基于CC2530的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

基于CC2530的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)第一節(jié)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本概念無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)〔WirelessSensorNetworks,WSN〕就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集、和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三要素：傳感器、感知對(duì)象和觀察者無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)、健康護(hù)理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉(cāng)庫(kù)管理，以及機(jī)場(chǎng)、大型工業(yè)園區(qū)的平安監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深入研究和廣泛應(yīng)用，它將逐漸深入到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)〔sensornode〕、會(huì)聚節(jié)點(diǎn)〔sinknode〕、和管理節(jié)點(diǎn)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近能夠通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳后路由到會(huì)聚節(jié)點(diǎn)。最后，還能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)：通常是一個(gè)微型的操作系統(tǒng)，它的處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力相對(duì)較弱通過(guò)攜帶能量有限的電池供電。從網(wǎng)絡(luò)功能上來(lái)看，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的終端和路由器雙重功能。除了進(jìn)行本地信息采集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合等處

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本單元，一般由處理器模塊、無(wú)線通信模塊、傳感器模塊和電源管理模塊組成。器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)消耗的主要能耗也集中在這個(gè)模塊中，所以要考慮通信模塊的工作模式和收發(fā)能耗，這對(duì)于降低單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗以及延長(zhǎng)整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命非常關(guān)鍵。〔3〕傳感器模塊：傳感器模塊主要由各種類型的傳感器和AD/DC轉(zhuǎn)換等子模塊構(gòu)成。被監(jiān)測(cè)物理信號(hào)的類型決定了傳感器單元的類型，而且不同類型的傳感器在功能和能耗方面都存在很大差異?？梢愿鶕?jù)我們感興趣的物理信號(hào)，使用不同類型的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后傳送給處理器模塊進(jìn)行必要的處理。〔4〕電源管理模塊：電源管理模塊不但為傳感器節(jié)點(diǎn)提供正常工作所必需的能源，同時(shí)提供必要的電源管理機(jī)制來(lái)延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。因此，傳感器節(jié)點(diǎn)是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)，要求其各個(gè)模塊的性能必須是相互協(xié)調(diào)和高效的，各個(gè)模塊的選擇可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行權(quán)衡和取舍。三、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)〔1〕節(jié)點(diǎn)眾多：一般情況下傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、速率慢，所以為了獲取精確的信息，通常在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)?！?〕網(wǎng)絡(luò)自組織：在被部署區(qū)域，傳感器節(jié)點(diǎn)的位置通常是不固定的，甚至是移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)間的相互鄰居關(guān)系也不能預(yù)先知道，甚至是隨時(shí)變化的。這就要求節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)配置和管理，通過(guò)拓?fù)淇刂坪途W(wǎng)絡(luò)協(xié)議形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！?〕多跳路由：?jiǎn)喂?jié)點(diǎn)通信距離有限。如果希望與其通信能力覆蓋范圍外的節(jié)點(diǎn)通信，那么需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是信息的發(fā)起者，也可以是信息的轉(zhuǎn)發(fā)著?！?〕網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性：節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)，也可以隨機(jī)退出或參加到網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總是處在變化中?！?〕網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心：網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心：傳感器是網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)的根源，沒(méi)有了傳感器，網(wǎng)絡(luò)也就失去了意義?！?〕面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)：傳感器用來(lái)感知客觀的物理世界，獲取物理世界的信息量?？陀^世界的物理量多種多樣。不同的傳感器應(yīng)用關(guān)系不同的物理量。因此，傳感器對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的要求具有多樣性。因此網(wǎng)絡(luò)的部署必須有目的性，沒(méi)有哪一種網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)所有的應(yīng)用場(chǎng)景。

