基于ZigBee技术的温度采集系统设计(5)

基于Zigbee技术的温度采集系统设计

图3.2 系统硬件平台

3.2.2 ZigBee通信模块

ZigBee通信模块采用德州仪器（Texas Instrument）公司的CC2530通信芯片。CC2530是挪威Chipcon公司的一款真正符合IEEE802．15．4标准的片上ZigBee产品。CC2530采用Chipcom公司最新的SmaitRF03技术和0.18μmCMOS工艺制造，采用7×7 mmQLP48封装。该芯片除了包括RF收发器外，还集成了加强型805lMCU、32/64/128kB的Flash内存、8KB的RAM、ADC、DMA和看门狗等。CC2530工作在2.4GHz频段，采用低电压(2.O～3.6V)供电，且功耗很低(接收数据时为27mA，发送数据时为25mA)、灵敏度高(-97dBm)、最大输出为24dBm、最大传送速率为250kb/s。CC2530的外围元件数目很少，它使用非平衡天线，因为连接非平衡变压器可使天线性能更好。CC2530无线单片机在待机时的电流消耗仅

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0.2μA，在32kHz晶体时钟下运行时的电流消耗小于1μA。因此，使用小型电池寿命可以长达10年[13]。 3.2.3 通信模块电路设计

由于CC2530芯片的高集成度，设计通信模块的外围电路时仅需少量外围元件即可完成数据处理和传输功能，可显著降低系统成本。图3.3出了CC2530芯片的外围电路，主要由电源模块、晶振电路、天线电路等部分组成。

图3.3 CC2530芯片外围电路

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在硬件设计上它采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降到1个，因此指令执行速度有很大的提高。具有64个I/O引脚,每个端口都可以配置成推挽或漏极开路输出，可以满足本系统IO口需要。该芯片除了具有标准8051的数字外设之外，片内还集成了许多有用的模拟和数字外设及功能部件，如模拟多路开关、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、看门狗定时器等,支持在系统编程和调试等，本系统主控单元由单片机与CC2530共同完成数据的收集、存储、显示。串口电路用于CC2530将接收到的数据传送给上位工控机，由于上位工控机与CC2530的电平不一致，所以需要一个MAX232电平转换电路[8]。

该节点由无线收发器CC2530、射频天线RF、电源模块、晶振电路和串口电路组成。RF的输入/输出是高阻和差动的，用于RF口最合适的差动负载是(115+j180)Ω。当使用不平衡天线(例如单极天线)时，为了优化性能，应当使用不平衡变压器。不平衡变压器可以运行在使用低成本的单独电感器和电容器的场合。电源模块用于CC2530的数字I/O和部分模拟I/O的供电，供电电压为2.0～3.6V。CC2530可以同时接32MHz和32.768kHz的两种频率的晶振电路，以满足不同的要求。外设与CC2530的连接非常简单，仅需一根接口线，接口十分方便。由于每片DSl8820均有唯一的产品序列号，所以允许在单总线上挂接数十至上百片数字式传感器，并可以非常方便地构成多路温度测量系统。

3.3 温湿度数据采集原理

温湿度探头直接使用IIC接口进行控制。其电路原理图如图3.4所示

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图3.4 温湿度传感器硬件接口电路

ZIGBEE(CC2530)模块硬件上设计有2个LED灯，用来编程调试使用。分别连接CC2530的P1_0、P、1_1两个IO引脚。从原理图上可以看出，2个LED灯共阳极，当P1_0、P1_1引脚为低电平时候，LED灯点亮。

系统配套的温湿度传感器，与ZIGBEE模块的J5排线相连，这样我们可以知道，温湿度传感器模块的时钟线与ZIGBEE模块的P0_0 IO引脚相连，温湿度传感器的数据线与 P0_1 IO 引脚相连。因此我们需要在代码中将相应引脚进行输入输出控制模拟该传感器时序，来监测温湿度传感器状态。

3.4 温湿度传感器SHT10

SHT10是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。SHT10引脚特性如下：

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1.VDD，GNDSHT10的供电电压为2.4~5.5V。传感器上电后，要等待11ms以越过―休眠‖状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。

2.SCK用于微处理器与SHT10之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。

3. DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中[26]。

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