基于射频芯片CC2430的ZigBee无线传感器网络节点的设计

一、引言

　　ZigBee[2]是一种基于IEEE802.15.4规范的无线技术。它具有在802.15.4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权的2.4GHz频段、以年计算的超低电池寿命、极大可伸缩的网络和星型网络拓扑（每个主设备可支持4万多个节点）等诸多优点，在国防军事、工业控制、消费性电子设备等领域有很大的发展空间[3]。

　　RF CC2430芯片[4]以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌人式机构很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案。其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线传感器网络等领域，同时也适用于ZigBee之外2. 4GHz频率的其他设备。

二、硬件设计

　　1、芯片无线收发模块内部结构

　　CC2430芯片的内部结构如图1所示。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和I/Q下变频处理后，中频信号只有2MHz，此混合I/Q信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。

图1 CC2430芯片内部结构

　　发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中，头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据TEEE 802.15.4标准，所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到2.4GHz，并经过放大后经发射天线发射出去。

　　2、系统硬件设计

　　传感器节点一般由数据采集单元、数据处理单元和数据传输单元以及电源管理单元等模块组成[5]。节点硬件结构由图2所示。微处理器ATmega128通过SPI总线和一些离散控制信号与RF收发芯片CC2430进行通信。

图2 传感器网络节点组成框图

　　CC2430外围电路如图3所示。CC2430内部使用1.8V工作电压，适合于电池供电的设备，外部数字I/O接口使用3.3V电压，这样可以保持和3.3V逻辑器件的兼容型。它在片上集成了一个自流稳压器，能够把3.3V电压转化成1.8V电压。这样对于只有3.3 V电源的设备，不需要额外的电压转换电路就能正常工作。