第二節(jié)基于CC2530的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

一、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要考慮以下幾個(gè)方面：〔1〕微型化：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在保證對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)本身的特性不會(huì)造成影響的根底上，要求在體積上盡可能的小。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，甚至需要目標(biāo)系統(tǒng)能夠小到不容易讓人覺(jué)察的程度，來(lái)完成一些特殊任務(wù)。在軟件方面，要求所有的模塊的軟件都應(yīng)該精簡(jiǎn)，沒(méi)有冗余代碼，對(duì)不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要配套不同的軟件代碼?！?〕擴(kuò)展性和靈活性：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要定義統(tǒng)一的、完整的外部接口，在需要添加新的硬件部件時(shí)，可以再現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)上直接添加，而不需要開(kāi)發(fā)新的傳感器節(jié)點(diǎn)。可以根據(jù)需要開(kāi)發(fā)多種應(yīng)用，在相同的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。軟件的擴(kuò)展性表達(dá)在節(jié)點(diǎn)的軟件不需要額外的設(shè)備就可以自動(dòng)升級(jí)?！?〕穩(wěn)定性和平安性：傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)部件都能夠在給定的外部變化范圍內(nèi)正常工作，在給定的溫度、濕度、壓力條件下，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊都要保證正常的功能，所以傳感器節(jié)點(diǎn)必須具有穩(wěn)定性和平安性。穩(wěn)定性在軟件上也要得到保證，一方面要保證邏輯上的正確性與完整性，另一方面保證硬件上出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)的感知并采取積極的措施，如協(xié)議棧復(fù)位等?！?〕低本錢：低本錢是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的根本要求。只有低本錢，才能大量地布置在目標(biāo)區(qū)域中，也才能表現(xiàn)出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點(diǎn)。低本錢也對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)各個(gè)部件都提出了苛刻的要求。二、芯片選型調(diào)研了目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的根底上，總結(jié)出傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方式主要有兩種方式：一種是MCU+射頻芯片；一種是集成了MCU+射頻收發(fā)模塊的SOC。上面介紹的典型的傳感器節(jié)點(diǎn)根本上采用的是第一種設(shè)計(jì)方式，但是這種設(shè)計(jì)方式用在復(fù)雜的環(huán)境如礦井下會(huì)產(chǎn)生一些弊端。由于傳感器節(jié)點(diǎn)主要是由單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的組合，而非集成于一個(gè)芯片上，這必然需要人為的布置單片機(jī)與無(wú)線通信模塊的連接，這種組合連接方式的兼容性與芯片之間數(shù)據(jù)傳輸可靠性不如集成方式強(qiáng)，對(duì)于礦用器件，應(yīng)該選用更加可靠的傳輸方式。同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)各部件的這種組合與集成于一個(gè)芯片上設(shè)計(jì)相比，大大增加了節(jié)點(diǎn)的體積與重量。組合時(shí)的可靠性，同時(shí)也減小了節(jié)點(diǎn)的體積與質(zhì)量?！?〕CC2530支持最新的ZigBee協(xié)議——ZigBee2007/PRO，而TI之前的SOC射頻芯片CC2430/CC2431等不支持ZigBee2007/PRO協(xié)議棧。ZigBee2007/PRO相對(duì)于以前的協(xié)議棧具有更好的互操作性、節(jié)點(diǎn)密度管理、數(shù)據(jù)負(fù)荷管理、頻率捷變等方面有重大進(jìn)步，且具有支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和低功耗特點(diǎn)。這就使得運(yùn)用CC2530設(shè)計(jì)出來(lái)的節(jié)點(diǎn)通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性能更穩(wěn)定可靠?！?〕CC2530相對(duì)于CC2430/CC2431來(lái)說(shuō)性能更優(yōu)、價(jià)格更低。價(jià)格：由于TI早已停產(chǎn)CC2430/CC2431造成目前市場(chǎng)上的該類產(chǎn)品均為庫(kù)存，“求大于供〞每片CC2430有二十多元，每片CC2431的價(jià)格更是高大一百元。而每片CC2530的價(jià)格大概在十八元。注：CC2431內(nèi)部集成有硬件定位引擎而CC2430內(nèi)部沒(méi)有。其他性能二者均相同。性能：以下是CC2530與CC2430/CC2431之間的性能比較：

注：CC2530的引腳描述為：三、CC2530的CPU介紹針對(duì)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件的執(zhí)行對(duì)MCU處理能力的要求，CC2530包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘32MHz。CC2530增強(qiáng)型8051內(nèi)核使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令集，因?yàn)椋骸?〕每個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期而標(biāo)準(zhǔn)8051中是12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期；〔2〕除去被浪費(fèi)掉的總線狀態(tài)的方式使得使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令集的CC2530增強(qiáng)型8051內(nèi)核，具有8倍于標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核的性能。由于指令周期在可能的情況下包含了取指令操作所需的時(shí)間，故絕大多數(shù)單字節(jié)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。除了速度的提高，CC2530增加內(nèi)核還增加了兩個(gè)局部：1〕第二個(gè)數(shù)據(jù)指針；2〕擴(kuò)展了18個(gè)中斷源。CC2530的8051內(nèi)核的目標(biāo)代碼兼容標(biāo)準(zhǔn)8051的微處器。換句話說(shuō)，CC2530的8051內(nèi)核的目標(biāo)碼與標(biāo)準(zhǔn)8051完全兼容可以使用標(biāo)準(zhǔn)8051的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，所有的CC2530的8051指令在目標(biāo)碼和功能上與同類的標(biāo)準(zhǔn)的8051產(chǎn)品完全等價(jià)。不管怎樣講，由于CC2530的8051內(nèi)核使用不同于標(biāo)準(zhǔn)的指令時(shí)鐘，因此在編程時(shí)候與標(biāo)準(zhǔn)的8051代碼略有不同，主要是因?yàn)橥庠O(shè)如定時(shí)器等不同于標(biāo)準(zhǔn)的8051。四、無(wú)線射頻電路設(shè)計(jì)

