基于ZigBee的无线温度检测系统设计毕业设计论文.docx

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1、XXX大学XX学院本科生毕业设计（论文）论文题目：基于ZiUBee的无线温度检测系统设计传统的多点分布式温度检测系统多采用有线传输方式，然而随着分布式节点的不断增加，布线复杂程度和成本也急剧增加，给系统的设计，维护和升级带来了诸多困难。ZigBee是一种崭新的近程无线网络通信技术，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的标准，主要适用于自动控制和远程控制领域,。本设计基于ZigBee技术，采用CC2430作为温度检测系统芯片，应用2.4GHZISM波段，满足低成本,低功耗的要求。本设计首先介绍了课题研究的意义，ZigBee技术的应用范围以及ZigBee技的发展现状。其次，详细介绍Zigb

2、ee技术低功耗、低成本以及网络容量大等特点和符合Zigbee通信协议的硬件开发平台CC2430o最后，完成温度检测系统的硬件设计以及软件流程图的设计。温度检测系统的硬件部分是以CC2430为控制核心，加上一些外围电路组成控制系统，包括A/D转换电路、显示电路、USB接口转换电路等，实现对分散节点的温度采集，采集后的温度实时地显示。本设计可以有效满足工农业检测过程中对多测点、移动性及便捷性等方面的要求，并且能够有效解决有线网络的布线难题和成本问题，具有十分广阔的应用前景。软件部分主要是传感器，协调器等系统流程图的设计，详细描述整个系统的工作过程。关键词：ZigBee；CC2430；无线传感器网络

3、；温度采集AbstractTraditionalmulti-pointdistributedtemperaturedetectionsystemusingwiretransmission,withthedistributednodesincreasesceaselessly,thewiringcomplexityandcostsalsoincreaseddramatically,tosystemdesign,maintenanceandupgradebringsalotofdifficulties.ZigBeeisanewshort-rangewirelesscommunicationtech

4、nology,inordertomeettheneedsofsmallcheapequipmentwirelessnetworkingandcontrolstandards,mainlyapplicabletothefieldofautomaticcontrolandremotecontrol,.ThedesignisbasedonZigBeetechnology,usingCC2430asthetemperaturedetectionsystemusing2.4GHzchip,ISMband,meetthelowcost,lowpowerrequirements.Thispaperfirst

5、introducesthesignificanceoftheresearch,theapplicationofZigBeetechnologyandZigBeetechnologyanddevelopmentstatus.Secondly,introducesZigbeetechnologyoflowpowerconsumption,lowcostandnetworkcapacityisbigwaitforacharacteristicandthecommunicationprotocolwiththeZigbeehardwaredevelopmentplatformCC2430.Finall

6、y,thecompletionofthetemperaturedetectionsystemhardwaredesignandsoftwareflowdiagramdesign.ThetemperaturedetectionsystemhardwareispartoftheCC2430asthecontrolcore,plussomeperipheralcircuitstoformcontrolsystem,includingtheA/Dconversioncircuit,displaycircuit,USBinterfaceconversioncircuit,thetemperaturede

7、tection,soastorealizetemperatureofvariousstatemonitoringandotherfunctions.Thesoftwarepartisthemainsensor,coordinatorandtheflowchartofthesystemdesign,detaileddescriptionoftheworkingprocessofthesystem.Keywords:ZigBee;CC2430;wirelesssensornetwork;temperatureacquisition摘要IAbstract错误！未定义书签。1绪论11.1 弓I11.2

8、 11.3 课题研究的目的和意义21.4 ZigBee的发展现状41.5 本设计的主要工作42ZigBee的介绍52.1 ZlgBee52.1.1 物理层（PHY层）612.1.3 网络层（NWK层）62.1.4 应用层（APL层）72.1.5 安全服务提供层（SSP层）82.2ZigBee网络基础82.2.1 网络节点类型82.2.2 网络拓扑形式8231-*113温度检测系统总体方案设计123.1 系统整体结构123.2 温度采集系统原理134温度检测系统硬件电路设计154.1 Zigbee芯片选择和简介154.1.1 zigbee芯片的选择154.1.2 cc2430简介154.1.3

