基於cc2430單片機的無線傳感器網絡節點的製作方法
2023-05-21 11:00:21 1
基於cc2430單片機的無線傳感器網絡節點的製作方法
【專利摘要】一種基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點，本實用新型節點屬於無線傳感器網絡【技術領域】。可用於工業數據採集，環境溫度監測，醫療監護等許多應用領域。目的在於實現無線傳感器網絡的標準化組網，提高節點的通用性及抗幹擾力，實現信號的採集與傳輸。其特徵是節點包括電源模塊，集成無線傳輸功能的微處理器模塊、串口通信模塊、按鍵模塊、傳感器接口模塊、信號採集與放大模塊、顯示與報警模塊。微處理器晶片採用TI公司的CC2430晶片，該晶片具有低功耗、低成本、抗幹擾能力強的特點，晶片內部集成了無線射頻模塊，能完美支持Zigbee協議。本節點的優點是複雜度低、生產成本低、抗幹擾能力強、能實現標準化組網。
【專利說明】基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點
【技術領域】
[0001]本實用新型節點屬於無線傳感器網絡【技術領域】，可用於工業數據採集，環境溫度監測，無線抄表，醫療監護等許多應用領域。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網絡的節點系統是構成無線傳感器網絡的基礎，是承載無線傳感器網絡的信息感知、數據處理和網絡功能的基本單元，目前常用的節點大多為採用分立元器件的系統集成技術。由於具體應用背景不同，國內外出現了多種無線傳感器網絡節點的硬體平臺。典型的無線傳感器網絡節點包括CrossBow公司生產的Mica2節點、中科院計算所研製的EASINet系列節點、Moteiv公司生產的Tmote節點、耶魯大學的XYZ節點、Intel公司生產的imote和imote2節點等。實際上，各平臺的主要區別是採用了不同的處理器、不同的無線通信技術以及應用了與環境有關的不同的傳感器。處理器的選擇從4位的微控制器到32位ARM內核的高端處理器都有所應用，常用的無線通信技術有802.lib、802.15.4(Zigbee)、射頻通信技術等，在節點與傳感器的連接上，有的節點採用擴展接口把處理器與傳感器電路板進行連接，增加了節點的通用性，有的節點把傳感器集成在節點電路板上，雖然降低了通用性，但降低了節點的成本和增加了節點的可靠性。由於實際需用節點的數量大，降低節點成本和提高節點的抗幹擾能力是非常重要的。
實用新型內容
[0003]本實用新型節點的設計目的在於實現無線傳感器網絡的標準化組網，提高節點的通用性及抗幹擾力，更好地應用於不同的環境中，實現信號的採集與傳輸。
[0004]本實用新型節點採用模塊化設計思想，包括電源模塊，集成無線傳輸功能的微處理器模塊，串口通信模塊，按鍵模塊，傳感器接口模塊，信號採集與放大模塊，顯示與報警模塊，其特徵是:電源模塊對整個電路進行供電，輸入電壓為+5V直流電，供電方式有電源適配器供電、電池供電、USB供電三種，模塊內置電壓轉換模塊可將+5V轉換為+3.3V輸出，+5V電壓對信號放大模塊供電，+3.3V電壓對其它模塊供電，傳感器接口模塊最多可連接兩路模擬傳感器和8路數字傳感器，數字傳感器採集的數字傳感信號直接送入微處理器模塊，模擬傳感器採集的模擬信號必須經信號放大後送入微處理器模塊，微處理器模塊最多能同時處理I路模擬傳感信號和4路數字傳感信號，CC2430微處理器集成了無線傳輸功能，支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee協議，支持節點進行Zigbee無線組網，能直接將數據以Zigbee無線傳輸的方式發送到其它節點，節點通過串口通信模塊與PC機進行通信，實現節點與上位機的數據交換，LED與報警模塊可以讓用戶監測節點的狀態，用戶通過按鍵模塊來實現對節點的控制。
[0005]由於CC2430單片機具有低功耗、低成本、抗幹擾能力強的特點，該晶片還集成了無線發射功能，具備路由功能，是一款標準的Zigbee設備，能完美支持Zigbee協議，所以本節點的優點是複雜度低、生產成本低、抗幹擾能力強、通用性強、支持標準化組網。【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]本實用新型基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點的附圖如下:
[0007]圖1本實用新型基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點模塊設計圖；
[0008]圖2CC2430核心模塊設計圖
[0009]圖3電源模塊電路
[0010]圖4基於CC2430核心Zigbee模塊接口電路及復位電路
[0011]圖5按鍵模塊電路
[0012]圖6LED指示燈模塊電路
[0013]圖7數字傳感器模塊接口電路
[0014]圖8模擬傳感信號輸入接口及信號放大電路
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點作詳細敘述。
