LPC1227的遠距離ZigBee無線網關設計

摘要：介紹了一種基于GPRS和遠距離ZigBee無線通信技術的網關節點的軟硬件設計方法與實現方案。網關采用基于Cortex-M0內核的LPC1227微控制器，結合GSM模塊、ZigBee芯片和2．4 GHz無線功率放大芯片，實現了GPRS網絡、以太網和無線傳感網絡的互聯。為測試網關功能，搭建了針對路燈節能、監控應用的上位機測試系統。測試表明，網關工作穩定，能夠滿足低成本、高實時性的要求。
關鍵詞：無線網關；LPC1227；CC2530；CC2591；EM310

引言
物聯網被稱為繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。它代表了下一代信息發展技術，被世界各國當作應對國際金融危機、振興經濟的重點技術領域。
物聯網分為感知層、網絡層、應用層，而無線網關節點則是實現感知層與網絡層數據交互的橋梁，在物聯網中具有特殊的地位。網關負責網絡間的協議解析，不同網絡類型的網絡路由，網絡數據的匯聚、存儲、處理、轉發等功能，成為物聯網感知層與網絡層不可缺少的紐帶。因此設計出成本低、效率高、運行穩定的網關對物聯網的推廣有著重要的現實意義。

1 系統方案
本文設計的網關主要由高速微控制器LPC1227、ZigBee射頻收發模塊、GSM通信模塊EM310、AC—DC電源模塊等組成。網關的系統結構如圖1所示。

為了滿足網關低成本、高實時性的要求，網關的MCU采用基于Cortex-M0內核的LPC1227微控制器，該微控制器由NXP半導體公司設計，于2011年2月投入市場。微控制器可在高達45 MHz的CPU頻率下運行，包含128 KB片內Flash存儲器和8 KB數據存儲器。512字節Flash擦除扇區帶來了多種設計上的好處，同時該芯片有兩個具備內部FIFO的UART。網關系統軟件不采用任何嵌入式操作系統，利用最小的軟件負載實現高實時性。
網關的ZigBee芯片采用TI公司的CC2530芯片，相對于當前使用較多的CC2430芯片，CC2530芯片的性價比更高。兩種芯片的主要參數對比如表1所列。

網關中擴展了配合CC2530芯片的射頻前端芯片CC2591。CC2591是TI公司推出的工作頻率為2．4GHz，面向低功耗與低電壓無線應用，集成度很高的射頻前端芯片。CC2591集成了可將輸出功率提高+22 dBm的功率放大器以及可將接收機靈敏度提高+6 dBm的低噪聲放大器，從而擴大了ZigBee無線網絡的覆蓋范圍。
網關采用華為公司設計的EM310 GSM模塊，該模塊具備內置的TCP／IP協議棧，方便實現ZigBee無線傳感網和以太網的數據交互。