9、CC2430芯片的主要特点164.1.4 I/O端口线引脚功能174.1.5 CC2430外围电路194.1.6 CC2430应用于无线网络节点设计214.2 节点的硬件设计224.2.1 协调器节点的硬件设计224.2.2 路由器节点的硬件设计224.2.3 传感器节点的硬件设计234.3 电源供电电路244.4 传感器电路.*244.5 A/D转换电路图264.6 USB转串口电路图284.7 XJILL295温度检测系统软件流程图设计315.1 传感器节点的程序流程图315.2 协调器的程序流程图315.3 上位机软件的程序的流程图326开发环境简介346.1 C51RF-3-PK开发平

10、台346.2 IAREmbeddedWorkbench简介346.3 上位机的功能简介357.总结与展望36致谢37参考文献38附录401绪论1.1 引言温控系统、冷库温控系统、智能化建筑控制系统、中央空调系统等众多应用系统中，为了实时地监测不同点的温度，需要多点分布式温度测量系统。传统的多点分布式温度监测系统多采用有线传输方式，然而随着分布式节点的不断增加，系统的布线复杂度和成本也就极具增加，这给系统的设计、维护和升级带了许多不便。如何解决有线网络带来的诸多不便已成为当下研究的热点。ZigBee技术就是一种基于IEEE802.15.4协议标准的近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无

11、线通讯技术，主要用于距离短、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，已成为当下较为流行的无线通信技术。本设计意在设计一种基于ZigBee的温度检测系统，用以实现对分散节点的温度采集，采集后的温度实时地显示。本设计可以有效满足工农业检测过程中对多测点、移动性及便捷性等方面的要求，并且能够有效解决有线网络的布线难题和成本问题，具有十分广阔的应用前景。1.2 课题背景信息技术发展日新月异，传统的有线通信方式因为其成本高、布线复杂，已经不能完全满足人们的应用需求了。由此，无线通信技术应运而生。无线网络技术按照传输范围来划分，可分为

12、无线广域网、无线城域网、无线局域网和无线个人域网。无线个人域网即短距离无线网络，典型的短距离无线传输技术有：蓝牙(Bluetooth)ZigBeexWiFi等【L在工业控制、家庭自动化和遥测遥感领域，蓝牙(BIUetOOth)虽然成本较低,成熟度高，但是传输距离有限，仅为10米，可以参与组网的节点少。WiFi虽然传输速度较快，传输距离达到100米，但是其价格偏高，功耗较大，组网能力较差。相比之下ZigBee技术则主要针对低成本、低功耗和低速率的无线通信市场,具有如下特点：(1)成立本低：ZigBee模块的初始成本低，并且ZigBee协议是免专利费采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2

13、.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHZ(欧洲)，免执照频段。(2)低功耗：由于ZigBee的传输速率较低，传输数据量较小，并且采用了休眠模式，因此ZigBee设备功耗很低，仅靠两节5号电池就可以维持长时间使用。(3)低速率。Zigbee工作在20250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHZ)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。(4)时延短：ZigBee的响应速度较快，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，一般从休眠转入工作状态只需要15ms,节点进入网络只需要30ms,进一步节约了能源。

14、(5)网络容量大：Zigbee可采用星型、树型和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。(6)可靠度高：为了避免发送数据的竞争和冲突，采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙。MAC层采用完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程中出现问题可以进行重发。(7)安全：Zigbee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(AeL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。(8)

15、传输距离远：传输范围一般介于10100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到13km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。由于ZigBee技术具有上述特点，因而广泛应用在短距离低速率电子设备之间的数据传输。ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。1.3 课题研究的目的和意义ZigBee技术具有低成本、低功耗、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段等优势，广泛应用于智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用等领域。智能家庭：现今家用电器已经随处可见了，如何将这些电

16、器和电子设备联系起来，组成一个网络，甚至可以通过网关连接到Imerne3使得用户可以方便地在任何地方监控自己家里的情况。ZigBee技术提供了家庭智能化的技术支持，在ZigBee技术的支持下，家用电器可以组成一个无线局域网，省却了在家里布线的烦恼。工业控制：工厂环境当中有大量的传感器和控制器，可以利用ZigBee技术把它们连接成一个网络进行监控，加强作业管理，降低成本。自动抄表：现在在大多数地方还是使用人工的方式来逐家逐户进行抄表，十分不方便。而ZigBee可以用于这个领域，利用传感器把表的读数转化为数字信号，通过ZigBee网络把读数直接发送到提供煤气或水电的公司。使用ZigBee进行抄表还

