基于CC2530的智能无线装置设计

陈小龙，郑炜超，朱春望

（江苏科技大学 计算机科学与工程学院，江苏 镇江 212003）

随着网络技术和通信技术的不断进步，物联网一词走入了人们的视线。随之而来的智能家居系统也成为时下的热门[1]。智能家居在发展的过程中也出现了一些难题，主要表现为以下两方面：一是现在的智能家居系统大多采用无线通信的方式，无法对现有的家居设备进行直接控制，特别是现有的红外设备种类繁多，无法集中式管理。二是现在的智能家居很少注重对资源的节俭，红外设备的待机资源浪费尤为明显。本文提出的基于CC2530的智能无线装置不但可以很好的对现有的红外设备进行集中式的管理而且可以避免待机资源浪费。

1 CC2530简介及总体设计

TI公司的推出的CC2530是第二代的Zigbee RF收发器.主要用于2.4 GHz的ISM频段。其集成了1个高性能的RF收发器和1个优化的低功耗的8051微控制器内核。具有优秀的接收器灵敏度和优越的抗干扰性。同时，CC2530可以配备TI的Remo TI，ZStack或Simplici TI等专有或标准兼容的网络协议栈来简化开发[2]。CC2530作为处理器不仅可以方便的进行Zigbee通信，将其IO口扩展还可以连接其他通信模块，可以实现多种无线方式对其控制。

智能无线装置由CC2530、Zigbee外接天线、WiFi模块、蓝牙模块、红外收发模块、传感器组、继电器插座和扩展模块组成。监控前端的硬件模块设计如图1所示，WiFi模块采用了ESP8266模块，通过UART连接至CC2530。蓝牙模块使用CC2540模块，CC2540模块没有使用USB转接，直接通过UART连接至处理器。红外收发模块，通过GPIO连接至处理器，红外发射通过三极管开关电路[3]，控制红外发光二极管两端的电压发射红外信号，红外接收采用了VS1838红外一体化接收头。传感器组是采用的SHT11温湿度传感器，通过IIC连接至CC2530。继电器插座，通过GPIO连接至处理器，继电器插座能有效防止待机资源耗费，监控前端通过继电器插座相连，当设备处于待机状态时，可以通过GPIO直接关闭电源，防止了待机资源的耗费。

图1 智能无线装置总体设计Fig.1 The overall design of intelligent wireless device

2 硬件关键设计

2.1 处理器及Zigbee天线电路

智能无线装置的处理器和Zigbee天线电路图，如图2所示。本系统用匹配CC2530芯片的2450BM15A0002代替传统CC2530芯片天线电路，2450BM15A0002体积小，功耗低且易焊接，使用2450BM15A0002能更好保证天线抗干扰性和稳定性[4]。CC2530芯片外接了32M和32.768 K的晶振，32M的晶振是用于CPU及外设使用，32.768 K的晶振是专门用于内部ZigBee天线。因为智能无线装置的无线通信模块、红外收发模块、传感器模块和继电器插座均采用外接的形式，所以CC2530的剩余管脚需要全部引出，其中红外收发模块和继电器插座采用普通管脚即可，而无线通信模块和传感器组需要专有的管脚进行控制，如：UART、IIC、SPI等功能的管脚。

图2 处理器及Zigbee电路Fig.2 Circuit of MCU and zigbee

2.2 红外收发模块

红外收发模块如图3所示，采用8050三极管发射驱动电路，8050三极管为硅三极管，比普通的三极管更加耐大电流。考虑到红外发射模块的发射距离和功耗问题，红外发射模块采用发射极钳制输出电路[5]，通过串联两个二极管使8050三极管的基极电压保持不变，使红外发光二极管中的电流保持不变从而使红外控制距离保持不变。

图3 红外发射和接收电路Fig.3 Circuit of IR transmitter and receiver circuit

红外接收模块采用VS1838一体化红外接收头，红外接收模块主要用于少量红外学习编码和红外收发调试，红外接收模块的距离可达到20米左右。

3 软件关键设计

智能无线装置的软件关键是实现通信功能，需要负责接收来自前端的命令控制红外设备，当传感器监测到周围异常，需要将信号反馈给前端。其次智能无线装置需要通过GPIO切断红外设备电源，防止红外设备待机资源浪费。

如图4所示，智能无线装置接收到前端的命令时，初始化后对接收到的信号种类进行判断，通过后智能无线装置对接收到信号进行解析，对比指令表判断是否为有效信号，如果为有效信号则发送信号给红外设备。

智能无线装置需要将传感器信息反馈给前端。如图5所示，智能无线装置接收传感器信号后直接对传感器数据进行解析，如果是有效信号即通过无线模块给前端发送反馈信号。传感器模块可能会检测到周围异常情况，这就要求监控前端必须要将信息反馈给前端。传感器模块可能会检测到周围异常情况，这就要求监控前端必须要实时将信息反馈给前端，所以最后会做出发射成功的判断。

图4 软件控制流程Fig.4 Flow of software control

图5 软件反馈流程Fig.5 Flow of software feedback

4 测试分析

红外设备采用了自主设计以红外方式控制的电灯，首先通过房间、电器的查找，找到红外控制灯的模拟遥控器，模拟遥控器上有灯的开关和灯光强弱控制，通过控制模拟遥控器开关即可控制灯的开关，起始状态红外灯的状态为关闭状态。点击开灯按键，电灯很快被打开，如图6所示，开灯状态。

通过智能手机能够查看到传感器数据，如图7所示，智能手机可以查看到智能无线装置中缓存的温度和湿度的数据。

5 结束语

图6 开灯状态Fig.6 Lights status

图7 温湿度数据Fig.7 Data of temperature and humidity

基于CC2530的智能无线装置可以对红外设备进行统一控制，前端装置也可以接收到智能无线装置上传感器监测的信息。对于防止红外设备待机资源的浪费，智能无线装置通过GPIO口与继电器插座相连，通过控制IO口就可以直接切断红外设备电源，防止了待机资源的浪费。后期非红外设备也可以插入智能无线装置上的继电器插座中，这样前端装置也可以控制非红外设备的开关。

[1]邵振,章勇,刘培培，等.应用于智能家居中的学习型红外模块设计[J].中国电子商情：通信市场,2012,(4):27-32.

[2]任志健,莫伟健,万智萍，等.基于CC2530的Zigbee2007/PRO协议的无线温湿度系统设计 [J].电子设计工程,2012,20(10):40-43,48.

[3]官飞.三极管的开关电路[J].河南科技,2013(6):2-3.

[4]王江曼.无线通信中的智能天线技术研究[D].上海：华东师范大学,2011.

[5]张科.基于ZigBee智能家居控制系统的研究与设计 [D].镇江：江苏科技大学,2013.

[6]杨玉昆.基于Android平台的交通调查数据采集方法的研究[D].广州：华南理工大学,2014.