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標題: ZigBee智能家居無線數據傳輸的模塊設計 [打印本頁]

作者: qib 時間: 2011-8-26 09:42 標題: ZigBee智能家居無線數據傳輸的模塊設計

ZigBee技術是一種最新興起的功耗較低、數據傳輸速率低、傳輸距離短、低成本、復雜度低的無線網絡技術，IEEE80211514是它的基礎標準，這是IEEE無線個人區域網PAN（PersonalAreaNetwork）工作組的一項標準。伴隨著MEMS技術和無線通訊技術、傳感器技術的飛速發展，無線傳感器網絡在工業控制、軍事生產、生活、醫療、教育科研中有了更廣泛的應用。為此，論述了在智能家居中一種架構于CC2430芯片基礎上面的無線數據傳輸模塊的設計方法。

1、ZigBee技術及其優勢

ZigBee技術是一種新興的無線網絡技術，具備了IEEE80211514強有力的無線物理層所規定的全部優點：省電、簡單、成本又低的規格；并增加了邏輯網絡層、網絡安全層和應用層。ZigBee的主要應用領域包括無線數據采集、無線工業控制、消費性電子設備、汽車自動化、家庭和樓宇自動化、醫用設備控制、遠程網絡控制等場合，其技術的主要優點：①數據傳輸速率低；②功耗低；③通信可靠性高；④時延短；⑤網絡容量大；⑥數據的安全性高。

由于無線傳感器網絡本身要求節點密集、節能、方便路由等技術特點，可以看出應用ZigBee技術作無線傳感器網絡節點的無線通訊是可行的。

2、CC2430芯片簡介

CC2430是芯片巨人TI公司收購無線單片機公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無線單片機系列芯片。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構，在CC2420的基礎上綁定了ZigBee協議棧，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM和其他一些功能，適用于IEEE80211514和ZigBee應用。在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA.CC2430芯片的主要特點如下：

①較寬的電壓范圍（210～316V）；

②優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅019μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統；在待機模式時少于016μA的流耗，外部中斷能喚醒系統；硬件支持CSMA/CA功能；

③4種可編程功耗模式；可編程的看門狗定時器；上電復位功能；支持硬件調試功能；

④8KB的SRAM,其中4KB可在所有功耗模式下保持數據；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；

⑤32MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE80211514標準214GHz頻段的RF無線電收發機；

⑥集成了14位模數轉換的ADC;集成AES安全協處理器；帶有2個強大的、支持幾組協議的USART,以及1個符合IEEE80211514規范的MAC計時器，1個常規的16位計時器和2個8位計時器。

3、總體硬件設計

智能家居安防中的紅外檢測設計與實現主要要求檢測屋里是否有人入侵，無論是潛伏里面的或是剛進入的，能把報警信息反饋到主人跟物管處，方便主人無論是白天或晚上外出，能知道家里情況。
檢測只能在屋里進行，排除屋外的檢測，造成報警干擾。故檢測部分選用紅外，其優點為：
①探測器只響應紅外線，故白天、黑夜均可以工作；

②能鑒別出運動的生物與其他非生物；

③能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號；

④遇障礙物通訊中斷。

其中無線傳感器網絡的節點通常由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊構成。處理器模塊和無線通信模塊采用CC2430芯片，大大地簡化了射頻電路的設計。

傳感器模塊采用集成紅外線探測傳感器PD632和微功率運算放大器HT9274集成電路。電源模塊采用兩節115V的5號電池供電。在設計中CC2430的引腳P115用于SCK,P111用于DATA輸入，P112用于數據傳送時亮燈顯示。

4、程序設計

系統的軟件架構由數據采集端軟件和數據接收端的軟件組成，都包含有發射程序和接收程序。其中都含有初始化的程序。其中初始化的程序主要是對單片機射頻芯片SPI等進行初始化設置；發射程序將打包的數據包通過單片機的SPI接口送至射頻發生模塊輸出；接收程序完成終端采集數據的接收并做出相應的處理。其中數據采集軟件流程圖如圖1所示。在數據采集和數據傳輸過程中，MCU微控制器首先初始化管理跟信道的選擇，低功耗定時器運行準備接收信號，等待傳感器請求信號，假如請求合法，則初始化采集數據，采集完畢后通過CC2430發送，完成數據采集功能。

5、結語

在總結歸納對芯片CC2430已有研究設計的基礎上，闡述了基于CC2430的無線傳感器網絡節點硬件和軟件的設計與實現。經實驗測試，節點能夠采集紅外的檢測數據并將采集的數據傳回主機，實現智能家居中的紅外報警信號的收發。本文的研究為進一步的安防系統設計提供了一種設計方案。

通過努力，一個功能更加完善，并且基于ZigBee技術的智能家居安防系統將會得到應用。
來源：RFID世界網

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