基于CC2531的無線傳感器網絡節點硬件設計
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為方便選擇不同種類的傳感器，我們將各I／O口連接到統一的傳感器排針接口上，并將具有A／D功能的I／O與GPIO在電路板上進行了劃分，以防止數模串擾。這種設計增強了可擴展性和靈活性。為實現對I／O口的高效利用，設計中有部分I／O進行了復用。復用后最多可以有
6路A／D以及9路GPIO供采集多路模擬傳感器信號和數字傳感器信號使用，可以根據實際需求選擇傳感器和連接接口。由于采集的數據量較大，而 CC2531自帶的內存需要存儲程序，不能滿足存儲要求，所以需要外接存儲器。本設計選用Ramtron公司帶SPI接口的鐵電存儲器FM25L2 56，它具有高速數據存儲、功耗低、可擦寫次數多等優點。選取CC2531提供的SPI接口1(即P0．2～P0．5四個引腳)與FM25L256連接，完成數據存儲。其接口電路如圖5所示。
3．3 無線通信模塊
無線通信模塊作為系統中重要的數據傳輸通道，實現了采集節點與匯聚節點、采集節點與采集節點之間的數據傳輸及組網功能。本設計中，CC2531與 CC2591聯合使用構成無線通信模塊。CC2591為TI公司面向低功耗與低電壓無線應用的、集成度最高的2．4 GHz射頻前端。它集成了功率放大器(可將輸出功率提高+22 dBm)、低噪聲放大器(可將接收機靈敏度提高+6 dB)、平衡轉換器(balun)、交換機、電感器和RF匹配網絡等，從而能夠顯著增大無線系統的覆蓋范圍，降低系統安裝成本。這種高集成度簡化了高性能設計工作，使客戶能用極少的外部組件開發出高輸出功率的無線解決方案。CC2591為CC2531提供了無縫接口，對于加速系統開發、改善系統RF性能方面具有很大幫助。其連接電路如圖6所示。其中，B1為磁珠，作濾波用，推薦型號BLMl5HG102SN1D。
TI公司為CC2591與CC2531之間的連接提供一個緊湊的參考設計，并提供了PCB板參數。PCB板經過仿真驗證后參照參考設計繪制，對電源、地的布局進行了精心設計。同時，天線的信號走線進行了阻抗匹配設計，使到達天線端阻抗為50 Ω，并且PCB板上使用村田公司的高頻分立元件，以達到較好的信號傳輸效果，增加節點間的無線通信距離。
3．4 數據采集模塊
數據采集模塊負責采集數據和數據信號的調理。選用EC21B型高動態性能測風傳感器和PTS-3型空氣濕度傳感器。采用排針接口設計，如果需要用于其他的應用場合，只需更換不同的傳感器(包括信號調理部分)并采用排線連接即可，大大擴展了無線傳感器網絡的應用范圍。
EC21B型高性能測風傳感器為三杯式、單尾翼型測風傳感器，風杯為一體式。該傳感器只需5 V電壓即可工作，輸出信號為RS485數字信號。為采集傳感器信號，需要對傳感器信號進行轉換。本設計選用了Exar半導體公司的SP3494芯片，實現了RS485信號和TTL信號的雙向轉換。SP3494是一個半雙工的轉換速率部分受限的收發器，數據傳輸速率高達2．5 Mbps，含有低功耗關斷模式和驅動器／接收器高阻使能控制線。測風傳感器信號調理電路如圖7所示。SP3494的接收器輸出端(R0)、發送器輸入端 (DI)及使能端(、DE)通過排針與I／O接口連接；同相發送器輸出／接收器輸入端(A)、反相發送器輸出／接收器輸入端(B)與傳感器信號線連接。
PTS-3型空氣濕度傳感器需要5 V直流電壓供電，只需一根信號輸出線，輸出電壓范圍為1～4 V模擬信號。為了使PTS-3輸出的模擬電壓能夠被CC2531正確采樣，需要對輸出信號進行調理，使其輸出信號更加穩定且電壓值不超過基準電壓。空氣濕度傳感器信號調理電路如圖8所示。U1為傳感器接口，5 V電源向傳感器供電，傳感器的輸出信號(1～4 V)通過精密電阻1／2分壓后送入由P354構成的射隨器，并最終將信號送入CC2531的一個ADC通道。
結語
基于ZigBee的無線傳感器網絡具有低功耗、低成本、體積小的顯著優點，可在特殊環境下實現檢測區域內信號的采集傳輸與處理。Zig-Bee新一代 SoC芯片CC2531是真正的片上系統解決方案，適用于環境監測、災害預測等系統的開發。伴隨新的能量解決方案的提出及無線自組織網絡技術的成熟，無線傳感器網絡將應用到更多領域。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/162502.htm
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