CN203675336U - 基于cc2430单片机的无线传感器网络节点 - Google Patents

Abstract

一种基于CC2430单片机的无线传感器网络节点，本实用新型节点属于无线传感器网络技术领域。可用于工业数据采集，环境温度监测，医疗监护等许多应用领域。目的在于实现无线传感器网络的标准化组网，提高节点的通用性及抗干扰力，实现信号的采集与传输。其特征是节点包括电源模块，集成无线传输功能的微处理器模块、串口通信模块、按键模块、传感器接口模块、信号采集与放大模块、显示与报警模块。微处理器芯片采用TI公司的CC2430芯片，该芯片具有低功耗、低成本、抗干扰能力强的特点，芯片内部集成了无线射频模块，能完美支持Zigbee协议。本节点的优点是复杂度低、生产成本低、抗干扰能力强、能实现标准化组网。

Description

基于CC2430单片机的无线传感器网络节点

技术领域

本实用新型节点属于无线传感器网络技术领域，可用于工业数据采集，环境温度监测，无线抄表，医疗监护等许多应用领域。 

背景技术

无线传感器网络的节点系统是构成无线传感器网络的基础，是承载无线传感器网络的信息感知、数据处理和网络功能的基本单元，目前常用的节点大多为采用分立元器件的系统集成技术。由于具体应用背景不同，国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。典型的无线传感器网络节点包括CrossBow公司生产的Mica2节点、中科院计算所研制的EASINet系列节点、Moteiv公司生产的Tmote节点、耶鲁大学的XYZ节点、Intel公司生产的imote和imote2节点等。实际上，各平台的主要区别是采用了不同的处理器、不同的无线通信技术以及应用了与环境有关的不同的传感器。处理器的选择从4位的微控制器到32位ARM内核的高端处理器都有所应用，常用的无线通信技术有802.1lb、802.15.4(Zigbee)、射频通信技术等，在节点与传感器的连接上，有的节点采用扩展接口把处理器与传感器电路板进行连接，增加了节点的通用性，有的节点把传感器集成在节点电路板上，虽然降低了通用性，但降低了节点的成本和增加了节点的可靠性。由于实际需用节点的数量大，降低节点成本和提高节点的抗干扰能力是非常重要的。 

实用新型内容

本实用新型节点的设计目的在于实现无线传感器网络的标准化组网，提高节点的通用性及抗干扰力，更好地应用于不同的环境中，实现信号的采集与传输。 

本实用新型节点采用模块化设计思想，包括电源模块，集成无线传输功能的微处理器模块，串口通信模块，按键模块，传感器接口模块，信号采集与放大模块，显示与报警模块，其特征是：电源模块对整个电路进行供电，输入电压为+5V直流电，供电方式有电源适配器供电、电池供电、USB供电三种，模块内置电压转换模块可将+5V转换为+3.3V输出，+5V电压对信号放大模块供电，+3.3V电压对其它模块供电，传感器接口模块最多可连接两路模拟传感器和8路数字传感器，数字传感器采集的数字传感信号直接送入微处理器模块，模拟传感器采集的模拟信号必须经信号放大后送入微处理器模块，微处理器模块最多能同时处理1路模拟传感信号和4路数字传感信号，CC2430微处理器集成了无线传输功能，支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议，支持节点进行Zigbee无线组网，能直接将数据以Zigbee无线传输的方式发送到其它节点，节点通过串口通信模块与PC机进行通信，实现节点与上位机的数据交换，LED与报警模块可以让用户监测节点的状态，用户通过按键模块来实现对节点的控制。 

由于CC2430单片机具有低功耗、低成本、抗干扰能力强的特点，该芯片还集成了无线发射功能，具备路由功能，是一款标准的Zigbee设备，能完美支持Zigbee协议，所以本节点的优点是复杂度低、生产 成本低、抗干扰能力强、通用性强、支持标准化组网。 

附图说明

本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点的附图如下： 

图1本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点模块设计图； 

图2CC2430核心模块设计图 

图3电源模块电路 

图4基于CC2430核心Zigbee模块接口电路及复位电路 

图5按键模块电路 

图6LED指示灯模块电路 

图7数字传感器模块接口电路 

图8模拟传感信号输入接口及信号放大电路 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点作详细叙述。 

图1为本实用新型基于CC2430单片机的无线传感器网络节点模块设计图。节点以CC2430核心模块为控制中心，外围连接着电源模块、串口扩展模块、LCD液晶显示模块、数字传感信号输入接口模块、模拟传感信号输入接口模块、模拟信号放大模块、传感信号输入扩展接口模块、LED状态指示模块、按键模块。节点一共有8路数字传感信号输入接口和2路模拟传感信号输入接口。节点能同时处理其中的任意4路数字传感信号和1路模拟传感信号。 

