基于CC2430的城市车辆限行系统研究

2 硬件设计

系统硬件结构中主要包括射频收发芯片CC2430、以太网控制器RTL8019AS、存储芯片、网络隔离变压器。CC2430芯片在发送端自动完成对数据信号的打包、编码、调制，转换为RP、信号后通过后端输入／输出匹配电路送入天线，完成信号发送。接收端将从天线接收到的有用信号通过CC2430解调、拆包，并进行CRC校验，最终存储数据。CC2430芯片内部的8051单片机，控制以太网控制器RTL8019AS进行数据的发送，用到的主要芯片有RTL8019AS，CSl93C46(64×16 b的E2PROM)，74HC573(8位锁存)，62256(32KBRAM)。为分配好地址空间，采用CSI93C46进行读(或写)操作来设置RTL8019AS端口的I／O基地址和以太网物理地址。8051作为中央处理器，可控制射频芯片休眠或者将其唤醒，进行数据的收发。8051的两个外部中断输入端分别接开关K1和K2。开关K1的功能在于使用外部中断退出单片机的掉电模式，开关K2的功能在于实现单片机内部的数据发送控制。8051单片机作为中央处理器不仅需要控制无线信号收发，同时还要对以太网控制器进行控制，在软件设计中需要判别车牌信息是否为本市车辆，对数据进行存储，按照时钟定时发送或者接收交控中心发出的控制信号进行数据发送操作；射频收发芯片主要作为该系统的发送、接收设备，它用来实现车辆信息的给定，主要作用在于它可以实现电子标签和采集单元的数据交互；RTIL8019AS芯片，主要作用是实现单片机和远程PC通过以太网实现相互通信，将8051的串行口改为能介入以太网的RJ 45接口，数据传输遵循标准TCP／IP协议。

2．1 电子标签＆阅读器

CC2430是真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案，能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2．4 GHzISM波段应用对低成本、低功耗的要求。它结合了高性能的2．4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和1颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430在单个片上集成了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器，使用1个8位MCU(8051)，具有32 KB／64 KB／128 KB的编程闪存和8 KB的RAM，还包含模／数转换器(ADC)、定时器(Timer)、AES-128安全协处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。CC2430的8051内核的目标代码兼容标准8051微处理器，可以使用标准8051的汇编器和编译器进行软件开发。其21个可编程I／O引脚均可以通过软件设定1组SFR寄存器的位和字节，使这些引脚作为通常的I／O口或者作为接ADC、定时器或USART部件的外围设备I／O口使用。

CC2430电路连接图如图3所示。电路选用CC2430芯片作为电子标签以及采集单元内阅读器的核心部件。选用1个32．768 kHz的石英谐振器和2个电容组成32．768 kHz的晶振电路；选用1个32 MHz的石英谐振器和2个电容组成32 MHz的晶振电路(具体晶振电路图省略)。电压调节器可为所有要求1．8V电压的内部电源供电，电容是用来作为电源滤波的去耦合电容，以提高芯片工作的稳定性。电路中J2是I／O引脚JTAG仿真器接口。J1是CC2430芯片扩展输出口，在扩展输出口上主要预留了SPI口和整个P0 I／O口。设计了2个发光二极管指示灯，作为电路调试指示灯。使用1个非平衡天线，为了使天线性能更好，在天线与CC2430之间连接了1个非平衡变压器。非平衡变压器由电容和三个电感以及1个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入／输出匹配电阻(50 Ω)的要求。

在电子标签中，由微控制芯片8051对CC2430进行控制，并通过SPI口将所要发送的数据送入CC2430，CC2430自动完成对数据信号的打包、编码、调制，转换为RF信号后通过后端输入／输出匹配电路送入天线，完成信号发送。采集单元阅读器中数据接收将从天线接收到的有用信号通过CC2430解调、拆包，并进行CRC校验，然后送入微控制器芯片进行处理，通过RS 232转换芯片进行输出。经过上述过程，进行数据的收发，RF收发器设计原理图如图4所示，虚线部分为阅读器部分，通过RS 232串口送至以太网控制器。

2．2 以太网控制器

以太网数据传输部分，选用Realtek公司的RTL8019AD以太网控制器，性能优良、价格低廉，在市场上占有相当大的比例。其主要性能如下：

(1)符合EthernetⅡ与IEEE 802．3(10Base5，10Base2，10BaseT)标准；
(2)全双工，收发可同时达到10 Mb／s的速率；
(3)内置16 KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；
(4)支持8／16位数据总线，8个中断申请线以及16个基地址选择；
(5)支持UTP，AUI，BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；
(6)允许4个诊断LED脚可编程输出；
(7)100脚的PQFP封装，缩小了PCB尺寸。

图5给出了8051单片机控制RTL8019AS的接口电路，实现与以太网通信，网络接口采用UTP RJ 45接口。用到的主要芯片有RTL8019AS，CSI93C46(64×16 b的E2PROM)，74HC573(8位锁存器)，62 256(32 KB的RAM)。

为分配好地址空间，采用对CSI93C46进行读(或写)操作来设置RTL8019AS的端口I／O基地址和以太网物理地址。CSI93C46是采用4线SPI串行接口的Serial E2PROM，容量为1 Kb，主要保存RTL8019AS的配置信息。

RTL8019AS通过控制CSI93C46的CS，SK，DI引脚，通过ESDO接收CSI-93C46的DO引脚的状态。RTL8019AS复位后读取CSI93C46的内容并设置内部寄存器的值，如果CSI93C46中内容不正确，就无法正常工作。先通过编程器把配置好的数据写入CSI93C46，再焊入电路。

采用10BaseT布线标注通过双绞线进行以太网通信，而RTL8019AS内置了10BaseT收发器，所以网络接口的电路比较简单。外接一个隔离LPF滤波器0132，TPIN+／-为接收线，TPOUT+／-为发送线，经隔离后分别与RJ 45接口的RX+／-，TX+／-端相连。