一种WPAN网络设备方案

　　根据选定参数使用Agilent公司提供的免费软件Ap-pCAD，进入Passive Circuits界面选择相应模型。本设计选用Coplanar Waveguide模型，输入参数后便可计算出馈线的特性阻抗。若根据计算结果设计出的馈线实际测试情况阻抗达不到50Ω，则可以通过增加电感L2，及相应电容C1或C2来实现50Ω匹配。天线选型方面既可选用双端100Ω的差分天线，也可选用50Ω的单端天线，只要按需增建双端到单端变换的巴伦即可。使用偶板子或F型的PCB天线，优点是可以获得相对较高的增益，抗干扰能力强;片状天线体积小，但增益不高，易受干扰。

　　2 软件设计

　　软件开发环境为AVRSTUDIO+AVRGCC。这两个软件均是免费的。软件设计主要包括射频驱动、外围电路控制和ZigBee协议栈设计3个部分。基于IEEE802.15.4协议的WPAN网络中的协调器和网络节点的软件流程基本相同，只是网络协调器要承担网络建立的功能，网络节点则要承担一些控制或测量的功能。为了与其他ZigBee产品相兼容，软件设计必须严格遵守IEEE 802.15.4协议。本设计建立的网络拓扑是非超帧结构的星形网络，具体软件流程如图5所示。

　　基本过程为：网络协调器首先初始化WPAN信息数据库，建立ZigBee网络，分配网络ID号和16位网络地址，初始化邻居设备表，然后等待其他节点连接;网络节点上电后，初始化内部资源、网络节点的WPAN信息数据库，发送扫描信号请求连接，连接成功后，记录下网络ID和分配好的16位网络地址，按功能设定向协调器发送信息。因为网络节点一般为电池供电，所以在空闲时要进入休眠节能状态。外围电路控制主要是针对传感器、开关等器件的控制，可根据不同需求对软件进行相应的修改。

　　3 测试结果及总结

　　图6为第11信道2.405 GHz的调制信号输出频谱，从中可以看出最大功率所对应的频点。在空旷环境中测试，距离150 m时通信的误码率可小于1%。系统在发射状态下耗电为23.7 mA，接收时为21.78mA，休眠状态下仅为2.5μA。实验结果证明，本文设计的基于AT86RF230收发器的WPAN网络设备具有容错性高、性能优越、超低功耗、价格低廉的优点，能够满足多种场合实际需求。