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1、E l e c t r o n i c C o m p o n e n t&D e v i c e A p p l i c a t i o n sV o l.1 0N o.4A p r.2 0 0 8第1 0卷第4期2 0 0 8年4月2 0 0 8.4 w w w.e c d a.c n0引言现在,无线通信技术已经成为人们日益关注的问题之一。Z i g B e e采用I E E E 8 0 2.1 5.4标准,利用全球共用的2.4G H z公共频率进行无线测量和系统监控,而且具有明显的低成本、低功耗、网络节点多、传输距离远等优势。目前,Z i g B e e技术已被视为替代有线监视和控制网络
2、领域最有前景的技术之一。为此,本文论述了一种基于C C 2 4 3 0芯片的无线数据传输模块的设计方法。1 Z i g B e e简介Z i g B e e是一种基于I E E E 8 0 2.1 5.4标准的短距离、低速率无线网络技术.该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用,主要用于无线传感器网络和测量控制方面。国际上,I E E E 8 0 2.1 5.4工作组及Z i g B e e联盟共同致力于该无线连接技术的推广工作,其中,I E E E 8 0 2.1 5.4工作组主要负责制定Z i g B e e物理层及M A C层协议,其余协议主要参照
3、和采用现有标准,以便于今后不同厂商设备的互联互通;Z i g B e e联盟则负责高层应用及市场推广工作。于2 0 0 2年成立的Z i g B e e联盟如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司加入。此外,F r e e s c a l e、T I等国际巨头也都已推出了比较成熟的Z i g B e e开发平台。Z i g B e e标准是基于8 0 2.1 5.4协议栈而建立的,它具备了强大的设备联网功能,并支持三种主要的自组织无线网络类型,即星型结构、网状结构(M e s h)和簇状结构(C l u s t e r t r e e),其中网状结构具有很强的网络健壮性和系统可靠性。Z i
4、g B e e协议比蓝牙、G S M、Wi-F i更加简单实用,表1列出了Z i g B e e同其它无线网络的比较。2总体设计为了进行模块化的设计,本文采用了基于通用异步收发模式(U A R T)接口的设计,以便方便的通过此接口将S T I M(智能传感器接口模块)和该无线模块连接在一起,从而发送用户的数据。为了能够方便在线调试,并测试串口的数据,本系统设计分为两个部分:一是C C 2 4 3 0部分,该部分采用四层板小型化设计,上面只有C C 2 4 3 0芯片和部分外围器件;另一部分是测试底板,该板采用两层板设计,包含U S B与U A R T接口、指示灯、复位和调试接口等。这样的设计既
5、可以从U S B接口截取电源,还可以使计算机调试U A R T更加方便,同时还可以简化射频板的设计,使射频板部分可以更加通用。图1所示是测试底板的电路原理图,系统中收稿日期:2 0 0 7-0 9-2 0基于C C 2 4 3 0 的Z i g B e e 无线数传模块的设计和实现尹应鹏1,2,李平舟1,郭志华1(1.西安电子科技大学,陕西西安7 1 0 0 7 5;2.南阳理工学院,河南南阳4 7 3 0 0 4)摘要:Z i g B e e技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术,适合于自动控制和远程测量控制领域。文中对Z i g B e e进行了简单介绍,同时
6、介绍了C C 2 4 3 0芯片的主要特性,举例说明了基于该芯片设计的一种无线数传模块的设计方法。关键词:Z i g B e e;C C 2 4 3 0;U A R T;2.4 G H z;无线数传模块1 8V o l.1 0N o.4A p r.2 0 0 8第1 0卷第4期2 0 0 8年4月w w w.e c d a.c n 2 0 0 8.4C C 2 4 3 0的应用电路原理图如图2所示。3 C C 2 4 3 0芯片简介C C 2 4 3 0/C C 2 4 3 1是芯片巨人T I公司收购无线单片机公司C H I P C O N后推出的全新概念新一代Z i g B e e无线单片机
7、系列芯片。C C 2 4 3 0是一款真正符合I E E E 8 0 2.1 5.4标准的片上S O CZ i g B e e产品。C C 2 4 3 0除了包括R F收发器外,还集成了加强型8 0 5 1 M C U、3 2/6 4/1 2 8K B的F l a s h内存、8K B的R A M、以及A D C、D M A、看门狗等。C C 2 4 3 0可工作在2.4 G H z频段,采用低电压(2.0 3.6 V)供电且功耗很低(接收数据时为2 7 m A,发送数据时为2 5 m A),其灵敏度高达-9 1 d B m、最大输出为+0.6 d B m、最大传送速率为2 5 0 k b p
8、 s。C C 2 4 3 0的外围元件数目很少,它使用一个非平衡天线来连接非平衡变压器,以使天线性能更加出色。电路中的非平衡变压器由电容C 3 0 9、C 3 1 1和电感L 3 0 1、L 3 0 2、L 3 0 3组成,整个结构可满足R F输入/输出匹配电阻(5 0)的要求。内部T/R交换电路用于完成L N A和P A之间的交换。R 2 0 0、R 2 0 1为偏置电阻,其中R 2 0 0主要用于为3 2 M H z的晶体振荡器提供合适的工作电流,通过R 2 0 1可为芯片内部射频部分提供精密电流参考源。选用一只3 2M H z的石英谐振器和两只电容(C 2 1 0、C 2 1 1)可以构
