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●新特器件应用１引言随着现代科技的飞速发展，无线通信技术成为人们日益关注的问题之一。
在工业系统控制中，短距离无线通信技术应用也越来越广泛。
水阻试验是内燃机车恒功率负载试验的主要方式之一，本文论述了在对内燃机车智能化水阻试验系统数据采集部分的改进中，将原来的有线数据采集改为无线数据采集传输方式的无线模块设计。
２总体设计无线模块的基本电路图如图１所示，主要由电源、复位电路、串口连接电路和无线收发电路组成。
可实现串口数据的无线收发，即：发送数据时，ＲＳ－２３２串口数据经过ＭＡＸ２３２将电平转换为ＴＴＬ电平，再通过ＣＣ２４３０无线发送。
接收数据则是发送数据的逆过程，ＣＣ２４３０先接收到数据信号，然后经ＭＡＸ２３２将ＴＴＬ电平转换为ＲＳ－２３２的标准电平，再通过ＲＳ－２３２向上位机输入数据。
３硬件设计无线模块采用的无线收发器是ＣＣ２４３０。
ＣＣ２４３０出自挪威Ｃｈｉｐｃｏｎ公司，是一款真正符合ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准的片上ＺｉｇＢｅｅ产品。
ＣＣ２４３０采用Ｃｈｉｐｃｏｎ公司最新的ＳｍａｒｔＲＦ０３技术和０．１８μｍＣＭＯＳ工艺制造，采用７ｍｍ×７ｍｍＱＬＰ４８封装；除了包括ＲＦ收发器，还集成了加强型８０５１ＭＣＵ、３２／６４／１２８ＫＢ的Ｆｌａｓｈ内存、８ＫＢ的ＲＡＭ、ＡＤＣ、ＤＭＡ、看门狗等。
ＣＣ２４３０工作在２．４ＧＨｚ频段，采用低电压（２．０Ｖ￣３．６Ｖ）供电且功耗很低（接收数据时为２７ｍＡ，发送数据时为２５ｍＡ）、灵敏度高（－９７ｄＢｍ）、最大输出为２４ｄＢｍ、最大传送速率为２５０ｋｂ／ｓ。
ＣＣ２４３０的外围元件数目很少，它使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器使天线性能更好。
电路中的非平衡变压器由电容Ｃ１２和电感Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３以及一个ＰＣＢ微波传输线组成，整个结构满足ＲＦ输入／输出匹配电阻（５０Ω）的要求。
内部Ｔ／Ｒ交换电路完成ＬＮＡ和ＰＡ之间的交换。
Ｒ４、Ｒ５为偏置电阻，其中Ｒ４主要用于为３２ＭＨｚ的晶体振荡器提供合适的工作电流。
无线传感器网络节点硬件的模块化设计无线传感器网络节点硬件的模块化设计1CC2430芯片简介CC2430是一款工作在2.4GHz免费频段上，支持IEEE802.15.4标准的无线收发芯片。
该芯片具有很高的集成度，体积小功耗低。
单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。
CC2430拥有1个8位MCU(8051)，8KB的RAM，32KB、64KB或128KB的Flash，还包含模拟数字转换器(ADC)，4个定时器(Timer)，AESl28协处理器，看门狗定时器(Watchdog-timer)，32.768kHz晶振的休眠模式定时器，上电复位电路(Power-on-Reset)，掉电检测电(Brown-out-Detection)，以及21个可编程I/O接口。
CC2430芯片采用0.18μmCMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA;在接收和发射模式下，电流损耗分别为26.7mA和26.9mA;休眠时电流为O.5μA。
CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
2无线传感器网络系统结构整个无线传感器网络由若干采集节点、1个汇聚节点、1个中转器、1个上位机控制中心组成，系统结构如图1所示。
无线传感器网络采集节点完成数据采集、预处理和通信工作;汇聚节点负责网络的发起和维护，收集并上传数据，将中转器下发的命令通告采集节点;中转器负责上传收集到的数据并将控制中心发出的命令信息传递给汇聚节点;控制中心负责处理最终上传数据，并且可以由用户下达网络的操作命令。
采集节点和汇聚节点由CC2430作为控制核心，采集节点可采集并传递数据，汇聚节点负责收集所有采集节点采集到的数据。
中转器采用ARM处理器作为控制核心，和汇聚节点采用串口通信，以GPRS通信方式和上位机控制中心进行交互。
上位机控制中心实现人机交互，可以处理、显示上传的数据并且可以直接由客户下达网络动作执行命令。
基于CC2430的ZigBee无线数据传输模块的设计和实现现在，无线通信技术已经成为人们日益关注的问题之一。
采纳IEEE802.15.4标准，利用全球共用的2.4 GHz公共频率举行无线测量和系统监控，而且具有显然的低成本、低功耗、网络节点多、传输距离远等优势。
目前，ZigBee技术已被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。
为此，本文论述了一种基于CC2430芯片的无线数据传输模块的设计办法。
1 ZigBee简介ZigBee是一种基于IEEE802.15.0标准的短距离、低速率无线网络技术，该无线衔接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用，主要用于无线网络和测量控制方面。
国际上，IEEE802.15.4工作组及ZigBee联盟共同致力于该无线衔接技术的推广工作，其中，IEEE802.15.4工作组主要负责制定ZigBee物理层及MAC 层协议．其余协议主要参照和采纳现有标准，以便于今后不同厂商设备的互联互通；ZigBee联盟则负责高层应用及市场推广工作。
于2002年成立的ZigBee联盟如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司加入。
