基于ZigBee和PLC技术的社区监护系统

　　社区监护系统的硬件设计

　　ZigBee传感节点

　　基于ZigBee无线网络的家庭监护单元由于应用环境主要是家庭，网络覆盖范围小，因此可直接采用星型拓扑结构，即网络主要由 3~5 个传感器节点，即 RFD 节点(Reduce Function Device，简称 RFD)和一个主节点，即FFD 节点(Full Function Device)组成。虽然 RFD 节点和 FFD 节点实现具体功能的不同，但为了增加通用性和方便维护，传感器节点的基本电路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 标准的MC13192射频芯片。由于MC13192的射频信号采用差分方式，而倒F型天线为单端天线，所以在芯片和天线之间使用巴伦电路，以达到最佳收发效果。本方案使用了巴伦电路专用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射频开关，工作频率为0.5~2.5GHz，具有非常低的介入损耗和很高的隔离性能;封装形式为6引脚的短引脚小型贴片封装，可减小电路板占用面积。

　　另外，由于TI MSP430 系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，其中包括一系列器件，针对不同的应用而由不同的模块组成。这些微控制器可用电池供电，而且使用时间长。具有16 位 RISC 结构，CPU 中的16个寄存器和常数发生器使 MSP430 微控制器能达到最高的代码效率;灵活的时钟源可以使器件达到最低的功耗;数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6s的时间内激活到活跃的工作方式。是一种低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。其中，MSP430F449单片机内部集成了60kB FLASH 存储模块，2kB RAM，6个I/O端口以及12位高精度模数转换模块ADC12等。较小的封装和极低的功耗使其可以理想地与MC13192 结合，作为基于ZigBee 技术的无线传感器网络节点。

　　MSP430F449和MC13192 通过SPI 总线连接。MSP430F449的SPI 接口工作在主机模式，是数据传输的控制方;MSP430F449设为从机模式。MSP430F449通过4 线SPI接口对MC13192 的内部寄存器进行读写操作，从而完成对MC13192 的控制以及数据通信。

　　电力线调制解调器

　　力合微电子具有电力线通信与控制基于多载波快速跳频的专利技术，专门针对国内电网环境而设计，具有较好的抗干扰性能，实现电力线可靠数据传输与控制。其专用芯片LME2200使用灵活、方便，为各种电力线通信与控制应用提供了一款优化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，调制解调器的硬件框图如图3所示。

　　该电路由信号发送电路、信号接收电路和过零检测电路等组成，基本电路如图4所示。

　　从图4可以看出，发送电路由一个低通滤波器和一个功放构成。低通滤波器的作用是滤除高频信号成分并平滑DAC输出信号的波形，功率放大器(PA)的输出通过一个耦合变压器连接到电力线上，滤波器的带宽由使用的载波频率所决定。对功率放大器的要求是经过变压器后在2～100欧姆的阻抗下获得1-2Vrms的信号电平。另外，LME2200C支持半双工工作模式。当发送时(TX_BUSY低电平)用于打开功放，而在接收时(TX_BUSY为高电平)关闭功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，经耦合变压器获得的信号送片内放大器放大，然后经片外带通滤波器后送芯片RXIN输入端，由片内接收机完成数据包的接收。过零检测电路输出一个方波信号,它的上升沿在工频信号的过零处，此信号被用作LME2200C的SYNC同步输入，并作为收发同步的基准。