ZigBee的节点温度采集系统设计

自20 世纪90 年代开始，无线网路技术逐渐发展，从GSM到Bluetooh，从无线 ATM到无线局域网，它们以不同的方式、不同的数据速率、在不同的距离上实现网络连接，实现信息的及时传递. 虽然人们能够随时随地与大洋彼岸的亲朋通话，且无线局域网能够使人们方便的接入英特网，但仍然要为家庭安装一个传感器或开关的布线而烦恼，为野外安装大量传感器的供电绞尽脑汁，即需要一种短距离、低数据速率、低成本、低功耗的无线网络技术. 在这种情况下，ZIGBEE技术应运而生. 2004 年12 月，ZigBee联盟正式发布了该技术标准， 许多公司和生产商已经陆续推出了自己的产品和开发系统， 如飞思卡尔的MC13192、Chipcon 公司的 CC2430、CC2530  Atmel 公司的 AT86RF210 等，2007 年初韩国移动手持设配制造商 CuritelCommunications 公司已经开始研制世界上款ZigBee手机，这种手机融入了 ZigBee 技术，能够使手机用户在短距离内操纵电动开关和控制电子设备。

.我国也有不少科研工作者关注这一领域，如西安达泰电子科技有限公司有各系列的实用开发系统推向市场，推出了ZigBee 2430、2530模块https://www.dataie.com

1 CC2430功能特点及内部单元模块

CC2430 芯片是 Chipcon 公司生产的首款符合 ZigBee 技术的 2.4GHz 射频系统单芯片，适用于各种ZigBee无线网络节点， 包括协调器、 路由器和终端设备. 它集成了增强型 51 内核MCU、 闪存、 IEEE802.15.4所需要的全部硬件. CC2430 soc家族包括3 个不同系列的产品， CC2430-F32、 CC2430-F64 和CC2430-F128.它们的区别在于内置闪存的容量不同，分别是32K、64K和128K 片内FLASH。.

芯片内部集成有两个低压降高效率电压调整器voltage regulator，其中一个为芯片内部数字部分(如MCU内核、DMA、存储器、定时器、USART 等)提供 3.3V 数字电源，另一个电压调整器为芯片内部模拟部分如射频前端、RC振荡器、晶体振荡器、片内温度传感器、ADC 部分提供3.3V稳定的模拟电源.芯片上有一个片上调试接口，此调试接口支持对片内FLASH 编程、访问内部 MEMORY 和SFR，还支持断点调试、单步运行、寄存器修改等功能. 此调试接口使用两个线控制，分别是 DEBUG DATA 和DEBUG CLOCK，占用两个I/O口，当不需要调试功能时，被占用的I/O 口可配置为通用I/O口使用. 利用此调试接口，可开发出低成本的芯片烧写器和芯片仿真器https://www.dataie.com，极大地方便了应用。

睡眠定时器(SLEEP TIMER)是一个低功耗的工作在32.768KHZ时钟下的 24bi t 向上计数睡眠定时器，上电复位后即自动开始运行，支持24 位捕获，可触发中断和DMA. 利用其低功耗、低时钟下工作特性，工作在PM2 模式，实现芯片定时唤醒。

芯片内部有4 类物理存储器空间， 分别是8KB 静态 RAM、 硬件SFR寄存器、 硬件RF 寄存器和FLASH存储器. 芯片将物理存储器空间分别对应到 8051 内核 MCU、CODE、DATA、SFR、XDATA 逻辑存储区域. CODE区是16 位宽度的只读程序存储器区域. DATA区是 8 位宽度的可读写数据存储器区域，CPU访问速度快，一个CPU周期访问. SFR 区是8 位宽度可读写寄存器区域，可位寻址，CPU访问速度快，一个CPU周期访问. XDATA 区是16 位宽度可读写数据存储器区域，CPU访问速度慢，通常要4～5 各CPU周期访问. 为了充分发挥DMA控制的优势，CC2430 设计成将所有物理存储器区域(Physical Memory)映射到XDATA区域上，以使DMA可在不同物理存储器区域上搬运数据如图：

2 系统总体方案设计

分布式温度测量系统主要由一台数据集中器(ZIGBEE协调器)、 一台PC机和放置在各处的温度监测节点(ZIGBEE 设备)组成. 数据集中器与各个温度测量节点组成一个 ZIGBEE 星型网络。 CC2430 芯片的标准通信距离 80m时，温度节点放置范围可在以数据集中器为中心80m 半径范围内。适当的增大发射功率可加大通信距离。增强型 ZIGBEE 模块有效通信距离可达 1000m. 温度监测节点的结构非常简单，仅由一个CC2430 模块和2 节1.5V电池构成，各个温度测量节点被初始化为无信标网络中的终端设备。上电复位后，开始搜索指定信道上的 PAN协调器，并发出连接请求，建立连接成功后，它将得到一个16 位短地址，并在以后用这个短地址通信，开启睡眠定时器，每隔10 秒钟醒来，醒来后使用一种简单的非时隙 CSMA－CA 机制，通过竞争取得信道使用权，主动向主节点发送数据利用片内温度传感器检测环境温度，并发送给主节点，然后立即再次进入睡眠状态，程度地降低功耗，延长从节点电池使用时间。数据集中器负责接收各温度节点的数据，并将数据及时通过RS232 串口按一定格式上传 PC 机显示出来。

Z_STACK协议栈提供了实现MAC 层底层管理及数据收发. 还提供了一些API 函数来简化分配、回收信息缓冲区、发送信息、信息的入队列、出队列等操作. 很多函数参数是个结构体指针，往往有多个成员项. 以这些基本功能函数为依托，构造适合分布式温度测量系统的上层应用程序代码即可。

基于CC2430的ZigBee开发套件可以用在设计各种需要实现分布式温度检测的场合，也可以用来监测湿度或其他温度物理量。更多信息https://www.dataie.com。