此外，、TI等国际巨头也都已推出了比较成熟的ZigBee开发平台。
ZigBee标准是基于802.15.4协议栈而建立的，它具备了强大的设备联网功能，并支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，其中网状结构具有很强的网络茁壮性和系统牢靠性。
ZigBee协议比、GSM、Wi-Fi越发容易有用，表1列出了ZigBee同其它无线网络的比较。
2 总体设计为了举行模块化的设计，本文采纳了基于通用异步收发模式(UART)接口的设计，以便便利的通过此接口将STIM(智能传感器接口模块)和该第1页共3页。
本科毕业论文题目：基于CC2430的无线家居系统的设计院（部）：信息与电气工程学院专业：电子信息工程班级：姓名：学号：指导教师：完成日期：目录摘要 (III)ABSTRACT........................................................................................................................... I V 1前言.. (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3论文的研究思路与文章结构 (2)1.4文章结构 (3)2 ZigBee技术研究 (4)2.1ZigBee技术概述 (4)2.2ZigBee技术的特点 (5)2.3ZigBee协议框架 (6)2.3ZigBee技术的应用 (7)2.4本章小结 (8)3无线家居系统硬件设计 (9)3.1系统硬件组成 (9)3.2CC2430核心电路设计 (9)3.2.1 CC2430电源电路设计 (11)3.2.2时钟部分设计 (12)3.2.3射频天线单元设计 (12)3.2.4串口通信单元设计 (13)3.3传感器设计 (13)3.4电源电路的设计 (23)3.5窗帘控制节点硬件设计 (24)3.6万能遥控器控制节点硬件设计 (25)3.7本章小结 (26)4 无线家居系统系统软件设计 (27)4.1系统功能 (27)4.2数据发送 (28)4.3数据接收 (30)4.4本章小结 (31)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)摘要随着计算机技术、通信技术和自动化技术的不断发展，作为集这三种技术于一体的智能家居系统逐渐成为热门话题，智能家居行业也得到很好的发展。
近几年来，人们对生活品质的要求也日益提高，他们对智能家居系统的需求不仅仅局限于只能提供自动控制，更希望还能提供舒适、安全、方便控制的居家环境。
目录目录 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------- IIIABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------------- IV引言 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.TC35I与ZIGBEE 简单介绍 --------------------------------------------------------------------------- 21.1TC35I----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1.1概述 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1.2 tc35i模块通信原理 ------------------------------------------------------------------------------------------ 2 1.2Z IGBEE技术 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.2.1 Zigbee技术简介 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 31.2.2 Zibee技术的应用--------------------------------------------------------------------------------------------- 31.2.3 Zigbee技术的特点 ------------------------------------------------------------------------------------------- 52.接口设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 52.1接口设计整体方案 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 2.2硬件设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.3软件设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 73.