基于CC2530无线传感网络系统的设计

摘要：提出一种基于ZigBee协议的用于测量温度的无线传感器网络方案，方案中使用CC2530无线芯片和温度传感器DS18820搭建了一个基于ZigBee协议栈的无线传感器网络。该网络由一个协调器充当中心节点和若干个终端节点一起，构成一个星型网络，给出了传感器节点、协调器节点的硬件设计原理图及软件流程图。实验证明节点性能良好、通信可靠，通信距离明显增大。
关键字：无线传感网络：ZigBee；CC2530；DS18B20

0 引言
无线传感器网络就是由安放在监测区域内大量廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个自组织网络，该网络应用前景广阔。Z igBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，可用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

1 系统硬件组成与设计
本文设计的无线温度传感网络是由若干个ZigBee终端节点和一个ZigBee中心节点(协调器)组成，搭建成一个星型无线传感器网络，由终端节点上的温度传感器采集环境温度信息，协调器中心节点将接收到的信息及时反馈到计算机上，整体网络结构如图1所示。

1．1 微处理器和温度传感器
CC2530单片机是一款完全兼容8051内核，同时支持IEEE 802．15．4协议的2．4 GHz无线射频单片机。最大拥有256 KB的可编程FLASH容量，12个10位精度的A／D转换通道，21个双向的I／O端口，该款单片机能满足Z-Stack运行内存容量的要求。本文选用DS18B20作为温度传感器，能提供9位温度读数、设置温度上下限报警值。
1．2 终端节点硬件组成
无线传感网络节点是一个微型化的嵌入式系统，构成无线传感网络的基础支持平台。本文设计的无线传感网络终端节点硬件组成如图1所示，主要由CC2530F256片上系统收发射模块，电源模块，下载接口模块(同时兼顾仿真接口)，传感器模块，发光二极管显示模块和独立
按键模块等组成。
电源模块由自锁开关、外部电池接口插针、输出电压为3．3 V的AMS1117稳压芯片、若干阻容元件组成。本文的调试系统终端节点选用3．6 V大容量充电电池，程序下载为JTAG接口。
传感器模块为三位插座接口，分别连接温度传感器电源、数据和接地管脚。数据接口和电源接口直接连接一个5 kΩ的上拉电阻。因为本传感器终端采用传感器直接插入方式，线路短，上拉电阻可不用接，如果要测量监控环境恶劣，可用长导线连接传感器和终端模块，使发射模块处于较良好稳定的工作环境，使处理器正常工作、延长芯片寿命，此时要接上上拉电阻。
发光二极管显示模块由发光二极管和分压电阻组成，用于显示程序的运行状态。
独立按键模块，为四角按键，模块带上拉电阻，按键与发射模块灵活连接。本终端模块中包含两路独立按键电路，一路用于复位，一路用于程序调试。
1．3 协调器节点的硬件组成
本文设计的无线传感网络协调器节点硬件组成如图2所示，主要由CC2530发射系统、电源、下载接口、LCD液晶屏显示、发光二极管显示、独立按键五向导航和RS 232串口等模块等组成。

协调器的电源模块与终端节点的基本相同，但因协调器要根据需要不停地查询网络中的信息，因此要外接稳定的电源，在终端的电源模块基础上增加了外部稳压源接口。协调器的下载接口、发光二极管显示和独立按键等模块原理图与终端节点一样，只是LED灯为4只，独立按键增加了3只。
LCD液晶模块，为128x64点阵的液晶，数据传输模式采用SPI总线传输。
RS 232串口模块是连接单片机与计算机的通信接口，把协调器从终端节点返回的传感器ID、实时温度、温度阈值等信息传输到计算机，由上位机监控软件显示、分析、存储。
五向导航按键采用A／D读取模式，有上下左右中间五个方向的键值，原理图如图3所示。