17、可以带来其它好处，比如煤气或水电公司可以直接把一些信息发送给用户，或者和节能相结合，当发现能源使用过快的时候可以自动降低使用速度。医疗监护：医疗工作中，时常要获得病人的生理指标、环境指标，可以通过放置传感器构成传感器网络，实时监测这些数据。由于是无线技术，传感器之间不需要有线连接，被监护的人也可以比较自由的行动，非常方便。传感器网络应用：传感器网络也是最近的一个研究热点，像货物跟踪、建筑物监测、环境保护等方面都有很好的应用前景。传感器网络要求节点低成本、低功耗，并且能够自动组网、易于维护、可靠性高。ZigBee在组网和低功耗方面的优势使得它成为传感器网络应用的一个很好的技术选择。此外，ZigB

18、ee技术也可以应用到汽车电子、农业生产和军事领域中。随着物联网技术的日渐兴起，ZigBee技术将会扮演更为重要的角色。但是，物联网的全面普及将是一个十分漫长的过程，至少目前还在探索和实验阶段，距离实用还有很长的路要走。虽然前景一片大好，但是我们应该清楚认识到由于各方面的制约，ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日，基于ZigBee技术的无线网络应用还远远说不上成熟，主要表现在：ZigBee市场仍处于起步探索阶段，终端产品和应用大多处于研发阶段，真正上市的少，且以家庭自动化为主；潜在应用多，但具有很大出货量的典型应用少，市场缺乏明确方向；使用点对多点星状拓扑的应用较多，体现ZigBee优势的

19、网状网络应用少；基于IEEE802.15.4底层协议的应用多,而基于ZigBee标准协议的应用少。1.4 ZigBee的发展现状ZigBee作为一种新兴的国际标准短距离无线通信协议，其协议栈体系结构是基于标准七层开放式系统互联参考模型（OSI）,IEEE802.15.4-2003标准定义了下面的两层：物理层和媒体接入控制子层；网络层、应用会聚层、应用层由ZigBee联盟制订。2002年，ZigBee联盟创立，创始者包括IC供应商、无线IP提供商、设备制造商、测试设备制造商和最终产品制造商等，这些企业能提供适应ZigBee的产品和解决方案。ZigBCe联盟于2004年底发布了ZigBee协议L0

20、版本规范，2006年11月发布了ZigBeC协议LI版本规范，2007年10月发布了ZigBeCPro版本规范。ZigBee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能，为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。ZigBee技术能融入各类电子产品，应用范围横跨全球的民用、商用、公共事业以及工业等市场。使得联盟会员可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台，设计出简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。1.5 本设计的主要工作本文主要研究了基于ZigBee的温度检测系统的设计，包括节点的硬件设计、无线传感器网络的组建，以及软件流程图设计。主要工作包括以下几个方面：（1）阐述了设计的背景、目的和意义

21、以及目前ZigBee研究发展情况。（2）介绍了ZigBee的协议栈结构、各层的功能、ZigBee的网络节点类型、网络体系结构及工作模式，此外介绍了CC2430芯片及它的外围电路。（3）介绍了本设计的开发环境以及相关的硬件设计。如协调器节点设计、路由器节点设计、转感器节点设计等。（4）软件流程图设计。传感器，协调器等流程图的设计。（5）对全文进行了总结。2ZigBee的介绍2.1 ZigBee的概述ZigBee是一种新兴的短距离，低速率，低功耗无线网络技术，主要用于近距离无线连接。它有主见的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电微

22、波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通行效率非常高。ZigBee协议是基于IEEE802.15.4标准的，由IEEE802.15.4和ZigBee联盟共同制定。IEEE802.15.4工作组制定ZigBee协议的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC层)协议。ZigBee联盟成立用于2002年，定义了ZigBee协议的网络层(NNI0、应用层(APL)和安全服务规范。协议栈结构如图2-1。应用层(含应用接口层)用户安全层tZigBee联盟I网络层MAC层IEEE802.15.4I物理层图2ZigBee协议栈结构ZigBee协议由物理层(PHY)、介质访问控制子层(MAC)、网络层