系统硬件设计----------------------------------------------------------------------------------------------- 73.1CC2430模块3.1.1CC2430芯片简介 ----------------------------------------------------------------------------- 73.1.2 CC2430 内部结构-------------------------------------------------------------------------------------------- 73.1.3 CC2430硬件应用电路--------------------------------------------------------------------------------------- 9 3.2 TC35I模块硬件应用电路--------------------------------------------------------------------------------------------10 3.3串口通信 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 113.3.1 定义 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 113.3.2原理---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 113.3.3接口---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123.4.4作用---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 133.3.5常用的串口调试工具介绍 ------------------------------------------------------------------------------- 134系统软件设计-------------------------------------------------------------------------------------------- 144.1IAR开发系统简介--------------------------------------------------------------------------------------------------14 4.2系统整体方案 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------15 4.3 TC35I模块与Z IGBEE协调器间通信的开发方案---------------------------------------------------------------164.3.1 常用AT指令介绍------------------------------------------------------------------------------------------- 164.3.2 调试方法 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 4.4Z IGBEE协调器与CC2430模块间的通信设计------------------------------------------------------------------174.4.1 IEEE 802.15.4/ZigBee协议 -------------------------------------------------------------------------------- 174.4.2 Zigbee协调器与CC2430模块的通信方式 ------------------------------------------------------------- 18致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 19参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 20附录 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 21摘要在科技飞速发展的今天，人们对智能化的要求越来越高。
第４期（总第１７３期）２０１２年８月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．４Ａｕｇ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０４－０１９８－０３基于ＣＣ２４３０的ＺｉｇＢｅｅ无线通信模块设计郝永亮，杨铁梅（太原科技大学电子信息工程学院，山西 太原 ０３００２４）摘要：ＣＣ２４３０芯片是Ｃｈｉｐｃｏｎ公司推出的用来实现嵌入式ＺｉｇＢｅｅ应用的片上系统，它支持２．４ＧＨｚ ８０２．１５．４ＩＥＥＥ／ＺｉｇＢｅｅ协议。
由于它的便利性、低功耗、低成本的特性，使得它具有很好的市场潜力。
对ＣＣ２４３０芯片独具一格的特点和引脚进行了分析，给出了无线通信模块的设计方案及电路原理图。
关键词：ＺｉｇＢｅｅ；ＣＣ２４３０；无线通信模块；设计中图分类号：ＴＮ９２ 文献标识码：Ｂ收稿日期：２０１２－０２－２８；修回日期：２０１２－０３－２０作者简介：郝永亮（１９８５－），男，河北内丘人，在读硕士研究生，研究方向：模式识别与故障诊断。
１ ＺｉｇＢｅｅ技术ＺｉｇＢｅｅ技术是一种新兴的低功耗、短距离、低功率无线通信组网技术，是一种介于无线标记与蓝牙技术之间而提出的技术，目的是为了使用近距离无线通信领域。
每种通信都有特殊的通信协议，同样ＺｉｇＢｅｅ技术也有着自己的无线通信标准。
监测区域内数以千计的微小的传感器通信，是通过彼此间的相互协调作用来实现的。
ＺｉｇＢｅｅ的无线数据传输网络平台由６５ ０００个无线数传模块构成，其监测空间很广阔。