CC2530內(nèi)部集成的無(wú)線通信模塊其內(nèi)核是符合協(xié)議的，支持CRC硬件校驗(yàn)。CC2420具有完全集成的壓控振蕩器，只需要天線、晶振等少量的的外圍電路元器件就能在2.4GHZ的頻段上工作。CC2420內(nèi)部使用1.8V工作電壓，因此功耗很低，適合用于電池供電的設(shè)備；片內(nèi)集成的直流穩(wěn)壓器，能夠把外界提供的3.3V的電壓轉(zhuǎn)化為1.8V電壓。在無(wú)線射頻電路的設(shè)計(jì)中以下內(nèi)容需要考慮：〔1〕阻抗匹配。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來(lái)匹配芯片的輸入輸出阻抗CC2530最正確的輸入輸出阻抗為50Ω，同時(shí)為芯片內(nèi)部的功率放大器(PA)及低噪聲放大器(LNA)提供直流偏置。CC2530的射頻信號(hào)采用差分方式，其最正確差分負(fù)載是69+29Ω。符合這個(gè)要求時(shí),信號(hào)傳輸中沒(méi)有信號(hào)反射產(chǎn)生，這樣就使得到達(dá)天線的信號(hào)最強(qiáng)。輸出阻抗與制作PCB的板材、線寬、層間距都有關(guān)系。所以在制作PCB時(shí)，應(yīng)該向廠家說(shuō)明輸出局部線路的阻抗匹配要求，由廠家來(lái)完成設(shè)計(jì)和計(jì)算，以確保最終的電路板能滿足阻抗匹配要求。注：通常無(wú)線射頻電路要求板材的介電常數(shù)越小越穩(wěn)定越好。介電常數(shù)越小，層間的電子移動(dòng)越少，射頻信號(hào)的泄漏也會(huì)越小，射頻信號(hào)在板上的損失就越小?！?〕高頻信號(hào)泄露。在CC2530中，本振〔LO〕信號(hào)尤其需要控制，否那么，耦合到電源層或者輸出信號(hào)線中，將對(duì)發(fā)送信號(hào)造成很大的干擾?？刂票菊裥孤兜膸追N有效方法是：選擇高Q值〔Q值表示器件的傳輸能量和器件本身?yè)p耗能量的比值。Q值越高表示損耗越小，器件的質(zhì)量越好〕的VCO〔壓控振蕩器〕電感；并且VCO電感需要放置在與VCO相對(duì)應(yīng)的位置。注：本振〔LO〕：就是LC振蕩器.用在超外差接收機(jī)中.超外差接收機(jī)中有一個(gè)振蕩器叫本機(jī)振蕩器.它產(chǎn)生的高頻電磁波與所接收的高頻信號(hào)混合而產(chǎn)生一個(gè)差頻,這個(gè)差頻就是中頻.如要接收的信號(hào)是900KHZ.本振頻率是1365KHZ.兩頻率混合后就可以產(chǎn)生一個(gè)465KHZ或者2265KHZ的差頻.接收機(jī)中用LC電路選擇465KHZ作為中頻信號(hào).因?yàn)楸菊耦l率比外來(lái)信號(hào)高465KHZ所以叫超外差?！?〕射頻天線的選擇。射頻天線需要考慮如下一些問(wèn)題：天線形狀、輸出方向、天線長(zhǎng)度、天線的材料。天線的形狀有很多種，有桿狀天線、環(huán)形天線和螺旋天線。從輸出方向上分為全向天線和定向天線，全向天線在水平平面上各個(gè)方向都有信號(hào)輸出；而定向天線通常只在某些特定的方向上才有信號(hào)輸出。對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用來(lái)說(shuō)因?yàn)椴荒茴A(yù)期其周圍傳感器節(jié)點(diǎn)的分布狀況，所以一般都要選擇全向天線。一般桿狀天線、螺旋天線和環(huán)形天線都可以在水平平面上實(shí)現(xiàn)全向收發(fā)，所以都可以考慮使用，只是在體積上有所區(qū)分。天線的長(zhǎng)度和射頻信號(hào)的頻率相關(guān)，一般選取射頻波長(zhǎng)的整數(shù)倍或者整分?jǐn)?shù)倍，對(duì)空間有限的應(yīng)用，，一般采用1/2或者1/4波長(zhǎng)的天線。天線的材料一般選用Q值比較低的非屏蔽線電路板上的信號(hào)往往要求信號(hào)的損失越小越好，所以選擇器件都會(huì)選擇Q值比較大的器件，而天線要盡量大地往電磁能量散播的空間中，才能有比較高的效率，所以需要選擇Q值比較小的材料。單極性天線是一種共鳴天線，長(zhǎng)度為其波長(zhǎng)的1/4。這種天線很容易設(shè)計(jì)，而且可以被設(shè)計(jì)為線形，甚至能夠集成到PCB中去。1/4波長(zhǎng)的單極性天線的長(zhǎng)度可以由式子：L=7125/f獲得。其中f的單位是MHZ，L的單位是cm。對(duì)于2450MHZ的單極性天線來(lái)說(shuō)，它的長(zhǎng)度是2.9cm。微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板上貼加上導(dǎo)體薄片而形成的天線，它是利用微帶線或者同軸線供電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間鼓勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。與接地板間的縫隙向外輻射。為了使用少量的元器件以及降低本錢，TI提供了可以應(yīng)用于CC2530的MicrostripBalun。Balun設(shè)計(jì)的目的就是使得：在發(fā)送模式時(shí)，把差分RF引腳的輸出轉(zhuǎn)化為單端50ΩRF信號(hào)；在接收模式時(shí)過(guò)程正好和發(fā)送模式相反。電阻匹配已經(jīng)直流供電到輸出階段也在巴比倫中執(zhí)行。由于這種設(shè)計(jì)的具體性能將很大程度依賴于MicrostripLines的布置，所以精確復(fù)制參考設(shè)計(jì)是非常重要的。以及降低本錢，使用單極子的一個(gè)不平衡的天線，應(yīng)該使用一個(gè)巴倫來(lái)最優(yōu)化性能。巴倫可以使用低本錢的分立電感和電容實(shí)現(xiàn)。顯示的推薦巴倫包括C262，L261，C252和L252。