23、(NWK),应用层(APL)及安全服务提供层(SSP)五块内容组成。其中PHY层和MAC层标准由IEEE802.15.4标准定义，MAC层之上的NWK层，APL层及SSP层，由ZigBee联盟的ZigBee标准定义。APL层由应用支持层(APS),应用框架(AF)以及ZigBee设备对象(ZDo)及ZDO管理平台组成。2.1.1 物理层(PHY层)主要功能：物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务包括以下四个方面的功能：1 .激活和休眠射频收发器。2 .信道能量检测。3 .收发数据。4 .检测接受数据包的链路质量指示。工作频段和信道分配

24、：物理层定义了三个载波频段用于收发数据。三个频段总共提供27个信道，信道的编号从O到26。868MHZ频段一个信道。915MHZ频段10个信道，2450MHZ频段16个信道。2.1.2 MAe层主要功能：MAC层使用CSMA-CA冲突避免机制对无线信道访问进行控制，负责物理相邻设备问的可靠链接，支持关联(Association)和退出关联(DiSaSSOCiation)以及MC层安全。MAC层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务，MAC层数据服务通过物理层数据服务发送和接收MAC层协议数据单元(MPDU)。MAC层的主要功能包括以下几个方面：1 .进行信标管理。2 .信道接入。3

25、.保证时隙(GTS)管理。4 .帧确认应答帧传送、连接和断开连接。2.1.3 网络层(NWK层)主要功能：NWK层提供网络节点地址分配，组网管理，消息路由，路径发现及维护等功能。NWK层主要是为了确保正确地操作IEEE802.15.4.2003MAC子层和为应用层提供服务接口。NWK层从概念上包括两个服务实体：数据服务实体和管理服务实体。网络层的功能有以下几个方面：LNWK层的责任主要包括加入和离开一个网络用到的机制、应用帧安全机制和他们的目的地路由帧机制。2 .ZigBee协调器的网络层还负责建立一个新的网络。3 .网络发现。4 .网络形成。5 .允许设备连接。6 .断开网络连接。7 .接收

26、机同步。8 .信息库维护。1.1.4 应用层(APL层)ZigBee应用层包括应用支持子层(APS子层)、应用框架(AF)和ZigBee设备对象(ZD0)。APS子层负责建立和维护绑定表，绑定表主要根据设备之间的服务和他们的需求使设备相互配对。ZigBee的应用框架(AF)为各个用户自定义的应用对象提供了模板式的活动空间，并提供了键值对(KVP)服务和报文(MSG)服务供应用对象的数据传输使用。一个设备允许最多240个用户自定义应用对象，分别指定在端点1至端点240上。ZDO可以看成是指配到端点0上的一个特殊的应用对象，被所有ZigBee设备包含，是所有用户自定义的应用对象调用的一个功能集，包

27、括网络角色管理，绑定管理，安全管理等。ZDO负责定义设备在网络中的角色(例如是ZigBee协调器或者ZigBee终端设备)、发现设备和决定他们提供哪种应用服务，发现或响应绑定请求，在网络设备之间建立可靠的关联1.1.5 安全服务提供层(SSP层)安全服务提供者SSP(SecurityServiceProVider)向NWK层和APS层提供安全服务。ZigBee协议层与层之间是通过原语进行信息的交换和应答的。大多数层都向上层提供数据和管理两种服务接口，数据SAP(SerViCeAccessPOint)和管理SAP(ServiceAccessPoint)o数据服务接口的目标是向上层提供所需的常规数

28、据服务，管理服务接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。2.2 ZigBee网络基础ZigBee网络基础主要包括设备类型，拓扑结构和路由方式三方面的内容，ZigBee标准规定的网络节点分为协调器(Coordinator).路由器(R。Uter)和终端节点(EndDevice)0节点类型是网络层的概念，反映了网络的拓扑形式。ZigBee网络具有三种拓扑形式：星型拓扑、树型拓扑、网状拓扑。2.2.1 网络节点类型(1)协调器(Coordinator)在各种拓扑形式的ZigBee网络中，有且只有一个协调器节点，它负责选择网络所使用的频率通道、建立网络并将其他节点加入网络、提供信息

