基于ZigBee与51内核的射频无线传感器网络节点设计方案

0 引 言

　　近年来，无线传感器网络技术得到了飞速发展，由于2.4 GHz 通信频段免费、开放等特性，各种基于该频段的通信协议，如Wi-Fi、蓝牙等技术已相当成熟，并得到了广泛应用。ZigBee 是一种基于IEEE802.15.4 标准的低功耗个域网协议，该协议基于2.4 GHz 频段，是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术，近年来广泛应用于各种射频通信领域，如区域定位、视距数据传输、物联网标签、车用无线电子设备等。

　　以Chipcon 公司基于ZigBee 协议的系列产品为代表的SOC（片上系统）也日趋成熟。因此，方案设计了一个成本低廉、性能稳定、功能齐全的开发系统一直是相关研究的一个重要组成。本文将提出一种基于ZigBee 与51 内核的射频无线传感器网络节点硬件设计方案。该设计方案围绕Chipcon 公司的CC2430芯片，该芯片满足ZigBee 协议的物理层要求，并集成了一个51 内核的MCU，价格低廉，具备很好的开发潜力。设计方案采用了模块化设计方法，能够应用于各种基于ZigBee 协议的软硬件开发。本方案将详细介绍其各模块的原理与设计方法。

　　1 系统总体框架

　　该系统总体上分为两个部分：第一部分是控制器与射频模块部分；第二部分是外围扩展电路部分。具体的系统框架图如图1 所示。

　　2 控制器与射频模块设计方案

　　主控电路是整个系统的核心，它负责整个节点的全面调度与控制。考虑到设备运行维护的便利性、系统的集成性等特点，主控电路除具备数据的处理能力外，还能够存储一定量的数据。本设计采用了基于ZigBee 技术的射频芯片CC2430为核心。该器件集成了51 内核的MCU 控制器与RF 收发器，因此控制器模块与射频模块部分采用了整体设计模式。同时，片上还具备FLASH 存储器，能方便地存储数据。该器件体积小，性能稳定，运算速度快，可扩展性能好，能较好满足本设计的各种需要。

　　2.1 CC2430 控制器电路配置

　　在本设计中，主控单元承担外围器件扩展与控制、A/D转换、数据传输等功能。CC2430 属于高度集成的SOC 系统，其I/O 口设计紧凑，并具备复用功能，因此，在设计中需要尽量节约I/O 口的使用，必要时可对其进行扩展。同时，设计还应具备在线下载与调试功能，以方便工程应用的需要。

　　2.1.1 I/O口配置

　　CC2430 具有21 个数字I/O 口引脚，即P0、P1、P2.它们均是8 位I/O 口。每个口都可以单独设置为通用I/O 或外部设备I/O.除了两个高输出口P1_0 和P1_1 之外，其余均用于输出。本设计相关I/O 口通过插接件形式进行预留，以方便不同场合使用及扩展，具体如图2 所示。

　　2.1.2 调试接口

　　本设计CC2430 具备在线调试与下载功能，可根据需要进行自由配置。图3 所示是CC2430 调试接口图，该接口通过调试接口引脚P2.2 与P2.1 组成，它们分别用作调试时钟与调试数据信号引脚。