基于CC2430的三種無線傳感器網絡系統的設計

無線傳感器網絡系統總體結構

無線傳感器網絡是對周圍環境的溫度、濕度、光、加速度等信息進行監控和管理的技術。這種無線傳感器節點中內置了傳感器、傳感器控制電路、CPU、無線通信模塊、天線、電源裝置等，通過Ad-Hoc通信技術，可以與周圍的傳感器節點一起把數據傳輸到匯聚節點。本文介紹的無線傳感器網絡由一個匯聚節點和多個傳感器節點組成，通過匯聚節點上傳到遠程主機。系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統的總體結構

硬件電路的設計

CC2430是Chipcon公司推出的用來實現嵌入式ZigBee應用的片上系統。CC2430只需要很少的外接元件就可以運行，其內部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路即實現信號的收發功能。圖2為CC2430基本電路設計。

圖2 CC2430基本電路

圖2中C1，C2為22pF的電容，連接32 MHz的晶振電路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4為15 pF的電容，連接32.768 kHz的晶振電路，此石英晶振用于休眠時工作，從而降低功耗。C5=O.1μF，用于去除一些雜波干擾，防止單片機錯誤復位。C6～C8分別為100 nF，220nF，220 nF，用作濾波，去除雜波干擾使電壓更穩定。C9=5.6 pF，電路中非平衡變壓器由電容C9和電感L1，L2，L3以及一個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50Ω)的要求，L1，L2，L3分別為8.2 nH，22 nH，1.8 nH.C10，C11，C12，C13，C14為去耦合電容，用于電源濾波，以提高芯片工作的穩定性。偏置電阻器R1，R2分別為43 kΩ，56 kΩ，R1用于為32 MHz晶體振蕩器設置精密偏置電流。

由于CC2430芯片具有低功耗的特性，選用2節2 800 mAh的干電池為節點機供電。天線選用外置天線。CC2430與溫濕度傳感器SHTll，光照度傳感器PGM5506，紅外傳感器BS520連接原理圖如圖3所示，其中P0.O，P0.1，P0.6，P1.2和P1.3為CC2430的I/O端口。

SHTll采用兩線串行線和處理器進行數據通信，SCK數據線負責處理器和SHTll的通訊同步;DATA三態門用于數據的讀取。為避免信號沖突，微處理器應驅動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻將信號提拉至高電平，圖3顯示CC2430的引腳P1.2用于SCK，P1.3用于DATA.

圖3 三種傳感器連接原理圖

光照度傳感器PGM5506實際就是一個光敏電阻，隨著周邊環境的光量而改變電阻值，從而輸入3 V電壓受到隨著光量而變化的光敏電阻的影響，因而輸出電壓值改變。在測定輸出電壓值的LIGHTOUT中，可以根據變化的電壓量感知光量。圖3顯示CC2430的引腳P0.0連接LIGHT OUT.紅外傳感器BS520，隨著紅外線的強弱輸出A/D也變化，因此CC2430處理器可以根據輸入的電流變化量來測定紅外線值。圖3顯示CC2430的引腳PO.1連接INFRARED ADC，通過對無線傳感器網絡系統的設計和對CC2430的了解，ZigBee技術未來的應用前景被看好。未來的幾年里，它將在工業控制、汽車自動化、樓宇自動化、消費電子等多個領域實現應用。