29、路由、安全管理和其他服务。(2)路由器(Router)当采用树型和网状拓扑结构时，需要用到路由器节点，它也可以加入协调器,是网络远距离延伸的必要部件。它负责发送和接受节点自身信息；节点之间转发信息；允许子节点通过它加入网络。(3)终端节点终端节点的主要任务就是发送和接收信息，通常一个终端节点不处在数据收发状态时可进入休眠状态以降低能耗。2.2.2 网络拓扑形式(1)星型拓扑星型拓扑是最简单的拓扑形式，如图2-2o图中包含一个协调器节点和一些终端节点。每一个终端节点只能和协调器节点进行通讯，在两个终端节点之间进行通讯必须通过协调器节点进行转发，其缺点是节点之间的数据路由只有唯一路径。星状拓扑结构

30、有两类：一类是中心节点仅完成从节点连通的作用；另一类是，中心节点是有很强处理能力的计算机，从节点是一般的计算机或终端，这时中心节点有转接和数据处理的双重功能。强的中心节点成为各从节点共享的资源，中心节点也可以按储存转发方式工作。协调器Q路由器图2-2星形拓扑结构Q）树型拓扑树型拓扑结构如图2-3。协调器可以连接路由器节点和终端节点，子节点的路由器节点也可以连接路由器节点和终端节点。直接通信只可以在父节点和子节点之间进行，非父子关系的节点只能间接通信。树形拓扑适用于相邻层的通信较多的情况，典型的应用层是最低层节点解决不了的问题，请求中层计算机解决，中层计算机解决不了的问题，请求顶部计算机解决。协

31、调器O路由器0终端节点网状拓扑网状拓扑如图2-4。网状拓扑具有灵活路由选择方式，如果某个路由路径出现问题，信息可自动沿其他路径进行传输。任意两个节点可相互传输数据，网络会自动按照ZigBee协议算法选择最优化路径，以使网络更稳定，通讯更有效率。网状拓扑各节点的距离很长，某些节点间是否用点一点线路专线连接，要依据其间的信息流量以及网络所处的地理位置而定。如果某些节点间的通信可由其他中继节点转发且不甚影响网络性能，可不必直接互联。因此在地域范围很广节点数目较多时，都是部分节点连接的任意拓扑结构。部分节点连接的网络必然带来由中继节点转发而相互通信的现象，称此为交换。图24网状拓扑结构协调器O路由器2

32、.3 工作模式ZigBee网络的工作模式可以分为信标(Beacon)模式和非信标(Non-beacon)模式两种。信标模式可以实现网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度地节省功耗，而非信标模式只允许ZE进行周期性休眠，协调器和所有路由器设备长期处于工作状态。在信标模式下，协调器负责以一定的间隔时间(一般在15ms4mins之间)向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各个时槽内发送。非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为子节点缓存数据，终端节点主动向其父节点提取数据的机制，实现终端节点的周期性

33、(周期可设置)休眠。网络中所有的父节点需要为自己的子节点缓存数据帧，所有子节点的大多数时间都处于休眠状态，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，并向父节点提取数据，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15mso3温度检测系统总体方案设计3.1 系统整体结构本设计所实现的无线温度采集系统以C51RF-3-PK开发平台为核心，使用了两块表演板，利用芯片自带的温度传感器采集温度值，充分发挥了C51RF-3-PK开发平台的丰富资源（22。在上位机上，采集的温度实时地显示出来，并且通过折线图动态描绘出温度的变化趋势。考虑到可能采集多个节点的温度，上位机可以根据客户要求切换不同节点的温度折线图