[0016]圖1為本實用新型基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點模塊設計圖。節點以CC2430核心模塊為控制中心，外圍連接著電源模塊、串口擴展模塊、IXD液晶顯示模塊、數字傳感信號輸入接口模塊、模擬傳感信號輸入接口模塊、模擬信號放大模塊、傳感信號輸入擴展接口模塊、LED狀態指示模塊、按鍵模塊。節點一共有8路數字傳感信號輸入接口和2路模擬傳感信號輸入接口。節點能同時處理其中的任意4路數字傳感信號和I路模擬傳感信號。
[0017]圖2為CC2430核心模塊設計圖。模塊以帶無線發射功能的CC2430晶片為核心，外圍包含晶振模塊、2.4GHz天線模塊、LED狀態指示模塊和接口模塊。其中接口模塊為20個引腳的雙排針，除了 3.3V電源引腳和接地引腳外，一共有18個功能引腳。
[0018]在製作節點之前，首先要選擇器件，了解器件性能特點，然後用protel AD6.9軟體或其他繪圖軟體繪製原理圖，生成PCB板圖，PCB板可由專門廠家製作加工，最後把器件按原理圖焊接到電路板上，完成節點的製作。下面對各部分的原理圖繪製進行詳細說明。
[0019]圖3為電源模塊電路，電源電路採用的是5V電源通過TPS79533轉換為3.3V工作電壓供電;USB提供電源，通過TPS79533轉換位3.3V工作電壓；仿真器直接提供3.3V工作電壓和電池供電四種電源方案。
[0020]圖4為基於CC2430核心Zigbee模塊接口電路及復位電路。接口電路將CC2430晶片的硬體資源向外擴展出來，用戶可以根據自己的需要製作外圍設備，也可以用不同的CPU來使用本底板。復位電路的作用是將單片機復位，該電路是一個典型的按鍵復位電路。
[0021]圖5為按鍵模塊電路。鍵盤電路由方向鍵和命令鍵組成，方向鍵通過電壓採樣完成，通過不同的電壓值來判斷按鍵值，命令按鍵直接通過埠判斷。
[0022]圖6為LED指示燈模塊電路。該電路可以通過撥碼開關來選擇要使用的LED並給其供電，而不使用的LED不供電，則其佔用的晶片引腳資源被釋放。本電路的設計增強了有限的晶片引腳資源的復用。
[0023]圖7為數字傳感器模塊接口電路。其中U6接口專用於數字溫度採集傳感器DS18820, J5接口可用於連接輸出為0-5V範圍的任何數字傳感器模塊。
[0024]圖8為模擬傳感信號輸入接口及信號放大電路。模擬傳感器信號經放大電路放大後直接輸入CC2430晶片引腳，CC2430晶片內部集成了 A/D轉換電路，具有A/D轉換能力。
[0025]節點PCB布線採用手工布線方式，在元件布局與PCB布線時要注意以下幾個方面:
[0026]一、注意元器件的布局，合理的布局更容易布線成功，元件的布局儘量美觀，分配密度合理，按鍵便於使用。
[0027]二、電源線和地線的問題:設計PCB板時，若電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁幹擾的可能性。如果設計的電源線和地線配合不當，如設計出系統環路，就會產生噪聲幹擾。電源線和地線要儘量加粗，減少環路電阻，同時，儘量使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助於增強抗噪聲能力。
[0028]三、數字電流不應流經模擬器件，高速電流不應流經低速器件。
[0029]畫好的電路板交予廠家加工，然後手工焊接元器件，形成無線傳感器網路節點。在焊接過程中，要注意器件引腳的方向，要防止虛焊和短路。
【權利要求】
1.一種基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點，採用模塊化設計思想，包括電源模塊，集成無線傳輸功能的微處理器模塊，串口通信模塊，按鍵模塊，傳感器接口模塊，信號採集與放大模塊，顯示與報警模塊，其特徵是:電源模塊對整個電路進行供電，輸入電壓為+5V直流電，供電方式有電源適配器供電、電池供電、USB供電三種，模塊內置電壓轉換模塊可將+5V轉換為+3.3V輸出，+5V電壓對信號放大模塊供電，+3.3V電壓對其它模塊供電，傳感器接口模塊最多可連接兩路模擬傳感器和8路數字傳感器，數字傳感器採集的數字傳感信號直接送入微處理器模塊，模擬傳感器採集的模擬信號必須經信號放大後送入微處理器模塊，微處理器模塊最多能同時處理I路模擬傳感信號和4路數字傳感信號，CC2430微處理器集成了無線傳輸功能，支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee協議，支持節點進行Zigbee無線組網，能直接將數據以Zigbee無線傳輸的方式發送到其它節點，節點通過串口通信模塊與PC機進行通信，實現節點與上位機的數據交換，LED與報警模塊可以讓用戶監測節點的狀態，用戶通過按鍵模塊來實現對節點的控制。
2.根據權利要求1所述的基於CC2430單片機的無線傳感器網絡節點，其特徵是:節點微處理器採用Chipcon公司的CC2430單片機。
【文檔編號】G08C17/02GK203675336SQ201320714290
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】鄒小平, 郭昌飛, 張榮榮, 莊光濤 申請人:北京信息科技大學