ZigBee的節點溫度采集系統設計

自20 世紀90 年代開始，無線網路技術逐漸發展，從GSM到Bluetooh，從無線 ATM到無線局域網，它們以不同的方式、不同的數據速率、在不同的距離上實現網絡連接，實現信息的及時傳遞. 雖然人們能夠隨時隨地與大洋彼岸的親朋通話，且無線局域網能夠使人們方便的接入英特網，但仍然要為家庭安裝一個傳感器或開關的布線而煩惱，為野外安裝大量傳感器的供電絞盡腦汁，即需要一種短距離、低數據速率、低成本、低功耗的無線網絡技術. 在這種情況下，ZIGBEE技術應運而生. 2004 年12 月，ZigBee聯盟正式發布了該技術標準， 許多公司和生產商已經陸續推出了自己的產品和開發系統， 如飛思卡爾的MC13192、Chipcon 公司的 CC2430、CC2530  Atmel 公司的 AT86RF210 等，2007 年初韓國移動手持設配制造商 CuritelCommunications 公司已經開始研制世界上第一款ZigBee手機，這種手機融入了 ZigBee 技術，能夠使手機用戶在短距離內操縱電動開關和控制電子設備。

.我國也有不少科研工作者關注這一領域，如西安達泰電子科技有限公司有各系列的實用開發系統推向市場，推出了ZigBee 2430、2530模塊http://www.dataie.com

1 CC2430功能特點及內部單元模塊

CC2430 芯片是 Chipcon 公司生產的首款符合 ZigBee 技術的 2.4GHz 射頻系統單芯片，適用于各種ZigBee無線網絡節點， 包括協調器、 路由器和終端設備. 它集成了增強型 51 內核MCU、 閃存、 IEEE802.15.4所需要的全部硬件. CC2430 soc家族包括3 個不同系列的產品， CC2430-F32、 CC2430-F64 和CC2430-F128.它們的區別在于內置閃存的容量不同，分別是32K、64K和128K 片內FLASH。.

芯片內部集成有兩個低壓降高效率電壓調整器voltage regulator，其中一個為芯片內部數字部分(如MCU內核、DMA、存儲器、定時器、USART 等)提供 3.3V 數字電源，另一個電壓調整器為芯片內部模擬部分如射頻前端、RC振蕩器、晶體振蕩器、片內溫度傳感器、ADC 部分提供3.3V穩定的模擬電源.芯片上有一個片上調試接口，此調試接口支持對片內FLASH 編程、訪問內部 MEMORY 和SFR，還支持斷點調試、單步運行、寄存器修改等功能. 此調試接口使用兩個線控制，分別是 DEBUG DATA 和DEBUG CLOCK，占用兩個I/O口，當不需要調試功能時，被占用的I/O 口可配置為通用I/O口使用. 利用此調試接口，可開發出低成本的芯片燒寫器和芯片仿真器http://www.dataie.com，極大地方便了應用。

睡眠定時器(SLEEP TIMER)是一個低功耗的工作在32.768KHZ時鐘下的 24bi t 向上計數睡眠定時器，上電復位后即自動開始運行，支持24 位捕獲，可觸發中斷和DMA. 利用其低功耗、低時鐘下工作特性，工作在PM2 模式，實現芯片定時喚醒。

芯片內部有4 類物理存儲器空間， 分別是8KB 靜態 RAM、 硬件SFR寄存器、 硬件RF 寄存器和FLASH存儲器. 芯片將物理存儲器空間分別對應到 8051 內核 MCU、CODE、DATA、SFR、XDATA 邏輯存儲區域. CODE區是16 位寬度的只讀程序存儲器區域. DATA區是 8 位寬度的可讀寫數據存儲器區域，CPU訪問速度快，一個CPU周期訪問. SFR 區是8 位寬度可讀寫寄存器區域，可位尋址，CPU訪問速度快，一個CPU周期訪問. XDATA 區是16 位寬度可讀寫數據存儲器區域，CPU訪問速度最慢，通常要4～5 各CPU周期訪問. 為了充分發揮DMA控制的優勢，CC2430 設計成將所有物理存儲器區域(Physical Memory)映射到XDATA區域上，以使DMA可在不同物理存儲器區域上搬運數據如圖：

2 系統總體方案設計

分布式溫度測量系統主要由一臺數據集中器(ZIGBEE協調器)、 一臺PC機和放置在各處的溫度監測節點(ZIGBEE 設備)組成. 數據集中器與各個溫度測量節點組成一個 ZIGBEE 星型網絡。 CC2430 芯片的標準通信距離 80m時，溫度節點放置范圍可在以數據集中器為中心80m 半徑范圍內。適當的增大發射功率可加大通信距離。增強型 ZIGBEE 模塊有效通信距離可達 1000m. 溫度監測節點的結構非常簡單，僅由一個CC2430 模塊和2 節1.5V電池構成，各個溫度測量節點被初始化為無信標網絡中的終端設備。上電復位后，開始搜索指定信道上的 PAN協調器，并發出連接請求，建立連接成功后，它將得到一個16 位短地址，并在以后用這個短地址通信，開啟睡眠定時器，每隔10 秒鐘醒來一次，醒來后使用一種簡單的非時隙 CSMA－CA 機制，通過競爭取得信道使用權，主動向主節點發送數據利用片內溫度傳感器檢測環境溫度，并發送給主節點，然后立即再次進入睡眠狀態，最大程度地降低功耗，延長從節點電池使用時間。數據集中器負責接收各溫度節點的數據，并將數據及時通過RS232 串口按一定格式上傳 PC 機顯示出來。

Z_STACK協議棧提供了實現MAC 層底層管理及數據收發. 還提供了一些API 函數來簡化分配、回收信息緩沖區、發送信息、信息的入隊列、出隊列等操作. 很多函數參數是個結構體指針，往往有多個成員項. 以這些基本功能函數為依托，構造適合分布式溫度測量系統的上層應用程序代碼即可。

基于CC2430的ZigBee開發套件可以用在設計各種需要實現分布式溫度檢測的場合，也可以用來監測濕度或其他溫度物理量。更多信息http://www.dataie.com。