34、。为了方便对以往数据的查看，采集到的数据被实时保存到了文档之中。本文总体设计是实现针对主协调器节点的设计与开发。主协调器的硬件系统中包括CC2430通信模块、键盘电路模块、串口转USB模块、液晶显示模块和电源电路模块等H叫主协调器节点的主要功能是负责接收和存储传感器节点发送来的消息，并向传感器节点发布网络控制信息，同时与PC机进行数据交换。其中串口转USB模块负责转换CC2430模块与PC机的通信信号；液晶显示模块负责节点工作状态的指示；电源模块通常采用持续电力供电，为主协调器节点提供运行所需的能量。图3-1总体框图温度传感模块的核心元件为Ptioo的电阻，它是正温度系数热敏电阻传感器，线性较

35、好，在0100C之间变化时，最大非线性偏差小于0.5。另外，PtlOO温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点UL模块框图如图3-2所示。图3-2温度传感模块框图3.2 温度采集系统原理本系统由三类节点组成：ZigBee协调器节点、路由器节点、传感器节点。图3-3所示是其组成示意图，其中ZigBee协调器是分布式处理中心，即汇聚节点。多个传感器节点置于不同的监测区域，每个传感器节点会先把数据传给汇聚节点，然后汇聚节点把数据通过串口传给上位机做进一步处理并显示给用户。协调器节点可以与多个传感器节点通信，这样可以使本系统同时监测多个区域，何时检测哪个区域通常由用户通过协调器节点来控

36、制。当被检测区域的障碍物较多或者协调器节点距离传感器节点较远时，可以通过增加路由器节点来增强网络的稳定性。当用户没有数据请求时，传感器节点只进行低功耗的信道扫描。图3-3温度采集系统示意图4温度检测系统硬件电路设计4.1 Zigbee芯片选择和简介4.1.1 zigbee芯片的选择现在的ZigBee芯片包括单芯片和ZigBee射频芯片两种芯片厂商提供的主力ZigBee射频芯片在性能上大同小异。比较流行的freescale的mcl3192和chipcon的cc2420以及Ember公司的芯片，它们在性能上基本相同，都支持IEEE802.15.4协议。射频芯片通过SPI接口与MCU相连，由MCU进

37、行控制。所谓单芯片，就是一个芯片上集成了ZigBee射频部分和MCUt,8以chipcon公司的cc2430为例，他将cc2420芯片与一个51单片机集成在同一篇芯片上，其体积与一个cc2420芯片差不多。从应软件开发的角度来看，选择cc2430或者选择cc2420外加一个带有SPI接口的单片机，软件设计是没有太大区别的，尤其是MAC层以上是完全相同的。但从硬件开发的角度来看，单芯片方案却比双芯片方便很多。在双芯片方案中，MCU和射频芯片之间用SPl接口相连，增加的布线的复杂性。而在高速PCB设计上，任何额外的布线和芯片数目的增加，都会对系统的正常工作产生影响，必须谨慎地选择芯片布置的位置和走

38、线。因此增加了PCB设计和调试的复杂性。从成本上看cc2430和cc2420价格接近，但使用cc2420时需外加一个单片机，增加了系统的成本。因此综合考虑，cc2430的单芯片解决方案是更好的选择。4.1.2 CC2430简介CC2430是一颗真正的系统芯片（SoC）CMoS解决方案（。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBeC为基础的2.4GHZISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHZDSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的尺寸只有77mm48-pin的封装，采用具有内嵌闪存的0.18微米CMOS标准技术。这可

39、实现数字基带处理器，RF、模拟电路及系统存储器整合在同一个硅晶片上。CC2430包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核，运行时钟32MHz。CC2430包含一个DMA控制器。8K字节静态RAM,其中的4K字节是超低功耗SRAMo32K,64K或128K字节的片内Flash块提供在电路可编程非易失性存储器。CC2430集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个32MHZ晶体振荡器，一个16MHZRC-振荡器，一个可选的32.768kHz晶体振荡器和一个可选的32.768kHzRC振荡器。CC2430也集成了用于用户自定义应用的外设。一个AES协处理器被集成在CC2430之中，用来支持

