LPC1227的远距离ZigBee无线网关设计

摘要：介绍了一种基于GPRS和远距离ZigBee无线通信技术的网关节点的软硬件设计方法与实现方案。网关采用基于Cortex-M0内核的LPC1227微控制器，结合GSM模块、ZigBee芯片和2．4 GHz无线功率放大芯片，实现了GPRS网络、以太网和无线传感网络的互联。为测试网关功能，搭建了针对路灯节能、监控应用的上位机测试系统。测试表明，网关工作稳定，能够满足低成本、高实时性的要求。
关键词：无线网关；LPC1227；CC2530；CC2591；EM310

引言
物联网被称为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。它代表了下一代信息发展技术，被世界各国当作应对国际金融危机、振兴经济的重点技术领域。
物联网分为感知层、网络层、应用层，而无线网关节点则是实现感知层与网络层数据交互的桥梁，在物联网中具有特殊的地位。网关负责网络间的协议解析，不同网络类型的网络路由，网络数据的汇聚、存储、处理、转发等功能，成为物联网感知层与网络层不可缺少的纽带。因此设计出成本低、效率高、运行稳定的网关对物联网的推广有着重要的现实意义。

1 系统方案
本文设计的网关主要由高速微控制器LPC1227、ZigBee射频收发模块、GSM通信模块EM310、AC—DC电源模块等组成。网关的系统结构如图1所示。

为了满足网关低成本、高实时性的要求，网关的MCU采用基于Cortex-M0内核的LPC1227微控制器，该微控制器由NXP半导体公司设计，于2011年2月投入市场。微控制器可在高达45 MHz的CPU频率下运行，包含128 KB片内Flash存储器和8 KB数据存储器。512字节Flash擦除扇区带来了多种设计上的好处，同时该芯片有两个具备内部FIFO的UART。网关系统软件不采用任何嵌入式操作系统，利用最小的软件负载实现高实时性。
网关的ZigBee芯片采用TI公司的CC2530芯片，相对于当前使用较多的CC2430芯片，CC2530芯片的性价比更高。两种芯片的主要参数对比如表1所列。

网关中扩展了配合CC2530芯片的射频前端芯片CC2591。CC2591是TI公司推出的工作频率为2．4GHz，面向低功耗与低电压无线应用，集成度很高的射频前端芯片。CC2591集成了可将输出功率提高+22 dBm的功率放大器以及可将接收机灵敏度提高+6 dBm的低噪声放大器，从而扩大了ZigBee无线网络的覆盖范围。
网关采用华为公司设计的EM310 GSM模块，该模块具备内置的TCP／IP协议栈，方便实现ZigBee无线传感网和以太网的数据交互。