9、成3 2 M H z晶体振荡器电路。芯片内部的电压稳压器可为所有1.8 V电压的引脚表1 Z i g B e e与其它无线通信技术的比较名称标准G P R S/G S MWi-F i 8 0 2.1 1 b蓝牙8 0 2.1 5.1Z i g B e e 8 0 2.1 5.4主要应用宽广地区的音频和数据网络,E m a i l,视频替代有线电缆监控系统资源 1 6 M B y t e 1 M B y t e s 2 5 0 K B y t e s4 K b y t e s 1 2 8 K b y t e s电池寿命(天)1 70.5 51 71 0 0 1 0 0 0网络规模13 28容量很
10、大,6 5 5 3 6带宽(k B/S)6 4 1 2 8 1 1 0 0 07 2 02 0 2 5 0传输距离(米)远距离 1 0 0 01 1 0 01 1 01 1 0 0 0技术优点覆盖范围广,适合远距离传输数据速率大、灵活性强成本低、使用方便功耗低、成本低、网络容量大,网络安全性高图1测试底板原理图新特器件应用1 9E l e c t r o n i c C o m p o n e n t&D e v i c e A p p l i c a t i o n sV o l.1 0N o.4A p r.2 0 0 8第1 0卷第4期2 0 0 8年4月2 0 0 8.4 w w w.e
11、 c d a.c n和内部电源供电,C 2 1 4、C 2 0 9、C 2 0 0等为去耦电容,主要用于电源滤波,以提高芯片的工作稳定性。C C 2 4 3 0芯片的主要特点如下:内含高性能和低功耗的8 0 5 1微控制器核;集成有符合I E E E 8 0 2.1 5.4标准的2.4 G H z的R F无线电收发机;图2 C C 2 4 3 0应用电路图2 0V o l.1 0N o.4A p r.2 0 0 8第1 0卷第4期2 0 0 8年4月w w w.e c d a.c n 2 0 0 8.4(1)在A D S 1 2 5 8附近将其模拟地和数字地连接在一起,否则A D S 1 2
12、5 8无法正常工作;(2)A D S 1 2 5 8的通用I/O口默认为输入状态,当不使用时,应给I/O口一个确定的电平或者将其配置为输出;(3)使 用S P I通 讯 时,必 须 注 意 单 片 机 与A D S 1 2 5 8的S C L K端极性,配置单片机的S P I模块应保证两者的极性一致;(4)在A D转换过程中,为了得到稳定的转换结果,要注意开关切换时延的设置。5结束语A D S 1 2 5 8是美国德州仪器(T I)公司生产的高性能、高精度混合信号C M O S集成电路器件。它不仅分辨率高,而且接口方便,应用灵活。在本次数据采集系统的设计中,A D S 1 2 5 8使用外部时
13、钟和外部参考电压,经调理电路后,该A D可以转换 1 5 V之间的信号,其测量误差仅1 0 m V。因此,基于A D S 1 2 5 8的数据采集系统可用于较高精度的场合。图3与A D操作有关的软件流程图具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰能力。休眠模式时仅0.9 A的流耗,可用外部中断或R T C唤醒系统;待机模式时的电流消耗少于0.6 A,也可以用外部中断唤醒系统;硬件支持C S M A/C A功能;具有较宽的电压范围(2.0 3.6 V);具有数字化的R S S I/L Q I支持和强大的D M A功能;具有电池监测和温度感测功能;内部集成有1 4位模数转换的A D C;集成有A E
14、S安全协处理器;带有2个可支持几组协议的U S A R T,以及1个符合I E E E8 0 2.1 5.4规范的M A C计时器,同时带有1个常规1 6位计时器和2个8位计时器。具有强大和灵活的开发工具。4程序设计限于篇幅,这里对于软件的设计只做简短的介绍。作者购买的是T I公司的C C 2 4 3 0开发套件,其中包括调试板和软件。现在,T I已经免费提供原来昂贵的Z i g B e e协议栈,并且会有不断的更新和完善。此外,该套件还有一些实用的例子,利用它们可以降低开发的复杂度,加快开发人员的开发速度。5结束语随着Z i g B e e技术的不断成熟和应用范围的不断扩展,各大半导体厂家几
15、乎都已经推出了自己的Z i g B e e芯片和开发套件。相信在未来几年,它不仅可以打开大量的新应用之门,而且还能给许多现有的应用增加新的价值。由于通过各种非常简单的Z i g B e e器件就能实现联网,因此,作为一个全球性标准,Z i g B e e技术可为将来实现无所不在的网络创造条件。可以预见Z i g b e e无线传感将切实改变人们的生活。参考文献 1 h t t p:/w w w.z i g b e e.o r g 2 王秀梅,刘乃安.2.4 G H z射频芯片C C 2 4 2 0实现Z i g B e e无线通信设计 J .国外电子元器件,2 0 0 5,(7).3 C C 2 4 3 0 Z D Ka n dC C 2 4 3 1 Z D KZ i g B e e D e v e l o p m e n t K i tP r oU s e r M a n u a l R e v.1.3 T e x a s I n s t r u m e n t s2 0 0 6-0 7-1 8.4 Z-S t a c kD e m o n s t r a t i o nQ u i c kS t a r t T e x a sI n s t r u-m e n t s.(上接第1 7页)新特器件应用2 1