君，已阅读到文档的结尾了呢~~
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
基于CC2420的无线传感器网络系统设计与实现
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer-4.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口基于CC2420的ZigBee通信节点的设计与实现_射频/通信_中国百科网
基于CC2420的ZigBee通信节点的设计与实现
    
&&&& 摘要： 介绍了利用CC2420 和LPC213X 搭建的符合ZigBee 标准的嵌入式节点， 并设计了相应的接口软件。
　　随着社会的发展，人们对通信技术的要求日益提高，无线通信技术在其中扮演着越来越重要的角色。ZigBee作为一种国际标准短距离无线通信协议， 其协议栈体系结构是基于标准七层开放式系统互联参考模型(OSI) ，IEEE 802.15.4 -2003 标准定义了下面的两层： 物理层(PHY) 和媒体接入控制子层。网络层、应用会聚层、应用层则由ZigBee 联盟制订。
　　IEEE 802.15.4-2003 有三个PHY 层， 包括单个分离的频率范围：868 MHz 、915 MHz 和2.4 GHz 。低频率PHY 层包括868 MHz 欧洲频段和915 MHz 美国及澳大利亚频段， 高频段PHY 层为全球通用。
　　ZigBee 协议标准具有如下特点： 成本低、功耗低、时延短、网络容量大、可靠性高、安全和传输距离远。Zig-Bee 技术主要应用在短距离范围内的低速率电子设备之间的数据传输， 因此非常适用于家电和小型电子设备的无线控制指令传输， 其典型的传输数据类型包括周期性数据、间歇性数据和重复低反应时间数据等。ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费类电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
　　1 CC2420 射频芯片
　　CC2420 是Chipcon 公司( 现被美国德州仪器公司收购) 推出的， 用来实现ZigBee 应用的单片RF 收发器， 它具有高度集成、低成本、低电压、低功耗等特点， 支持2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee 协议， 内置数字直接序列扩频调制解调模块， 其数据通信速率可达250 Kb/s 。
　　CC2420 射频芯片的特征如下：第一款真正的2.4 GHz符合IEEE 802.15.4 标准的射频收发器， 具备基带调制解调和MAC 层支持功能： 自动生成帧引导序列， 插入和检测同步字，CRC-16 计算和校验， 空闲信道*估， 接收信号强度指示(RSSI) 和链路质量指示(LQI) 以及三种模式的MAC 安全保护； 直接序列扩频(DSSS) 基带调制解调， 码片速率达2 MChip/s ， 有效数据速率达250 Kb/s ；同时适用于RFD 和FFD； 超低电流消耗(RX：18.8 mA，TX：17.4 mA) ； 片上稳压器提供2.1~3.6 V 的低电压， 外部稳压器提供1.6~2.0 V 的低电压； 可编程输出功率；无需外接滤波器， 只需要接入晶振和很少的无源元器件； 同相信号和正交相位信号低中频接收器和直接升频转换发送；128 B 发送数据缓存，128 B 接收数据缓存；CTR 加密/解密，CBC-MAC 验证，CCM 加密/解密+验证，单独的AES 加密； 电源监控；QLP-48 封装， 芯片大小为7 mm×7 mm。
　　CC2420 射频收发器和少量无源元件(电阻、电容、电感和PCB 天线)构成CC2420 射频模块，形成标准接插件，减少了与微控制器(MCU) 的接口， 方便研发设计和批量生产。
