基于CC2430的ZigBee無線網絡節點設計

摘要：ZigBee無線網絡結構簡單、設計成本低廉，功耗低，并擁有簡單而靈活的通信網絡協議，應用非常廣泛。采用集射頻與微控制器于一體的片上系統CC2430作為ZigBee無線網絡節點的核心器件，提出帶功率放大器的ZigBee無線網絡節點的系統設計方案，并給出該系統電路原理圖。硬件測試結果表明，節點硬件接收靈敏度高，通信距離也較理想。
關鍵詞：CC2430；ZigBee；無線網絡；節點；功率放大器

目前GSM和3G等無線移動通信技術以及藍牙、WiFi、Ad-hoc等無線局域網技術應用日益廣泛，但其設備系統復雜，功耗較大、成本很高，不適合應用在一些低數據速率和通信范圍較小的場合，如傳感器網絡、家庭自動化以及玩具等領域。ZigBee網絡在通信過程中只需一個網絡協調者，用以建立網絡并管理和協調整個網絡的數據傳輸，而無需成本高昂、體積龐大的基站。該網絡協調者既是網絡中的主節點，又可作為網絡與其他有線或無線網絡互連的網關節點。ZigBee是一種低復雜度、低功耗和低成本的低速率無線連接技術，基于ZigBee技術的無線系統的開發應用已成為研究熱點。

1 ZigBee技術
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線組網通信技術。它是一種介于無線標記技術與藍牙之間的技術提案。主要用于近距離無線連接。它有自己的無線標準，通過數千個微小的傳感器之間相互協調來實現通信。這些傳感器只需很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳送到另一個傳感器，所以通信效率非常高。ZigBee是一個由多達65 000個無線數傳模塊組成的無線數傳網絡平臺，類似移動通信的CDMA網或GSM網。其中每一個ZigBee網絡數傳模塊類似移動網絡的一個基站，在整個網絡范圍內，它們之間可以進行相互通信；整個ZigBee網絡還可以與現有的其他各種網絡連接。

2 ZigBee無線網絡節點的硬件設計
2．1 硬件系統總體設計
圖l為ZigBee無線網絡節點的硬件系統總體框圖，該系統由CC2430器件模塊和無線收發模塊組成。CC2430射頻器件模塊由CC2430器件和相關外圍電路構成。雖然CC2430內部集成有無線收發器和805l內核，可以簡化電路設計，在單片機和無線收發器之間不加接口電路也能通信，但通信距離有限。經測量發現，兩個網絡節點在空曠地面的通信距離是lO～100 m，這個距離有時不能滿足應用需要。在CC2430器件與天線之間加一級接口電路即無線收發模塊，用來放大接收和發送信息的功率，從而加大數據傳送距離。

2．2 CC2430器件模塊
CC22430器件模塊的電路原理如圖2所示。該模塊主要包括3．3 V和1．8 V電源濾波電路、芯片晶振電路、巴倫電路和復位電路。芯片本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供，這里由內部電路提供，需外加晶體振蕩器和2個負載電容，電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數。R2和R3為偏置電阻，電阻R3主要用來為32 MHz的晶振提供合適的工作電流。用1個32 MHz的石英諧振器(X1)和2只電容(C9和C10)構成1個32 MHz的晶振電路。用1個32．768 kHz的石英諧振器(X2)和2個電容(C7和C8)構成1個32．768 kHz的晶振電路。CC2430射頻信號的收發采用差分方式傳送，其最佳差分負載是115+j180 Ω，阻抗匹配電路應根據該數值進行調整。設計采用50Ω單極子天線，由于CC2430的差分射頻端口具有兩個端口，而天線是單端口，因此需采用巴倫電路(平衡／非平衡轉換電路)完成雙端口到單端口的轉換。巴倫電路由電感(L1、L2，L3)和電容(C15、C17、C26)構成。