基于ZigBee與51內核的射頻無線傳感器網絡節點設計方案

0 引 言

　　近年來，無線傳感器網絡技術得到了飛速發展，由于2.4 GHz 通信頻段免費、開放等特性，各種基于該頻段的通信協議，如Wi-Fi、藍牙等技術已相當成熟，并得到了廣泛應用。ZigBee 是一種基于IEEE802.15.4 標準的低功耗個域網協議，該協議基于2.4 GHz 頻段，是一種低成本、低功耗的近距離無線組網通信技術，近年來廣泛應用于各種射頻通信領域，如區域定位、視距數據傳輸、物聯網標簽、車用無線電子設備等。

　　以Chipcon 公司基于ZigBee 協議的系列產品為代表的SOC（片上系統）也日趨成熟。因此，方案設計了一個成本低廉、性能穩定、功能齊全的開發系統一直是相關研究的一個重要組成。本文將提出一種基于ZigBee 與51 內核的射頻無線傳感器網絡節點硬件設計方案。該設計方案圍繞Chipcon 公司的CC2430芯片，該芯片滿足ZigBee 協議的物理層要求，并集成了一個51 內核的MCU，價格低廉，具備很好的開發潛力。設計方案采用了模塊化設計方法，能夠應用于各種基于ZigBee 協議的軟硬件開發。本方案將詳細介紹其各模塊的原理與設計方法。

　　1 系統總體框架

　　該系統總體上分為兩個部分：第一部分是控制器與射頻模塊部分；第二部分是外圍擴展電路部分。具體的系統框架圖如圖1 所示。

　　2 控制器與射頻模塊設計方案

　　主控電路是整個系統的核心，它負責整個節點的全面調度與控制。考慮到設備運行維護的便利性、系統的集成性等特點，主控電路除具備數據的處理能力外，還能夠存儲一定量的數據。本設計采用了基于ZigBee 技術的射頻芯片CC2430為核心。該器件集成了51 內核的MCU 控制器與RF 收發器，因此控制器模塊與射頻模塊部分采用了整體設計模式。同時，片上還具備FLASH 存儲器，能方便地存儲數據。該器件體積小，性能穩定，運算速度快，可擴展性能好，能較好滿足本設計的各種需要。

　　2.1 CC2430 控制器電路配置

　　在本設計中，主控單元承擔外圍器件擴展與控制、A/D轉換、數據傳輸等功能。CC2430 屬于高度集成的SOC 系統，其I/O 口設計緊湊，并具備復用功能，因此，在設計中需要盡量節約I/O 口的使用，必要時可對其進行擴展。同時，設計還應具備在線下載與調試功能，以方便工程應用的需要。

　　2.1.1 I/O口配置

　　CC2430 具有21 個數字I/O 口引腳，即P0、P1、P2.它們均是8 位I/O 口。每個口都可以單獨設置為通用I/O 或外部設備I/O.除了兩個高輸出口P1_0 和P1_1 之外，其余均用于輸出。本設計相關I/O 口通過插接件形式進行預留，以方便不同場合使用及擴展，具體如圖2 所示。

　　2.1.2 調試接口

　　本設計CC2430 具備在線調試與下載功能，可根據需要進行自由配置。圖3 所示是CC2430 調試接口圖，該接口通過調試接口引腳P2.2 與P2.1 組成，它們分別用作調試時鐘與調試數據信號引腳。