基于CC2430的Zigbee无线数传模块设计

1 引 言

　　随着传感器技术、DSP技术、计算机技术和芯片技术的快速发展， 无线传感器网络和短距离无线个人局域网技术得到了飞速发展。世界各大半导体公司都相继研发出了基于ZigB ee技术的SOC芯片， 使得Z igBee技术能够在很小的空间以很高的性能得以实现， 并在各方面应用中越来越体现出其优势。

　　TI的CC2430是业界首款可提供超强特性的ZigBee SoC解决方案。它将领先CC2420 RF收发器的出色性能与业界标准增强型MCU 的8kBRAM 与丰富的外设集完美结合。ZigBee技术被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大最新技术之一， 其传输距离约为70m 左右， 网路架构具备M aster /S lave属性， 并可达到双向通信共用。因此， 设计开发出一种高可靠性的无线传感器模块成为新的研究热点。

　　2 Z igBee技术简介

　　ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂性、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术， 一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术方案。主要用于近距离无线连接， 是一组IEEE 批准通过的802.15. 4无线标准开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。ZigB ee联盟还开发了安全层， 以保证这种便携设备不会意外泄露其标识， 而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。它依据IEEE802. 15. 4 标准能在上千个微小的传感器之间相互协调实现通信， 可完成数据的采集、量化、处理、融合及传输。

　　ZigBee以一个个独立的工作节点为依托， 通过无线通信组成星状、片状或网状网络。因此， 每个节点的功能并非相同， 为降低成本， 系统中大部分的节点为子节点。从组网通信上， 它只是其功能的一个子集， 成为精简功能设备。简单的控制应用， 传输的数据量较少， 对传输资源和通信资源占用不多， 可以采用非常廉价的实现方案， 在网络结构中一般作为通信终端。另外还有一些节点， 负责与所控制的子节点通信， 称之为全功能设备(也成为协调器)。需要功能相对比较强大的MCU， 一般在网络结构中用作于网络控制和管理功能， 还要完成成员身份管理、链路状态信息管理以及分组转发等任务。

　　3 无线网络的通信协议

　　完整的Z igBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigB ee 联盟制定， IEEE802. 15. 4负责物理层和链路层标准。PHY 层由射频收发器以及底层的控制模块构成。MAC 子层为高层访问物理信道提供点到点通信的服务接口。应用会聚层将主要负责把不同的应用映射到ZigB ee网络上。

　　物理层提供了媒体访问控制层与无线物理通道之间的接口， 主要完成激活/休眠无线收发设备、对当前频道进行能量检测、链路质量指示、为载波检测多址与避免碰撞( CSMA - CA )进行空闲频道*估、频道选择、数据的发送及接收等。

　　MAC子层运用CSMACA 机制来访问无线通道。其功能包括发送信标帧( beacon frames)、同步以及提供一个可靠的传输机制。

　　网络层负责拓扑结构的建立和维护、命名和绑定服务， 它们协同完成寻址、路由及安全等任务。网络层主要考虑基于adhoc技术的网络协议。

　　应用层定义了各种类型的应用业务， 是协议栈的最高层用户。应用层主要负责将不同的应用映射到ZigBee网络上， 具体包括: 安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现和业务发现等。

　　4 系统设计与实现

　　该模块根据无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成， 通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络。其发射功率可调、波特率可调以及数据响应格式可改变， 以实现更加可靠、稳定地传输数据， 同时大大降低误码率。由于ZigBee无线通信网络标准具有支持极低成本、易实现、可靠的数据传输、短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等优点， 它比较符合所设计模块的要求， 因此无线数传模块系统选用了基于ZigB ee 的通信方式。

　　测试系统总共由50个节点组成， 网络拓扑结构为网状网络。50个节点之间互相收发数据， 测试其数据通信功能、稳定性及通信距离。其总的结构框图如图1所示。

图1 系统框图1: 数据发送; 2: 数据接收

　　由结构框图知， PC机1发送的数据通过串口连接到无线数传模块， 然后通过天线将数据发送到另一个无线数传模块， 最后通过串口发送到PC 机2上。对于PC 机2也是相同的过程， 这样完成数据的收发， 其中的两个无线数传模块完全相同。

　　4. 1 硬件设计

　　该无线传输模块主要由以下几部分组成: CPU部分、射频部分和接插件、天线以及测试底板。CPU部分由CC2430 及其辅助电路组成。CC2430 芯片是Ch ipcon公司生产的首款符合ZigBee技术的2.

4GH z射频系统单芯片，