40、IEEE802.15.4MAC安全所需的(128位关键字)AES的运行，以尽可能少的占用微控制器。中断控制器为总共18个中断源提供服务，他们中的每个中断都被赋予4个中断优先级中的某一个。调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部Flash编程。I/O控制器的职责是21个一般I/O口的灵活分配和可靠控制。CC2430包括四个定时器：一个16位MAC定时器，用以为IEEE802.15.4的CSMA-CA算法提供定时以及为IEEE802.15.4的MAC层提供定时。一个一般的16位和两个8位定时器，支持典型的定时/计数功能，例如，输入捕捉、比较输出和PWM功能。CC2430内集成的其他外

41、设有：实时时钟；上电复位；8通道，814位ADC；可编程看门狗；两个可编程USART,用于主/从SPl或UART操作。为了更好的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了大多数对定时要求严格的一系列IEEE802.15.4MAC协议，以减轻微控制器的负担。这包括：自动前导帧发生器、同步字插入/检测、CRC-16校验、CCA、信号强度检测/数字RSSI、连接品质指示(LQD和CSMA/CA协处理器。4.1.3 CC2430芯片的主要特点CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051),具有128K

42、B可编程闪存和8KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer).AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdogtimer)、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(PowerOnReset)掉电检测电路(Brownoutdetection),以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18UmCMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。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。CC2430芯片的主要特点如下1 .高性能和低功耗的8051微控制器核。2 .集成符合IEE

43、E802.15.4标准的2.4GHZ的RF无线电收发机。3 .优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。4 .在休眠模式时仅0.9HA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6UA的流耗，外部的中断能唤醒系统。5 .硬件支持CSMA/CA功能。6 .较宽的电压范围(2.0-3.6V)o7 .数字化的RSSI/LQl支持和强大的DMA功能。8 .具有电池监测和温度感测功能。9 .集成了14位模数转换的ADC。10 .带有2个强大的支持几组协议的USART,以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。11 .强大和灵活的开发工具。4

44、.1.4I/O端口线引脚功能CC2430有21个可编程的I/O口引脚，P0、Pl口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。I/O口有下面的关键特性1 .可设置为通常的I/O口，也可以设置为外围I/O口使用。2 .在输入时有上拉和下拉能力。3 .全部21个数字I/O口引脚都具有响应外部的终端能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠式。16脚(Pl_2Pl_7):具有4mA输出驱动能力。89脚(P1_OP1)：具有20

45、mA的驱动能力。1118脚(P(LOP0_7)：具有4mA输出驱动能力。43,44,45,46,48脚(P2_4,P2_3,P2_2,P2_l,P2_0)：具有4mA输出驱动能力。电源线引脚功能：7脚(DVDD)：为I/O提供2.076V工作电压。20脚(AVDD_S0C)：为模拟电路连接2.03.6V的电压。23脚(AVDD_RREG)：为模拟电路连接2.03.6V的电压。24脚(RREG_0UT)：为25,2731,3540引脚端口提供L8V的稳定电压25脚(AVDDJFi):为接收器波段滤波模拟测试模块和VGA的第一部电路提供L8V压。27脚(AVDD_CHP)：为环状滤波器的第一部分电

46、路和充电泵提供1.8V电压。28脚(VeO_GUARD)：VCO屏蔽电路的报警连接端口。29W(AVDD_VC0)：为VCO和PLL环滤波器最后部分电路提供L8V电压30脚(AVDD_PRE):为预定标器、Div2和Lo缓冲器提供1.8V的电压。31脚(AVDD-RFl):为LNA,前置偏置电路和PA提供1.8V的电压。33脚(TXRX.SWITCH):为PA提供调整电压。35脚(AVDD_SW):为LNA/PA交换电路提供1.8V电压。36脚(AVDD_RF2):为接收和发射混频器提供1.8V电压。37脚(AVDDJF2):为低通滤波器和VGA的最后部分电路提供1.8V电压。38脚(AVDD_ADC):为ADC和DAC的模拟电路部分提供1.8V电压。39脚(DVDD_ADC):为ADC的数字电路部分提供L8V电压。40脚(AVDD_DGUARD):为隔离数字噪声电路连接电压。41脚(AVDD_DREG):向电压调节器核心提供2.03.6V电压。42脚(DCOUPL):提供L8V的去耦电压，此电压不为外电路所使用。47脚(DVDD):为I/O端口提供2.03.6V的电压。控制线引脚功能：10脚(RESET_N):复位引脚低电平有效。