　　TI 公司和Microchip 公司都免费为用户提供CC2420射频模块的设计原理图和PCB 版图。此外，TI 公司提供CC2420 射频模块CC2420EM，Microchip 公司提供CC2420射频模块2.4 GHz RF CARD。本文采用Microchip 公司的2.4 GHz RF CARD 作为射频收发器。2.4 GHz RF CARD 与MCU 的接口如图1 所示。
图1 2.4 GHz RF CARD 与微控制器接口。
　　2 CC2420 与LPC213X 的硬件接口
　　LPC213X 是NXP 公司推出的支持实时仿真的ARM7TDMS-S 32 位MCU。基于ARM7 和CC2420 的嵌入式ZigBee 节点的总体硬件结构如图2 所示。
　　射频部分选用CC2420 作为IEEE 802.15.4RF 芯片。MCU 部分选用ARM7TDMI -S LPC213X 。在设计ZigBee 节点时预留了JTAG 调试端口， 利用JTAG 接口来调试和下载程序； 通过RS-232 串口提供调试过程中的信息并与PC 机交互ZigBee 组网过程中的信息； 通过SPI接口与CC2420 射频模块相连， 收发无线分组数据， 且引出测试点以便用示波器观察各点的波形； 并且预留了一些GPIO 供灵活使用， 例如， 与开关、蜂鸣器、LED 和八段数码管等的连接。
　　由于功能复杂， 程序代码量较大， ZigBee 组网中的协调器和路由器选用LPC2138 ( 32 KB RAM/ 512 KBFlash) 处理器。终端设备为RFD， 因其功能单一， 程序代码量较小， 因此可以选用LPC2131 ( 8 KB RAM/ 32 KBFlash) 或者LPC2132 (16 KB RAM/64 KB Flash) 处理器，以节约成本。CC2420 与MCU 的接口如图3 所示。
图3 CC2420 与微控制器接口。
　　CC2420 的引脚SI、SO、SCLK 和CSn 分别与MCU 的MOSI 、MISO 、SCLK 和GIO2 引脚相连， 如果微控制器有硬件SPI 接口则可以更方便地操作CC2420 ； 引脚FIFO、FIFOP 与MCU 的GIO0 引脚以及Interrupt 引脚相连；CCA与MCU 的GIO1 引脚相连； 帧开始定界符SFD 与MCV的Timer Capture 引脚相连。
　　在如图3 所示的ZigBee 嵌入式系统中，MCU 通过以下方式来对CC2420 进行控制和操作：MCU 通过四线SPI 总线(SI、SO、SCLK 和CSn) 来与CC2420 进行双向通信， 向其发送控制指令， 并通过SPI 总线回读CC2420的状态信息；MCU 利用中断的方式来读写CC2420 的先进先出寄存器(FIFO) ， 获取无线通信数据； 通过读取CC2420 的CCA 引脚状态信息来进行空闲信道*估；MCU 通过与CC2420 的SFD 引脚相连， 向CC2420 发送时序信息，表示一帧数据的开始(特别是对于信标网络)。
　　3 软件接口设计
　　CC2420 RF 芯片在硬件上支持部分IEEE 802.15.4数据帧格式， 如图4 所示。
　　同步头包括前导序列和帧定界符(SFD) 。在CC2420中， 前导序列长度和帧定界符SFD 是可以配置的， 复位值是4 B 和1 B，符合IEEE 802.15.4 标准。物理头为1 B，其中帧长度域共7 bit ， 规定了PSDU 的字节数。PSDU 是一个可变长度域， 承载着物理层的分组数据， 包含MAC子层帧。
　　软件接口设计主要包括以下部分：
　　(1)LPC213X 及板极设置。
　　对LPC213X 的初始化包括：IRQ 中断、串口、计时器以及SPI 的初始化。
