基于CC2530的智能家居節點軟硬件設計

楊嬌 許志恒

摘要：本系統以TI公司的zigbee協議棧cc2530芯片為核心，介紹了一種基于cc2530處理器的智能家居節點的硬件設計方法，從總體結構上分別闡述了系統的工作原理和各個模塊的電路連接方式，以及各個模塊的電路特點。最后介紹了下一步系統開發的工作內容和目標。下一步利用該平臺實現zigbee的無線組網通過協調器和終端節點來進行網絡拓撲的驗證和數據傳送有效性的驗證。

關鍵詞：cc2530;智能家居;zigbee;硬件設計

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0132-01

0 引言

隨著信息技術的不斷發展，大數據、物聯網等技術日趨成熟，特別是物聯網技術的應用已經在人類社會中的各個方面開始嶄露頭角，為構建“智慧地球”發揮著越來越重要的作用。ZigBee技術是一種面向低速率連接、超低功耗、可容納海量節點的物聯網感知層無線自組網技術。ZigBee無線設備工作在免費的ISM頻段（2.4GHz），能夠支持的組網規模巨大，目前在森林防火、智能家居、食品溯源、軍工國防等領域有著廣泛的應用。本文重點介紹了一種基于美國德州儀器公司物聯網芯片CC2530的ZigBee網絡節點的硬件設計方法。

1 ZigBee硬件節點總體設計

ZigBee網絡技術是目前物聯網領域經常使用到的聯網技術，它具有通信距離短、實時工作能耗低、通信速率低（更準確的說法是專注于低速率的系統應用）的特點，而智能家居系統一般而言是主要對家庭房間內的各類家用電器進行控制和數據通信，通信的主要物理數據則是一些簡單的開關電平信號，或者簡單的調檔信號，這些信號的數據量非常小，并沒有太冗長的數據載荷，因此基于CC2530的設計方案比較適合做基于ZigBee網絡的智能家居的硬件節點。

在zigbee網絡理論中，單個網絡可以包含65535個硬件節點，基于如此海量的硬件設備節點從需求上足以滿足智能家居領域的節點數量要求，本設計基于CC2530嵌入式處理器為核心，通過搭載外部傳感器電路模塊構成節點硬件電路，系統主要模塊包含：cc2530處理器模塊、電源供電模塊、溫濕度傳感器模塊、光照傳感器模塊、OLED液晶顯示模塊等組成，系統框圖如圖1所示。

2 CC2530電路模塊設計

CC2530模塊是美國德州儀器（TI）公司開發的一款基于物聯網zigbee應用的低功耗嵌入式處理器，兼容zigbee協議規范802.15.4，內核為8051內核，集成，2.4GHz射頻收發單元，通用IO口，uart串口，AD采樣，定時器等外設，內部存儲資源包括256KB的只讀存儲器單元及8kB的隨機存儲器單元。Cc2530芯片的電路設計包含有時鐘電路、晶振電路及復位電路，CC2530供電電路部分由一個LC組成的濾波網絡來實現，供電電壓3.3V由供電模塊給出。復位電路由專用復位芯片BL8509構成，時鐘電路主要有一個高速33M的晶體振蕩器加上2個起振電容構成，另外還有一個32kHz的低速晶振提供給外部低速工作模塊使用。

3 外圍電路模塊設計

3.1 溫度傳感器模塊設計

在智能家居系統中，協調器節點主要實現對各個終端節點的無線數據通信，數據主要來源于終端節點的所感知的各類傳感信號，比如室內溫度，通過溫度傳感器模塊來檢測，從而實時發送給協調器，協調器通過網關來自動控制空調調節室溫等。本設計中就采用了數字溫度傳感器DS18B20，該傳感器模塊通過三線接口與處理器cc2530相連接，分別是電源5V，GND，和數據線，數據格式為9位二進制數據以及數據包協議，通過其專門的數據格式命令來進行溫度采集，數據讀寫等操作。

3.2 OLED液晶模塊設計

總所周知OLED是一種節能低功耗的新型液晶顯示技術，它具有低能耗、可視角度大、色彩艷麗等優點，被廣泛應用在嵌入式系統中作為顯示單元使用。本設計采用了128*64點陣的OLED液晶模塊，OLED液晶模塊與cc2530通過串行總線進行數據交互，一般可用IO口進行時序模擬，也可以用IIC總線或者SPI同步串口來進行硬件通信，本系統采用SPI同步串口來實現。作為系統在線狀態、網絡連接、數據發送信息提示等信息的顯示設備來使用。

3.3 射頻天線單元

CC2530內部集成無線收發模塊，在其電路外部只需要配備少量的電感電容網絡即可實現無線信號的收發。本設計采用天線設計理論中的巴倫匹配電路來構建。

4 結語

基于cc2530的智能家居節點硬件電路通過搭載外圍傳感器模塊實現了對室內溫度采集、光照等信息的采集，為下一步的協議棧提供了一個穩定可靠的運行平臺，下一步利用該平臺實現zigbee的無線組網通過協調器和終端節點來進行網絡拓撲的驗證和數據傳送有效性的驗證。

參考文獻

[1]王小強，張紅雨，孟海濱.一種適用于2.4GHz無線語音的IFA天線設計[J].電聲技術，2012（08）：58-61.

[2]衣翠平，柏逢明.基于ZigBee技術的CC2530糧庫溫濕度檢測系統研究[J].長春理工大學學報（自然科學版），2011（04）：53-57.

[3]李新.基于CC2530的Zigbee網絡節點設計[J].可編程控制器與工廠自動化，2011（03）：97-99.

A design of Underwater Acoustic Transmitter Based on Frequency Equalization

YANG Jiao，XU Zhi-heng

（Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou Jiangsu? 225100）

Abstract：This system takes the ZigBee protocol stack CC2530 chip of TI company as the core， introduces a kind of hardware design method of smart home node based on CC2530 processor， expatiates the working principle of the system， the circuit connection mode of each module， and the circuit characteristics of each module from the overall structure. Finally， the contents and objectives of the next system development are introduced.The next step is to use the platform to implement zigbee wireless networking to verify the network topology and verify the validity of data transmission through the coordinator and terminal nodes.

Key words：cc2530; smart home; zigbee; hardware design