zigbee網絡拓撲結構及節(jié)點設計

　　3.1芯片選型

　　zigbee網絡節(jié)點硬件設計的的核心是微處理器芯片。微處理器模塊在無線收發(fā)模塊的協作下完成zigbee網絡的建立與維護，數據采集與處理，無線數據收發(fā)以及zigbee2007協議棧的正常運行[3]。在網絡節(jié)點的硬件設計中可以根據成本與操作可行性等因數選擇不同的的設計方案，本設計選擇集微處理器模塊和無線收發(fā)模塊于一體的單芯片解決方案。

　　設計選用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz頻段，是符合ieee 802.15.4規(guī)范的真正片上系統解決方案，也是目前眾多zigbee設備產品中表現最為出眾的微處理器之一。其主要特性如下：

　　(1)片內集成增強型高速8051內核處理器，支持代碼預取;256kflash程序存儲器，支持最新zigbee2007pro協議;8k數據存儲器;支持硬件調試[3]。

　　(2)支持2v-3.6v供電區(qū)間，具有3種電源管理模式：喚醒模式0.2ma、睡眠模式1ua、中斷模式0.4ua。包括處理器和智能片內外設在內的模塊，具有超低功耗的特點[3]。

　　(3)片內集成5通道dma;mac定時器;1個16位、兩個8位普通定時器;32khz睡眠定時器;電源管理與片內溫度傳感器;8通道12位ad轉換器;看門狗等智能外設[3]。高密度集成化電路節(jié)約設計成本。

　　(4)應用范圍包括2.4g-hz ieee 802.15.4系統、rf4ce遠程控制系統、zigbee網絡、家居自動化、照明系統、工業(yè)測控、低功耗wsn等領域[3]。

　　cc2530芯片結構如圖3所示。

　　圖3 cc2530片內功能模塊圖

　　3.2硬件整體設計

　　在網絡節(jié)點硬件平臺中，cc2530需要實現的功能以及外圍模塊主要有3個部分：通過a/d口控制傳感器模塊進行數據采集;控制無線rf模塊完成數據收發(fā);通過i/o口相應主機控制。傳感器采集的數據也可通過i/o口與微處理器相連，通過rs232接口可實現網絡節(jié)點與pc機的通信[3]。外圍硬件電路原理圖如圖4所示。

　　圖4 網絡節(jié)點硬件參考電路圖

　　由于cc2530芯片內集成了許多特色功能模塊，因此，其典型的外圍電路也就非常簡潔。其中，主時鐘晶振采用32mhz無源晶振以及32.768khz時鐘晶振;無線rf模塊外圍電路采用無巴倫的阻抗匹配網絡，天線使用50歐鞭狀負極性天線，具體的元器件封裝信息參見附表所示。

　　附表 網絡節(jié)點封裝信息表

　　為了更好提高芯片內部電壓精度，輸入電壓應采用調制后的3.3v穩(wěn)壓電源，接內部參考電壓的外圍電阻r301精度要在0.5%以上，且選用質量較好的電感、電容等器件。為了指示網絡節(jié)點的運行狀態(tài)，在硬件設計中加入兩個狀態(tài)指示燈，使用220歐的限流電阻，分別接在微處理器芯片的p10、p11口，用于指示設備入網、退網等狀態(tài)，方便開發(fā)人員觀察，指示燈為可選電路，可根據需求選擇使用。