廣州唯創(chuàng)電子有限公司生產(chǎn)的WTV020SD模塊。WTV020SD模塊是一款可重復擦寫語音內(nèi)容的大容量存儲類型的語音模塊，可外掛最大容量為1GB的SD卡存儲器。能加載WAV格式語音和AD4格式語音。 WTV020SD模塊以WTV020SD20S語音芯片為主控核心，具有MP3控制模式，按鍵一對一控制模式（3段語音跟5段語音兩種），上電循環(huán)播放控制模式以及二線串口控制模式。產(chǎn)品特性如下：； ADPCM格式文件； ； ～32KHz、36KHz采樣率AD4音頻； ～16KHz采樣率WAV音頻； ； ； ,WTV020SD16P兩種模塊類型； ； ； ； ，直接放置語音到SD卡便可；，包括靜音組合； ：～； ：16uA（不插SD卡） 語音芯片管腳功能 WTV020SD芯片引腳圖芯片引腳功能說明如下（）： WTV020SD引腳功能說明封裝引腳引腳標號簡述功能描述1/RESET/RESET復位腳2AUDIOLAUDIOL懸空3NCNC空4SP+PWM+PWM+音頻輸出腳/DAC音頻輸出正極5SPPWMPWM音頻輸出腳6NCNC空7P04K3/A2/CLK按鍵/二線串口時鐘腳8GNDGND地線腳9P07K5/A4/SBT按鍵觸發(fā)腳10P05K4/A3/DI按鍵/二線串口數(shù)據(jù)輸入腳11NCNC空12P03K2/A1按鍵13P02K1/A0按鍵14NCNC空15P06BUSY語音播放忙信號輸出腳16VDDVDD電源輸入腳 語音芯片應(yīng)用電路設(shè)計 WTV020SD只需外接很少的電子元件就可以實現(xiàn)讀取存儲器內(nèi)的語音文件，通過SPK+將信號通過功放電路放大后送入揚聲器。 音頻處理電路通過實驗測試，利用芯片的PWM輸出功率不足以驅(qū)動較大功率的揚聲器，所以語言報警電路需要設(shè)計功放電路。語音芯片部分電路板實物圖如下： 語音PWM輸出電路 功放電路設(shè)計本課題選取可最大輸出功率為18W的功放集成電路芯片TDA2030A，它是德律風根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用V型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。，按引腳的形狀引可分為H型和V型。 TDA2030A集成功放電路 對應(yīng)的引腳功能如下：1腳是正向輸入端2腳是反向輸入端3腳是負電源輸入端4腳是功率輸出端5腳是正電源輸入端。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設(shè)備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電路。意大利SGS公司、美國RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同類產(chǎn)品生產(chǎn)，雖然其內(nèi)部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。TDA2030A電路特點如下：a. 外接元件非常少。b. 輸出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。c. 采用超小型封裝（TO220）,可提高組裝密度。d. 開機沖擊極小。e. 內(nèi)含各種保護電路，因此工作安全可靠。主要保護電路有：短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接（Vsmax=12V）以及負載泄放電壓反沖等。 f. TDA2030A能在最低177。6V最高177。22V的電壓下工作在177。19V、8Ω阻抗時能夠輸出16W的有效功率，THD≤%。無疑，用它來做電腦有源音箱的功率放大部分或小型功放再合適不過了。根據(jù)芯片資料和本設(shè)計功放要求設(shè)計出如下音頻功放電路。 音頻功放電路本設(shè)計音頻電路圖采用單電源供電接線方式，額定功率為14W。電源電壓為177。6～177。18V。輸出電流大，諧波失真和交越失真?。?77。14V/4歐姆，THD=%）。具有優(yōu)良的短路和過熱保護電路。 語音功放電路板該電路功放形式采用OTL功放形式。采用單電源供電，有輸出耦合電容。 (150 kΩ)與R4 ( kΩ)電阻決定放大器閉環(huán)增益，R4電阻越小增益越大，但增益太大也容易導致信號失真。兩個二極管接在電源與輸出端之間，是防止揚聲器感性負載反沖而影響音質(zhì)。C14( uF)電容與R7(1 Ω)的電阻是對感性負載(喇叭)進行相位補償來消除自激，該電路采用12V單電源，最大輸出功率約14 W。 節(jié)點電路設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點電路設(shè)計在本設(shè)計中PAN協(xié)調(diào)器（）即為ZigBee聯(lián)盟中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，具有控制輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)建立、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)配置，網(wǎng)絡(luò)成員管理、鏈路管理以及分組轉(zhuǎn)發(fā)等功能。它既是信息傳輸過程中的路由器又是定位過程中的網(wǎng)關(guān)。PAN協(xié)調(diào)器一般設(shè)備協(xié)調(diào)器一般設(shè)備RFDFFD通信信道 IEEE 通常協(xié)調(diào)器和路由器節(jié)點一般由FFD功能設(shè)備構(gòu)成，終端設(shè)備由RFD設(shè)備組成。因為本設(shè)計具有燈光語音報警及實時環(huán)境信息顯示功能，所以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器還需連接語音芯片、燈組設(shè)備及RS232串口通信線，實現(xiàn)以上功能，電路原理圖如下：1）微型處理器電路 協(xié)調(diào)器CC2430處理器部分電路圖，它是協(xié)調(diào)器部分的核心，所有的控制設(shè)備，通信設(shè)備都需要連接此處理器的相應(yīng)引腳。其中10X2為雙端子排，其中一排主要用于引出CC2430的I/O引腳，另一排連接相應(yīng)的被控設(shè)備，如果需要某被控設(shè)備連接至CC2430進行處理，只需將雙端子排上對應(yīng)的橫向排陣用短路帽進行短接。此種雙端子排的用法方便以后對此電路板