图2为CC2430核心模块设计图。模块以带无线发射功能的CC2430芯片为核心，外围包含晶振模块、2.4GHz天线模块、LED状态指示模块和接口模块。其中接口模块为20个引脚的双排针，除了3.3V电源引脚和接地引脚外，一共有18个功能引脚。 

在制作节点之前，首先要选择器件，了解器件性能特点，然后用protel AD6.9软件或其他绘图软件绘制原理图，生成PCB板图，PCB板可由专门厂家制作加工，最后把器件按原理图焊接到电路板上，完成节点的制作。下面对各部分的原理图绘制进行详细说明。 

图3为电源模块电路，电源电路采用的是5V电源通过TPS79533转换为3.3V工作电压供电；USB提供电源，通过TPS79533转换位3.3V工作电压；仿真器直接提供3.3V工作电压和电池供电四种电源方案。 

图4为基于CC2430核心Zigbee模块接口电路及复位电路。接口电路将CC2430芯片的硬件资源向外扩展出来，用户可以根据自己的需要制作外围设备，也可以用不同的CPU来使用本底板。复位电路的作用是将单片机复位，该电路是一个典型的按键复位电路。 

图5为按键模块电路。键盘电路由方向键和命令键组成，方向键通过电压采样完成，通过不同的电压值来判断按键值，命令按键直接通过端口判断。 

图6为LED指示灯模块电路。该电路可以通过拨码开关来选择要使用的LED并给其供电，而不使用的LED不供电，则其占用的芯片引脚资源被释放。本电路的设计增强了有限的芯片引脚资源的复用。 

图7为数字传感器模块接口电路。其中U6接口专用于数字温度采集传感器DS18820，J5接口可用于连接输出为0-5V范围的任何数字传感器模块。 

图8为模拟传感信号输入接口及信号放大电路。模拟传感器信号经放大电路放大后直接输入CC2430 芯片引脚，CC2430芯片内部集成了A/D转换电路，具有A/D转换能力。 

节点PCB布线采用手工布线方式，在元件布局与PCB布线时要注意以下几个方面： 

一、注意元器件的布局，合理的布局更容易布线成功，元件的布局尽量美观，分配密度合理，按键便于使用。 

二、电源线和地线的问题：设计PCB板时，若电源线和地线的位置良好配合，可以降低电磁干扰的可能性。如果设计的电源线和地线配合不当，如设计出系统环路，就会产生噪声干扰。电源线和地线要尽量加粗，减少环路电阻，同时，尽量使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。 

三、数字电流不应流经模拟器件，高速电流不应流经低速器件。 

画好的电路板交予厂家加工，然后手工焊接元器件，形成无线传感器网路节点。在焊接过程中，要注意器件引脚的方向，要防止虚焊和短路。 

Claims (2)

1.一种基于CC2430单片机的无线传感器网络节点，采用模块化设计思想，包括电源模块，集成无线传输功能的微处理器模块，串口通信模块，按键模块，传感器接口模块，信号采集与放大模块，显示与报警模块，其特征是：电源模块对整个电路进行供电，输入电压为+5V直流电，供电方式有电源适配器供电、电池供电、USB供电三种，模块内置电压转换模块可将+5V转换为+3.3V输出，+5V电压对信号放大模块供电，+3.3V电压对其它模块供电，传感器接口模块最多可连接两路模拟传感器和8路数字传感器，数字传感器采集的数字传感信号直接送入微处理器模块，模拟传感器采集的模拟信号必须经信号放大后送入微处理器模块，微处理器模块最多能同时处理1路模拟传感信号和4路数字传感信号，CC2430微处理器集成了无线传输功能，支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议，支持节点进行Zigbee无线组网，能直接将数据以Zigbee无线传输的方式发送到其它节点，节点通过串口通信模块与PC机进行通信，实现节点与上位机的数据交换，LED与报警模块可以让用户监测节点的状态，用户通过按键模块来实现对节点的控制。 

2.根据权利要求1所述的基于CC2430单片机的无线传感器网络节点，其特征是：节点微处理器采用Chipcon公司的CC2430单片机。 

Images