〔4〕PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意的是選用器件的封裝、布局的位置都有可能對(duì)整個(gè)射頻模塊電路的性能產(chǎn)生影響，所以電阻、電容、電感都推薦使用0402封裝的器件，并且要盡量放置在距離CC2530芯片各引腳比較近的位置?！?〕PCB板層設(shè)計(jì)：射頻模塊的PCB板層推薦使用雙面板進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。其中一面放置元器件和走線。兩一面盡量保證一個(gè)完整的地平面，并且射頻信號(hào)局部不能有任何信號(hào)線。五、傳感器模塊設(shè)計(jì)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器模塊是非常重要的，它是采集數(shù)據(jù)的原始來(lái)源，同時(shí)基于系統(tǒng)通用性考慮，采用的多種傳感器支持在軟件和硬件上兼容。CC2530的外設(shè)接口是可配置的，把它的接口用插針引出，根據(jù)不同的應(yīng)用隨時(shí)添加不同的傳感器。我們主要采用是低功耗、低本錢的數(shù)字式傳感器，把采集獲得的感興趣的信息存儲(chǔ)在CC2530的存儲(chǔ)器中，然后把

CC2530通過(guò)定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的方式或是通過(guò)超過(guò)閾值的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)模器塊接收。注：電阻R301主要用來(lái)為32MHz的晶振提供一個(gè)適宜的工作電流；R301為56kΩ六、外圍的接口設(shè)計(jì)以及節(jié)點(diǎn)電路描述根據(jù)實(shí)際需要，傳感器節(jié)點(diǎn)提供用戶接口供接入各種功能傳感器〔包括溫度傳感器、CO傳感器等〕，USB控制器的接口等。1.電源模塊使用穩(wěn)壓芯片TPS73033在輸入2.0V~3.6V情況下，保證輸出穩(wěn)壓3.3V?！簿唧w的TPS79333的參數(shù)下去可以詳查其Datasheet〕

