基于CC2530的物联网实训平台的设计与应用[1]

2015-03-25仲启秀卢海州

科技传播 2015年14期

关键词：常州底板天线

仲启秀，卢海州

1.常州工程职业技术学院，江苏常州 213164 2.常州高谷物联网科技有限公司，江苏常州 213164

基于CC2530的物联网实训平台的设计与应用[1]

仲启秀1，卢海州2

1.常州工程职业技术学院，江苏常州 213164 2.常州高谷物联网科技有限公司，江苏常州 213164

本文基于CC2530芯片设计实现了一款物联网综合实训平台，该平台集成温度、湿度、烟雾等传感器，通过LCD小液晶显示传感器数据，是一种应用灵活、成本低廉的教学实训设备，最后利用本平台实现了无线智能环境监测系统。

物联网；Zigbee无线通讯；传感器；环境监测

随着物联网技术的快速发展，物联网的人才需求与日俱增，如何培养高质量的物联网技术人才是目前高校面临的主要问题。本文设计的物联网实训平台是《Zigbee无线网络技术》

课程的专用实训设备。该实训平台抛弃传统的ARM控制中心，直接在CC2530Zigbee节点上，集成了大量传感器及LCD小液晶，不仅能够实现实训平台和协调器之间实现无线数据传输与组网，也能够单机使用，真正做到学习与应用双重功能。

1 实训平台设计

本实训平台由两部分组成，一部分是Zigbee协调器和Zigbee路由器，Zigbee协调器实现无线组网，Zigbee路由器实现数据转发功能；另一部分是Zigbee实训平台终端，实现传感器的数据采集及本地显示。两部分都是由CC2530核心模块搭载不同底板构成。

1.1 Zigbee 核心板原理设计

CC2530是用于2.4GHz IEEE 802.15.4/RF4CE/ Zigbee的第二代片上系统解决方案，CC2530的主要优势是成本低廉，组网功能强大。CC2530集成了业界领先的RF收发器、增强工业标准的8051 MCU，在系统可编程Flash存储器，8 KB RAM和许多其它强大功能。CC2530具备多种运行模式，运行功耗超低，不同运行模式间转换时间非常短，减少芯片的功率消耗。Zigbee核心模块所搭建的射频收发模块，集成了zigbee天线、天线与收发管脚之间的匹配电路、射频主芯片CC2530、外围器件及接口电路。系统框图如下。

1.1.1 CC2530 晶振设计

CC2530是非常敏感的射频芯片，对外部晶振要求高，因此核心芯片采用EPSON的TSX-3225系列的32MHz晶振，而32.768KHz选用EPSON的FC-135R，两个晶振都具备极低的频率公差及宽容值的负载电容，可以保证该模块在恶劣环境可靠的运行。

1.1.2 CC2530 电源设计

电源稳定是Zigbee核心板可靠运行的前提，由于CC2530非常敏感，故电源采用TI的超低噪声、高PSRR、快速射频、高电平启用的200mA低压降稳压器TPS79333，稳定输出3.3V直流电压，为CC2530供电。

这天晚上，阿东便上网下载哀乐。对于阿东来说，这是件容易不过的事。但是下载后，他回到学校，谁又能放给他听呢？阿东问父亲老巴，会不会开电脑，放音乐。老巴摇头说：“我哪有这个学问!”

1.1.3 CC2530 天线设计

CC2530具备可编程最高4.5dBm的天线输出功率，综合考虑，为保证模块小巧，同时具备高的增益输出，故选用2.4GHz的倒F天线，该天线的典型效率为80%（EB）或94%（SA），最高增益可达+3.3dBm。

1.2 Zigbee核心板PCB设计

根据Capture设计的电气原理图生成的网络表，导入到Allegro PCB Design软件进行手工布线，生成PCB图。为了保证EMC/EMI认证通过，该模块采用4层板，设计要点如下。

1）走线层尽量走在中间层，防止受外部环境干扰以及对外电磁辐射。

2）电源引脚应就近增加滤波电容，减少高频信号对电源干扰。

4）天线走线要尽量短，同时严格控制50Ω的阻抗匹配。

5）BALUN平衡器、天线滤波调谐器的合理设计。

6）与外部连接采用邮票孔的设计，方便模块的焊接使用。

7）预留电磁屏蔽罩的焊接位置。

1.3 Zigbee底板设计

1.3.1 Zigbee 核心底板的设计

CC2530具有非常丰富的外设，在设计核心底板时，将主芯片上的所有的引脚全部引出到底板，形成两排插针，CC2530周围所需的bypass电容已经全部设计到位，只需要提供2～3.6V的直流电压，核心模块即可正常稳定运行。

1.3.2 Zigbee 传感器底板设计

Zigbee 传感器底板设计是本实训平台的重点，通过IO端口集成了温度、湿度、烟雾传感器，同时集成了LCD液晶显示器，继电器，用户按键等用户设备，方便实现多种学习项目及实验操作。温湿度传感器采用瑞士进口的高精度数字温湿度SHT20。该传感器内置改进的电容式湿度传感器元件和能隙温度传感器元件，具备超低功耗及高湿度环境下的长期稳定性，标准的IIC接口。

1.4 Zigbee 协议栈移植及改造

Zigbee协议栈基于ZSTACK 2007移植改造，Zigbee实训平台节点需要设置周期性接收传感器数据事件，并完成转发动作。协议栈的应用层基于SampleApp. c进行改造，首先在ZDO_STATE_CHANGE事件ID下添加传感器模块的初始化函数和周期函数，然后在周期函数里添加SampleApp_SendPointToPointMessage()，最后将传感器数据通过AF_DataRequest函数发送给协调节点。