基于CC2430的Zigbee无线数传模块设计

适用于各种ZigBee或类似Z igBee的无线网络节点， 包括调谐器、路由器和终端设备。CC2430芯片延用了以往CC2420 芯片的结构， 在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它使用1个8位微处理器， 具有32/64 /128Kb可编程闪存和8Kb的RAM， 还包含模/数转换器、定时器、AES- 128安全协处理器、看门狗定时器、32KH z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的连接主要考虑复位电路、晶振、天线和必要的阻抗元件设计。

　　射频部分主要由功率放大器( PA )和低噪声放大器( LNA )组成。在发送数据的过程中加入功率放大器， 因为功率放大器的发射功率可达到20多dBm， 将会大大提高传输距离。同样接收时加入低噪声放大器， 因为低噪声放大器的增益可达13db左右， 将会提高传输数据的可靠性和准确性。接插件的设计主要是为了方便模块的替换。天线的设计也是很重要的， 由于2. 4GHz的无线电波属微波频段中的低频段， 沿直线传播。在短距离无线通信技术应用中， 对通信距离非常敏感。决定通信距离的因素有两个: 系统的动态范围和电磁波的传播损耗。

　　应该注意的是使用天线时， 天线与CC2430的射频收发器必须相匹配， 否则此无线数传系统的传输距离很近。测试底板主要是为了测试和调试， 包括USB转UART 、电源、指示灯， 调试串口等部分。

　　一方面实现从计算机的U SB 串口接到调试串口上并通过USB 转UART， 从而与上位机连接， 实现对无线数传模块进行调试; 另一方面可以对上面的无线数传模块供电。图2为无线数传模块的结构框图。

图2 无线数传模块的结构框图。

　　4. 2 软件设计

　　无线数传模块与上位机的串口通讯程序是用微软公司的开发工具M icroso ft V isual Studio 2005来开发的， 主要采用VB来开发， 对模块的配置和数据通信进行了设置和读取。根据数据通信协议， 设计和开发了基于VB 的上位机测试配置软件。建立并试验了无线传感器网络的实验， 利用软件对模块数据通信做了实际测试， 并实际测试了其通信距离(可达2Km)和稳定性， 实现了无线传感器网络的数据通信功能， 同时对测试结果进行了分析。以下是用Ag ilent和TEK 频谱分析仪测试的频谱如图3- 图4所示。

　　图4是在发射功率为20. 08 dBm 下的测试图，其中EVM ( 矢量幅度误差) ( RMS 有效值) 为7. 39% ， EVM ( Peak峰值)为16. 11%。

图3 安捷伦公司频谱分析仪上的测试图。

　　该测试结果证明: 在保证数据可以通信80%以上的时候， 传输距离大部分都可以达到2Km 以上，并且各个无线路由器节点的路由功能也正常。根据理论计算， 在没有建筑物和其它东西遮挡的情况下，覆盖范围可达几十平方公里以上。

图4 泰克公司频谱分析仪上的测试图。

　　5 结束语

　　总而言之， 该无线数传模块选择了TI的SOC芯片， 该芯片的内部设计和外围接口不但降低了设计的复杂程度， 而且给调试带来很大的方便; 又工作于2. 4GHz的全球免费、免申请频段， 便于推广到各个应用和各个地方; 加上光纤传感器的优点， 与其结合， 将来一定可以可靠的应用到各个领域。

　　从软件方面考虑， 可以灵活控制外设的工作模式， 比较容易控制自身的功耗。串口芯片的使用大大降低了系统中接口设计的复杂性， 实现了数据与主机的快速通信， 也使系统的调试过程大大减化。