3、數(shù)碼管顯示模塊為了防止添加傳感器后，數(shù)碼管發(fā)生隨機(jī)亮滅的現(xiàn)象。我們需要在IO口與數(shù)碼管的連接處加上鎖存器SN74H373其相關(guān)參數(shù)為：電壓范圍：

輸入鉗位電流：+/-20mA輸出鉗位電流：+/-20mA

連續(xù)輸出電流：+/-70mA由此可見(jiàn)，該芯片的主要參數(shù)均符合該設(shè)計(jì)的相關(guān)應(yīng)用。

3、聲光報(bào)警模塊按照國(guó)家對(duì)礦井下監(jiān)控設(shè)備的要求，必須實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，所以在傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，參加了聲光報(bào)警模塊。

4、RS232接口模塊

RS232接口負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)與PC之間的通信。其中，SP3232芯片負(fù)責(zé)RS232電平的轉(zhuǎn)化。

5、JTAG接口模塊

JTAG接口主要是用來(lái)連接仿真器，然后再由仿真器來(lái)連接PC，對(duì)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)程序的下載和在線調(diào)試功能。

注：通過(guò)仿真器下載程序過(guò)程中用到的引腳只有1、2、3、4、7，也就是說(shuō)除了電源、地和復(fù)位線以外，只需要DC、DD兩個(gè)調(diào)試線，其中DC是調(diào)試時(shí)鐘信號(hào)線，DD是調(diào)試數(shù)據(jù)線。其他信號(hào)線TX1、RX1與CC2530的串口相連。9、10兩引腳用來(lái)做了普通接口線。

最后協(xié)調(diào)器/網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)總體的樣式為：

六、傳感器介紹1.溫度傳感器這里選用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器〔傳感器探頭、數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化-ADC已全部集成有芯片內(nèi)部〕，該傳感器只輸出數(shù)字信號(hào)設(shè)計(jì)中只是負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單地監(jiān)測(cè)外部環(huán)境的溫度。該傳感器具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器特點(diǎn)。引腳介紹：GND:地；DQ:信號(hào)輸入輸出；VDD:電源正。硬件鏈接采用單總線，即采用單條信號(hào)線直接連接一個(gè)IO口即可。單條信號(hào)線既可以傳輸時(shí)鐘信號(hào)又可以傳輸數(shù)據(jù)。

注：該單總線通常要外接一個(gè)約為5kΩ的上拉電阻。七、電路板布線設(shè)計(jì)原那么為減少干擾提高設(shè)計(jì)電路的可靠性，布線時(shí)一般要采取了以下措施:(1)適當(dāng)加寬電源線和地線的寬度。導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜,它的最小值以承受的電流大小而定，在電路設(shè)計(jì)中適當(dāng)加寬電源、地線的寬度，遵循地線寬度>電源線寬度>信號(hào)線寬度的原那么，傳感器節(jié)點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)中分別取地線為40mil、電源線30mil、信號(hào)12mil。(2)信號(hào)線近距離走線時(shí)應(yīng)盡量防止平行走線，防止平行走線引入的“交叉干擾;走線間距在可能的情況下盡量滿足3W原那么，即平行走線之間的邊緣距離不小于單根走線寬度的2倍。(3)遵循導(dǎo)線盡可能短的原那么，高頻電路布線和晶振的走線連接更應(yīng)如此；導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角或45度折線，防止直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下產(chǎn)生內(nèi)部邊緣電場(chǎng)噪聲；雙面布線時(shí)，兩層導(dǎo)線采用相互垂直、斜交或彎曲等走線方式，以防止相互平行產(chǎn)生的寄生耦合。(4)數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)；同一功能的電路安排在一定范圍之內(nèi)；各功能電路的濾波網(wǎng)絡(luò)就近連接；對(duì)于電路中易受干擾的器件,布局時(shí)避開(kāi)干擾源。CC2530射頻電路工作2.400GHz～2.4835GHz高頻率工作頻段，抗干擾設(shè)計(jì)直接關(guān)系到射頻局部的性能和整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。在射頻局部布線時(shí)，合理的布局和布線設(shè)計(jì)及采用多層板既是布線所必須的也是降低電磁干擾提高抗干擾能力的有效手段。布線設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意以下幾點(diǎn)：一是射頻電路沒(méi)有用做布線的面積均需用銅填充并連接到地，以提供RF屏蔽到達(dá)有效抗干擾的目的；二是CC2530芯片底部應(yīng)該接地，為了降低延遲、減少串?dāng)_，確保高頻信號(hào)的傳輸，要使用多個(gè)接地過(guò)孔將芯片底部和地層相連；三是盡可能地減少串?dāng)_，減少分布參數(shù)的影響，所有的元器件要盡可能緊密地分布在CC2530的周圍，并使用較小封裝，例如電阻、電容和電感都采用0402封裝。我們可以采用4層電路板設(shè)計(jì)：第1層布設(shè)信號(hào)線；第2層布設(shè)數(shù)據(jù)線；第3層布設(shè)供電線路；第4層布設(shè)接地線路。這樣相對(duì)于雙面板來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)的性能更穩(wěn)定，通信距離更遠(yuǎn)。八、模塊功能實(shí)現(xiàn)

