基于射頻芯片CC2430的ZigBee無線傳感器網絡節點的設計

一、引言

　　ZigBee[2]是一種基于IEEE802.15.4規范的無線技術。它具有在802.15.4規范上創建的安全和應用層接口、工作于免授權的2.4GHz頻段、以年計算的超低電池壽命、極大可伸縮的網絡和星型網絡拓撲（每個主設備可支持4萬多個節點）等諸多優點，在國防軍事、工業控制、消費性電子設備等領域有很大的發展空間[3]。

　　RF CC2430芯片[4]以強大的集成開發環境作為支持，內部線路的交互式調試以遵從IDE的IAR工業標準為支持，得到嵌人式機構很高的認可。它結合Chipcon公司全球先進的ZigBee協議棧、工具包和參考設計，展示了領先的ZigBee解決方案。其產品廣泛應用于汽車、工控系統和無線傳感器網絡等領域，同時也適用于ZigBee之外2. 4GHz頻率的其他設備。

二、硬件設計

　　1、芯片無線收發模塊內部結構

　　CC2430芯片的內部結構如圖1所示。天線接收的射頻信號經過低噪聲放大器和I/Q下變頻處理后，中頻信號只有2MHz，此混合I/Q信號經過濾波、放大、AD變換、自動增益控制、數字解調和解擴，最終恢復出傳輸的正確數據。

圖1 CC2430芯片內部結構

　　發射機部分基于直接上變頻。要發送的數據先被送入128字節的發送緩存器中，頭幀和起始幀是通過硬件自動產生的。根據TEEE 802.15.4標準，所要發送的數據流的每4個比特被32碼片的擴頻序列擴頻后送到DA變換器。然后，經過低通濾波和上變頻的混頻后的射頻信號最終被調制到2.4GHz，并經過放大后經發射天線發射出去。

　　2、系統硬件設計

　　傳感器節點一般由數據采集單元、數據處理單元和數據傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成[5]。節點硬件結構由圖2所示。微處理器ATmega128通過SPI總線和一些離散控制信號與RF收發芯片CC2430進行通信。

圖2 傳感器網絡節點組成框圖

　　CC2430外圍電路如圖3所示。CC2430內部使用1.8V工作電壓，適合于電池供電的設備，外部數字I/O接口使用3.3V電壓，這樣可以保持和3.3V邏輯器件的兼容型。它在片上集成了一個自流穩壓器，能夠把3.3V電壓轉化成1.8V電壓。這樣對于只有3.3 V電源的設備，不需要額外的電壓轉換電路就能正常工作。