基于ZigBee和PLC技術的社區監護系統

　　社區監護系統的硬件設計

　　ZigBee傳感節點

　　基于ZigBee無線網絡的家庭監護單元由于應用環境主要是家庭，網絡覆蓋范圍小，因此可直接采用星型拓撲結構，即網絡主要由 3~5 個傳感器節點，即 RFD 節點(Reduce Function Device，簡稱 RFD)和一個主節點，即FFD 節點(Full Function Device)組成。雖然 RFD 節點和 FFD 節點實現具體功能的不同，但為了增加通用性和方便維護，傳感器節點的基本電路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 標準的MC13192射頻芯片。由于MC13192的射頻信號采用差分方式，而倒F型天線為單端天線，所以在芯片和天線之間使用巴倫電路，以達到最佳收發效果。本方案使用了巴倫電路專用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射頻開關，工作頻率為0.5~2.5GHz，具有非常低的介入損耗和很高的隔離性能;封裝形式為6引腳的短引腳小型貼片封裝，可減小電路板占用面積。

　　另外，由于TI MSP430 系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，其中包括一系列器件，針對不同的應用而由不同的模塊組成。這些微控制器可用電池供電，而且使用時間長。具有16 位 RISC 結構，CPU 中的16個寄存器和常數發生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率;靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功耗;數字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時間內激活到活躍的工作方式。是一種低功耗類型的單片機，特別適合于電池應用的場合或手持設備。其中，MSP430F449單片機內部集成了60kB FLASH 存儲模塊，2kB RAM，6個I/O端口以及12位高精度模數轉換模塊ADC12等。較小的封裝和極低的功耗使其可以理想地與MC13192 結合，作為基于ZigBee 技術的無線傳感器網絡節點。

　　MSP430F449和MC13192 通過SPI 總線連接。MSP430F449的SPI 接口工作在主機模式，是數據傳輸的控制方;MSP430F449設為從機模式。MSP430F449通過4 線SPI接口對MC13192 的內部寄存器進行讀寫操作，從而完成對MC13192 的控制以及數據通信。

　　電力線調制解調器

　　力合微電子具有電力線通信與控制基于多載波快速跳頻的專利技術，專門針對國內電網環境而設計，具有較好的抗干擾性能，實現電力線可靠數據傳輸與控制。其專用芯片LME2200使用靈活、方便，為各種電力線通信與控制應用提供了一款優化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，調制解調器的硬件框圖如圖3所示。

　　該電路由信號發送電路、信號接收電路和過零檢測電路等組成，基本電路如圖4所示。

　　從圖4可以看出，發送電路由一個低通濾波器和一個功放構成。低通濾波器的作用是濾除高頻信號成分并平滑DAC輸出信號的波形，功率放大器(PA)的輸出通過一個耦合變壓器連接到電力線上，濾波器的帶寬由使用的載波頻率所決定。對功率放大器的要求是經過變壓器后在2～100歐姆的阻抗下獲得1-2Vrms的信號電平。另外，LME2200C支持半雙工工作模式。當發送時(TX_BUSY低電平)用于打開功放，而在接收時(TX_BUSY為高電平)關閉功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，經耦合變壓器獲得的信號送片內放大器放大，然后經片外帶通濾波器后送芯片RXIN輸入端，由片內接收機完成數據包的接收。過零檢測電路輸出一個方波信號,它的上升沿在工頻信號的過零處，此信號被用作LME2200C的SYNC同步輸入，并作為收發同步的基準。