基于CC2530的ZigBee协调器节点设计

随着我国物联网正进入发展的快车道，ZigBee也正逐步被国内越来越多的用户接受。ZigBee技术也已在部分智能传感器场景中进行了应用。如在北京地铁9号线隧道施工过程中的考勤定位系统便采用的是ZigBee，ZigBee取代传统的RFID考勤系统实现了无漏读、方向判断准确、定位轨迹准确和可查询，提高了隧道安全施工的管理水平;在某些高档的老年公寓中，基于ZigBee网络的无线定位技术可在疗养院或老年社区内实现全区实时定位及求助功能。由于每个老人都随身携一个移动报警器，遇到险情时，可以及时的按下求助按钮不但使老人在户外活动时的安全监控及救援问题得到解决，而且，使用简单方便，可靠性高。本文介绍基于CC2530的ZigBee协调器节点设计。

ZigBee无线通信网络主要由协调器、路由器及终端设备3种节点组成。在网络建立之初，每个网络有且仅有一个协调器节点，主要负责网络的发起、参数的设定、信息的管理及维护功能，也可用来协助建立安全层和应用层的绑定。鉴于协调器节点的硬件及软件设计最为复杂，本文主要介绍协调器节点的设计方法。协调器节点主要由处理器模块、RF前端、电源管理模块及各外部接口等组成，也可根据需要增加传感器及GSM/GPRS等模块。协调器的主要硬件结构图如图1所示。

处理器模块采用CC2530作为主控芯片［5］。CC2530是一个兼容IEEE802.15.4的、真正的片上系统，支持专有的IEEE802.15.4以及ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准。CC2530集成了2.4GHz的射频收发器、增强型工业标准的8051MCU、最大256KB可编程FLASH、8KB的RAM并提供有一套广泛的外设集（包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO）。同时，CC2530可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI、Z-Stack或SimpliciTI）来简化开发，其RF发送输出功率为4.5dBm，接收灵敏度为-97dBm。

RF前端采用TI公司的集成度很高的射频前端芯片CC2591。CC2591工作在2.4GHz，内部集成有增益为+22dBm的功率放大器（PA）、低噪声放大器、平衡转换器、交换机、电感器和RF匹配网络等。接收部分内部集成的LNA接收增益最大为11dBm，噪声系数为4.8dB，接收机灵敏度可提高6dB，能显著增加无线系统的覆盖范围。

本系统可采用外接电源及干电池联合供电的方式。当外接电源无效时，也可采用干电池为系统供电，以保证系统各节点的正常运行。

一般情况下，协调器节点接口主要包括串行接口、电源接口及JTAG接口，也可增加USB接口。当管理机无串口时，采用USB接口可使该节点应用更为方便灵活。

天线可采用SMA天线与倒F天线相结合的方式。其中SMA是Sub-Miniature-A的简称，全称应为SMA反极性公头，就是天线接头是内部有螺纹的，里面触点是针（无线设备一端是外部有螺纹，里面触点是管），这种接口的无线设备是最普及的；倒F天线的设计可采用TI公司公布的参考设计，该天线的最大增益为+3.3dB，完全能够满足CC2530工作频段的要求。