在介紹系統(tǒng)模塊功能實(shí)現(xiàn)之前先簡(jiǎn)單介紹以下ZigBee協(xié)議棧：

按照OSI模型，ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層，從下向上分別為物理層、媒體訪問(wèn)層〔MAC〕、網(wǎng)絡(luò)層次和應(yīng)用層。最低兩層即物理層和MAC層應(yīng)用了協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟制定，每一層向他的上一層提供數(shù)據(jù)和管理效勞。ZigBee的應(yīng)用層有應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對(duì)象組成。

1.節(jié)點(diǎn)工作總的流程為：系統(tǒng)在上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入程序主循環(huán)，檢查收發(fā)機(jī)狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，判斷數(shù)據(jù)收發(fā)是否結(jié)束，繼續(xù)進(jìn)入循環(huán)并發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。初始化過(guò)程主要有初始化1/O、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、建立信道等。系統(tǒng)具體初始化流程如以下圖：

2.節(jié)點(diǎn)初始化：

節(jié)點(diǎn)初始化是和zigBee協(xié)議棧緊密關(guān)聯(lián)，其實(shí)也是協(xié)議棧的初始化[301，軟件協(xié)議棧在底層工作，提供底層驅(qū)動(dòng)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)配置信息進(jìn)行一些硬件的初始化工作。下面給出初始化流程圖：

3.協(xié)議棧初始化函數(shù)Tl提供的Z一Stack的物理層功能函數(shù)有：MAC_init//MAC層初始化MAC_InitDeviee//初始化設(shè)備MAC_initCoord//初始化協(xié)調(diào)器MAC_McPsDataReq//應(yīng)用層請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)MAC_MlmeAssoeiateReq//設(shè)備請(qǐng)求連接MAC_MlmeAssoeiateRsp//協(xié)調(diào)器對(duì)連接請(qǐng)求響應(yīng)

應(yīng)用層初始化函數(shù)：

(1)

射頻初始化函數(shù)BOOLsppInit(UINT32frequency,BYTEaddress)初始化簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包裝協(xié)議:simplePacketProtocol(SPP)

(2)發(fā)送數(shù)據(jù)包函數(shù)BYTEsppSend(SPP_TX_STRUCT*pPacketPointer)發(fā)送length字節(jié)的數(shù)據(jù)(最多122)

(3)接收數(shù)據(jù)包函數(shù)

voidsppReceive(SPP_RX_STRUCT*pReceiveData)這個(gè)函數(shù)使能接收122字節(jié)，包括頭和尾。

(4)射頻主函數(shù)

這里重點(diǎn)介紹一下通信功能實(shí)現(xiàn)：無(wú)線模塊數(shù)據(jù)的發(fā)送函數(shù)的主要功能是把消息轉(zhuǎn)換成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信要求的數(shù)據(jù)格式，并通過(guò)射頻模塊的硬件發(fā)送出去。數(shù)據(jù)發(fā)射函數(shù)：BYTEsppSend(SPP_TX_STRUCT*pPacketPointer)它是整個(gè)消息進(jìn)行無(wú)線發(fā)送的源頭，它能發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度到達(dá)122字節(jié)的消息〔因?yàn)榧由项^傳感器節(jié)點(diǎn)信息以及狀態(tài)標(biāo)志信息的，最大值不能超過(guò)128字節(jié)〕，根據(jù)目的地址和源地址，選擇確定消息發(fā)送的通道，將該消息成功的發(fā)送到目的地址。無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)

接收函數(shù)的主要功能是把接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)