在现实环境中，建立的此种网络平台类似于移动通信的ＣＤＭＡ网络和ＧＳＭ，而作为平台当中的每一个无线通信模块就类似于移动通信网站中的一个基站，在整体的网络范围内，彼此之间的相互通信可以互通，并且ＺｉｇＢｅｅ的整体网络本身还可以与其他的各种网络进行连接［１，２］。
ＺｉｇＢｅｅ协议栈是由层次划分而成的，层与层之间紧密联系在一起，每层为其上一层提供特定的服务。
这种特定的服务包括数据传输服务和除此之外的其他全部服务，层与层之间通过这种服务串联起来。
层内包括数据实体和管理实体，数据实体提供数据传输服务，管理实体提供其他所有服务。
服务实体通过服务接口提供上层的服务，该接口由服务接入点（ＳＡＰ）充当。
ＺｉｇＢｅｅ堆栈的建立是以ＩＥＥＥ ８０２．１５．４的标准为基础，该标准定义了协议的ＭＡＣ和ＰＨＹ层。
则ＺｉｇＢｅｅ设备应该包括ＩＥＥＥ ８０２．１５．４的ＭＡＣ和ＰＨＹ层，用来实现无线收发射频与相邻设备通信。
此外还包括ＺｉｇＢｅｅ自身定义的堆栈层：网络层ＮＷＫ、应用层和安全服务提供层。
ＺｉｇＢｅｅ堆栈框架如图１所示。
２ ＣＣ２４３０芯片２．１ ＣＣ２４３０芯片的特点ＣＣ２４３０芯片的设计方案采用典型的系统芯片（ＳＯＣ）ＣＭＯＳ设计方案，这种解决设计理念的方案使芯片在各种性能上得到了提高。
由于无线通信的通道采用２．４Ｈｚ波段来传输，因此为使其达到实际性能和低功耗的要求，ＣＣ２４３０芯片在设计上延用了低版本芯片ＣＣ２４２０的结构框架，即ＣＣ２４２０芯片的升级版。
它本身是一种高度集成的芯片，内部固化了很多用来通信的高频电路，可以被看做高性能的单片机，但是又区别于常规的单片机。
其构成特色除具备一般单片机的性能外又加入了自己本身应用的特别电路，是一个特殊的强化体。
而控制器采用高效的８０５１微控制器。
ＣＣ２４３０芯片的设计目的就是用来组成无线通信系统，而无线收发器选用具有高性能的２．４ＧＨｚ直接序列扩频收发器。
在内存方面，采用含有３２／６４／１２８ｋＢ的可编程闪存和８ｋＢ的ＲＡＭ。
除此之外，它还包含模拟数字转换器、各种定时器、上电复位电路、掉电监测电路和２１个可编程的Ｉ／Ｏ引脚。
其中定时器包括看门狗定时器和晶振的休眠模式定时器。
ＣＣ２４３０芯片的能耗非常低，工作时电流损耗为２７ｍＡ，在接收模式下电流损耗为２７ｍＡ，在发射模式下电流损耗为２５ｍＡ。
芯片的灵敏度和抗干扰能力都很强，在睡眠模式下转换到工作模式时花费的时间特别短。
因此特别适合那些对电池要求工作很长时间甚至达到几年的系统设计。
图１ ＺｉｇＢｅｅ堆栈框架２．２ ＣＣ２４３０芯片的引脚ＣＣ２４３０芯片总共有４８个外接引脚，根据引脚功能的不同，可以把所有的引脚分成３大类，即电源线引脚、控制线引脚和Ｉ／Ｏ端口引脚。
而在实际电路的设计中，经常用到的是对Ｉ／Ｏ端口引脚的软硬件设计，因此必须对引脚的特性有相当的了解。
Ｉ／Ｏ口引脚共有２１个引脚，都可以对其进行编程。
Ｉ／Ｏ引脚有３种口：Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２口，前两种口都是完全的８位口，后者只有５个口可以用。
使用软件对其一组特殊功能寄存器的位和字节进行编辑，就可以设定为普通的输入输出Ｉ／Ｏ口使用；也可以设定为连接模数转换器和定时器的端口使用；还可以作为连接全双工通用同步／异步串行接收／发送器ＵＳＡＲＴ的端口使用。
３ ＺｉｇＢｅｅ无线通信节点的硬件设计无线通信节点的硬件采用模块化设计。
由于设计的最终目的是要达到无线通信，因此该系统必须含有微控制器模块、无线收发模块以及天线部分［３－８］。
由于ＣＣ２４３０射频器件内部集成有无线收发器和８０５１内核，因此可把ＣＣ２４３０射频模块（即ＣＣ２４３０芯片和相关外围电路的合成体）看作微控制器模块和无线收发模块的合并体。
ＺｉｇＢｅｅ无线网络节点硬件系统总体框图如图２所示。
图２ ＺｉｇＢｅｅ无线网络节点硬件系统总体框图３．１ ＣＣ２４３０器件模块ＣＣ２４３０器件通信模块的硬件设计原理及外接电路图如图３、图４所示。
电路选用ＣＣ２４３０芯片作为无线网络节点的核心控制器，采用两个晶体振荡器，其中３２．７６８ｋＨｚ的作为选用。
３２ＭＨｚ的晶体振荡器由一个３２ＭＨｚ的石英谐振器（Ｙ１）和两个电容（Ｃ１和Ｃ２）组成；３２．７６８ｋＨｚ的晶体振荡器由石英谐振器（Ｙ２）和两个电容（Ｃ３和Ｃ４）组成。
复位电路由Ｒ１、开关和Ｃ５组成，设计了两个发光二极管指示灯，用来调试电路指示。
为了使节点在应用中得到最佳的效果，使工作的稳定性得到体现，还应该考虑到电源滤波，电容Ｃ９和电容Ｃ１０的加入就是起这种作用。
图３ ＣＣ２４３０通信模块电路原理图·９９１· ２０１２年第４期 郝永亮，等：基于ＣＣ２４３０的ＺｉｇＢｅｅ无线通信模块设计３．２ 天线部分采用一个非平衡天线，天线是单端口的，而ＣＣ２４３０的无线传输端口采用的是由两个端口的差分射频端口方式，因此需要完成双端口到单端口的转换，在此选用巴伦电路转换即非平衡变压器。
非平衡变压器由电容Ｃ１１，电感Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３和一个ＰＣＢ微波传输线组成，整个结构的设计满足ＲＦ输入／输出匹配电阻的要求。
图４ ＣＣ２４３０通信模块外接电路图总之，采用不同的天线设计方案达到的通信效果也是不同的。
除单极天线外，还可以使用平衡天线（偶极天线），ＴＩ同样支持这种方案的设计。
采用这种平衡天线，可以省略掉非平衡变压器即巴伦电路的外接电路，但是天线的长度要比单极天线长近一倍。
这就给微型化的模块使用带来不便，容易在监测内部空间损坏天线部分，进而导致无法通信。
４ 结束语本文以ＣＣ２４３０为核心设计了无线通信模块的硬件。
软件方面，使用ＴＩ公司２００６年发布的ＺｉｇＢｅｅ２００６协议栈，并以该版本中设计好的例程作为基础实验。
经实验验证，本文设计的硬件模块基本上达到了预定的设计目标。
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