無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之硬件設(shè)計(jì)

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之硬件設(shè)計(jì)當(dāng)然代表性的是ChipconAS公司推出的CC2430、CC2431芯片，它們提供了簡單方便的ZigBee/IEEE802.15.4低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案，為節(jié)點(diǎn)平臺(tái)的微型化提供了可能。

CC2430芯片在以往CC2420射頻芯片的根底上整合了微處理器，存儲(chǔ)單元以及ZigBee射頻（RF）前端。這樣在使用極少外圍器件的情況下就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)方案。處理器采用了8位的8051處理器，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，還具有多種內(nèi)部資源，如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、看門狗等，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)更為方便。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流為27mA。在接收和發(fā)射模式下，電流分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的時(shí)間極短的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

CC2431是在CC2430以及摩托羅拉基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線電定位解決方案的根底上，集成在單一硅芯片上的系統(tǒng)解決方案，不僅具有CC2430的相關(guān)特點(diǎn)還具有硬件定位的功能。

圖10為CC2431的功能模塊圖。

圖10

CC2431的設(shè)計(jì)結(jié)合了8KB的RAM及強(qiáng)大的外圍模塊，并有3種不同的版本。它們根據(jù)不同的閃存空間32KB、64KB和128KB來優(yōu)化復(fù)雜度與成本。CC2431的尺寸只有7mm×7mm的48腳封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的0.18μmCMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。針對(duì)協(xié)議棧、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件執(zhí)行時(shí)對(duì)MCU處理能力的要求，CC2431包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘為32MHz。CC2431還包含一個(gè)DMA控制器，可以減少8051微控制器內(nèi)核對(duì)數(shù)據(jù)的傳送操作，因此提高了芯片整體的性能。在CC24318KB靜態(tài)RAM中的4KB是超低功耗SRAM。32KB、64KB或128KB的片內(nèi)Flash塊提供在線可編程非易失性存儲(chǔ)器。CC2431集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作，以及用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)，具有4個(gè)定時(shí)器。此外，還集成了實(shí)時(shí)時(shí)鐘、上電復(fù)位、8通道8～14位ADC等其他外設(shè)，并帶有定位跟蹤引擎。

圖11為CC2431的典型接線圖，他的外圍電路很少，只需設(shè)計(jì)晶振電路和天線電路即可。

圖11

2.3.3串口通信模塊

為了方便監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?，需要串口來連接計(jì)算幾，讀取節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)。連接串口到CC2431，必須加max232開展電平轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)中因?yàn)槭莝ink節(jié)點(diǎn)故只需一路輸入輸出，用P1-6連接T2IN，P1-7連接R2OUT。VDD需要接電源并用C1，C2接地。如圖12

圖12

2.3.4仿真器接口設(shè)計(jì)

JTAG口設(shè)計(jì)必須符合電路引腳要求，否則無法連接。JTAG口設(shè)計(jì)方便燒寫和調(diào)試程序，接口電路如圖13所示，可根據(jù)后續(xù)需要改良。

圖13

圖14

晶振電路設(shè)計(jì)：采用兩個(gè)石英諧振器和4個(gè)電容分別構(gòu)成1個(gè)32MHZ的晶振電路和一個(gè)32.768的晶振電路，如圖15所示，R221R261為偏置電阻，其中R221為32MHZ晶振設(shè)置精細(xì)偏置電流。

圖15

3小結(jié)

本文根據(jù)無線傳感器的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際，設(shè)計(jì)出了一款無線傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)方案。選用CC2431處理器作為系統(tǒng)的微處理