基于CC2430的ZigBee无线网络节点设计

摘要：ZigBee无线网络结构简单、设计成本低廉，功耗低，并拥有简单而灵活的通信网络协议，应用非常广泛。采用集射频与微控制器于一体的片上系统CC2430作为ZigBee无线网络节点的核心器件，提出带功率放大器的ZigBee无线网络节点的系统设计方案，并给出该系统电路原理图。硬件测试结果表明，节点硬件接收灵敏度高，通信距离也较理想。
关键词：CC2430；ZigBee；无线网络；节点；功率放大器

目前GSM和3G等无线移动通信技术以及蓝牙、WiFi、Ad-hoc等无线局域网技术应用日益广泛，但其设备系统复杂，功耗较大、成本很高，不适合应用在一些低数据速率和通信范围较小的场合，如传感器网络、家庭自动化以及玩具等领域。ZigBee网络在通信过程中只需一个网络协调者，用以建立网络并管理和协调整个网络的数据传输，而无需成本高昂、体积庞大的基站。该网络协调者既是网络中的主节点，又可作为网络与其他有线或无线网络互连的网关节点。ZigBee是一种低复杂度、低功耗和低成本的低速率无线连接技术，基于ZigBee技术的无线系统的开发应用已成为研究热点。

1 ZigBee技术
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线组网通信技术。它是一种介于无线标记技术与蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它有自己的无线标准，通过数千个微小的传感器之间相互协调来实现通信。这些传感器只需很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传送到另一个传感器，所以通信效率非常高。ZigBee是一个由多达65 000个无线数传模块组成的无线数传网络平台，类似移动通信的CDMA网或GSM网。其中每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；整个ZigBee网络还可以与现有的其他各种网络连接。

2 ZigBee无线网络节点的硬件设计
2．1 硬件系统总体设计
图l为ZigBee无线网络节点的硬件系统总体框图，该系统由CC2430器件模块和无线收发模块组成。CC2430射频器件模块由CC2430器件和相关外围电路构成。虽然CC2430内部集成有无线收发器和805l内核，可以简化电路设计，在单片机和无线收发器之间不加接口电路也能通信，但通信距离有限。经测量发现，两个网络节点在空旷地面的通信距离是lO～100 m，这个距离有时不能满足应用需要。在CC2430器件与天线之间加一级接口电路即无线收发模块，用来放大接收和发送信息的功率，从而加大数据传送距离。

2．2 CC2430器件模块
CC22430器件模块的电路原理如图2所示。该模块主要包括3．3 V和1．8 V电源滤波电路、芯片晶振电路、巴伦电路和复位电路。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供，这里由内部电路提供，需外加晶体振荡器和2个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。R2和R3为偏置电阻，电阻R3主要用来为32 MHz的晶振提供合适的工作电流。用1个32 MHz的石英谐振器(X1)和2只电容(C9和C10)构成1个32 MHz的晶振电路。用1个32．768 kHz的石英谐振器(X2)和2个电容(C7和C8)构成1个32．768 kHz的晶振电路。CC2430射频信号的收发采用差分方式传送，其最佳差分负载是115+j180 Ω，阻抗匹配电路应根据该数值进行调整。设计采用50Ω单极子天线，由于CC2430的差分射频端口具有两个端口，而天线是单端口，因此需采用巴伦电路(平衡／非平衡转换电路)完成双端口到单端口的转换。巴伦电路由电感(L1、L2，L3)和电容(C15、C17、C26)构成。