ZigBee技術(shù)是一種最新興起的功耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳輸距離短、低成本、復(fù)雜度低的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，IEEE80211514是它的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，這是IEEE無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN（PersonalAreaNetwork）工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。伴隨著MEMS技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制、軍事生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、教育科研中有了更廣泛的應(yīng)用。為此，論述了在智能家居中一種架構(gòu)于CC2430芯片基礎(chǔ)上面的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)方法。
1 ZigBee技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)
ZigBee技術(shù)是一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備了IEEE80211514強(qiáng)有力的無(wú)線物理層所規(guī)定的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：省電、簡(jiǎn)單、成本又低的規(guī)格；并增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)安全層和應(yīng)用層。ZigBee的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括無(wú)線數(shù)據(jù)采集、無(wú)線工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車(chē)自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制等場(chǎng)合，其技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：①數(shù)據(jù)傳輸速率低；②功耗低；③通信可靠性高；④時(shí)延短；⑤網(wǎng)絡(luò)容量大；⑥數(shù)據(jù)的安全性高。
由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身要求節(jié)點(diǎn)密集、節(jié)能、方便路由等技術(shù)特點(diǎn)，可以看出應(yīng)用ZigBee技術(shù)作無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通訊是可行的。
2 CC2430芯片簡(jiǎn)介
CC2430是芯片巨人TI公司收購(gòu)無(wú)線單片機(jī)公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無(wú)線單片機(jī)系列芯片。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在CC2420的基礎(chǔ)上綁定了ZigBee協(xié)議棧，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM和其他一些功能，適用于IEEE80211514和ZigBee應(yīng)用。在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA.CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：
①較寬的電壓范圍（210～316V）；
②優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性；在休眠模式時(shí)僅019μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于016μA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；
③4種可編程功耗模式；可編程的看門(mén)狗定時(shí)器；上電復(fù)位功能；支持硬件調(diào)試功能；
④8KB的SRAM,其中4KB可在所有功耗模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；
⑤32MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE80211514標(biāo)準(zhǔn)214GHz頻段的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)；
⑥集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC;集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個(gè)強(qiáng)大的、支持幾組協(xié)議的USART,以及1個(gè)符合IEEE80211514規(guī)范的MAC計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。
3 總體硬件設(shè)計(jì)
智能家居安防中的紅外檢測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要要求檢測(cè)屋里是否有人入侵，無(wú)論是潛伏里面的或是剛進(jìn)入的，能把報(bào)警信息反饋到主人跟物管處，方便主人無(wú)論是白天或晚上外出，能知道家里情況。檢測(cè)只能在屋里進(jìn)行，排除屋外的檢測(cè)，造成報(bào)警干擾。故檢測(cè)部分選用紅外，其優(yōu)點(diǎn)為：
①探測(cè)器只響應(yīng)紅外線，故白天、黑夜均可以工作；
②能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其他非生物；
③能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；
④遇障礙物通訊中斷。
其中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊構(gòu)成。處理器模塊和無(wú)線通信模塊采用CC2430芯片，大大地簡(jiǎn)化了射頻電路的設(shè)計(jì)。
傳感器模塊采用集成紅外線探測(cè)傳感器PD632和微功率運(yùn)算放大器HT9274集成電路。電源模塊采用兩節(jié)115V的5號(hào)電池供電。在設(shè)計(jì)中CC2430的引腳P115用于SCK,P111用于DATA輸入，P112用于數(shù)據(jù)傳送時(shí)亮燈顯示。
4 程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集端軟件和數(shù)據(jù)接收端的軟件組成，都包含有發(fā)射程序和接收程序。其中都含有初始化的程序。其中初始化的程序主要是對(duì)單片機(jī)射頻芯片SPI等進(jìn)行初始化設(shè)置；發(fā)射程序?qū)⒋虬臄?shù)據(jù)包通過(guò)單片機(jī)的SPI接口送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成終端采集數(shù)據(jù)的接收并做出相應(yīng)的處理。其中數(shù)據(jù)采集軟件流程圖如圖1所示。在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，MCU微控制器首先初始化管理跟信道的選擇，低功耗定時(shí)器運(yùn)行準(zhǔn)備接收信號(hào)，等待傳感器請(qǐng)求信號(hào)，假如請(qǐng)求合法，則初始化采集數(shù)據(jù)，采集完畢后通過(guò)CC2430發(fā)送，完成數(shù)據(jù)采集功能。
下面給出數(shù)據(jù)采集主程序。
5 結(jié)語(yǔ)
在總結(jié)歸納對(duì)芯片CC2430已有研究設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，闡述了基于CC2430的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，節(jié)點(diǎn)能夠采集紅外的檢測(cè)數(shù)據(jù)并將采集的數(shù)據(jù)傳回主機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能家居中的紅外報(bào)警信號(hào)的收發(fā)。本文的研究為進(jìn)一步的安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種設(shè)計(jì)方案。
通過(guò)努力，一個(gè)功能更加完善，并且基于ZigBee技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)將會(huì)得到應(yīng)用。