　　IRQ 中断初始化包括设置： 中断通道号、中断服务程序入口地址和中断使能。串口中初始化包括设置： 引脚功能、字长、奇偶校验、波特率、串口中断通道号、中断服务程序入口地址和中断使能。计时器初始化包括设置： 计时器的预分频， 即32 bit TC 每经过PR+1 个pclk周期加1； 设置计数器TC 为0， 同时对IR 写入0xFF 清除计时器的中断寄存器； 设置串口中断通道号、中断服务程序入口地址和中断使能， 并启动计时器。SPI 初始化包括设置引脚功能和SPI 时钟计数寄存器。寄存器的值表示构成一个SPI 时钟的pclk 周期的数据。该寄存器的值必须为偶数， 且其值还必须≥8。如果寄存器的值不符合上述条件， 可能导致产生不可预测的动作。SPI 速率的计算：pclk 速率/SPCCR 值。pclk 速率为CCLK/VPB 的除数， 由VPBDIV 寄存器的内容决定。此外， 还设置SPI 控制寄存器SPCR(CPHA、CPOL、MSTR、LSBF 和SPIE) 。
　　板级初始化包括： 对一些I/O 口的功能选择设置、按键和LED 发光二极管以及LED 八段数码管的配置。
　　设置按键的状态位， 置位或者清零I/O 口来设置按键的初始状态； 设置LED 发光二极管的状态位， 置位或者清零I/O 口来设置LED 发光二极管的初始状态； 设置LED八段数码管的状态位， 对ZLG7289 进行操作及设置LED八段数码管的初始状态。
　　(2)CC2420 内部寄存器的设置。
　　CC2420 内部有33 个配置和状态寄存器、15 个命令寄存器以及2 个8 bit FIFO 寄存器RXFIFO 和TXFIFO。
　　设置CC2420 模块为自动ACK 状态， 设置MDMCTRL0 为0x0AF2； 设置CORR_THR 的值为20， 即设置MDMCTRL1的值为0x0500； 设置FIFOP_THR 的值为127， 当RXFIFO中的字节数超过FIFOP_THR 时，FIFOP 变为高电平( 这是一个门限值) ； 设置FREQ 为357 ， 即设置FSCTRL 为0x4165，选择2 405MHz，第11 信道。基准频率FC计算如下：
　　FC=2 048+FREQ[9:0]MHz设置PA_LEVEL 的值为31 ， 即TXCTRL 的值为0xA0FF， 表示输出功率为0 dBm。PA_LEVEL 和输出功率以及典型的电流消耗如表1 所示。
表1 2.4 GHz RF 输出功率设置。
　　设置完LPC213X、并对CC2420 寄存器进行配置后，可以自己编写程序实现节点之间的收发， 也可以移植协议栈到该目标系统， 实现基于ZigBee 的组网技术。
　　本文采用NXP 公司的LPC213X MCU 和Chipcon 公司的CC2420 射频芯片， 完成了符合ZigBee 标准的嵌入式节点的硬件以及相应的接口软件的设计。该ZigBee 嵌入式节点成本低、功耗小， 可以用电池供电， 具有功能强大、扩展灵活、结构简单、输出功率可编程、安全可靠等特点， 对于实现无线传感器网络具有重要意义， 特别适合于工业监控、消费类电子和无线传感器网络等领域。&&
Copyright by ；All rights reserved.您所在位置： &
 & 
无线传感器网络智能节点的研究.pdf54页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
文档加载中...广告还剩秒
需要金币：50 &&
你可能关注的文档：
??????????
摘要 摘要 近年来，信息技术在我国获得了迅猛的发展。使得将计算、通信、网络与传
感等功能都集成在一个设备成为可能，无线传感器网络正是这些技术的紧密结
合。该网络由多个单节点组成，各节点通过传感或控制参数实现与环境的交互，
节点必须通过相互关联才能完成一定的任务。它能够在人们无法接近的恶劣或特
殊环境中工作，是信息感知和采集的一场革命，逐渐受到越来越多的重视，目前
已成为信息技术领域的研究热点。 在针对无线传感网络节点的研究方面，很多科研机构都开发了自己的硬件平
台。由于传感器网络是应用相关的网络，不同的应用所关心的物理量不同，因此，
对其节点的设计也存在着极大的差异。这些硬件平台之间主要的区别在于所采用
的处理器、无线通信方式、传感器配置的不同。本文旨在研究应用于桥梁结构健
康监测系统的无线传感器网络节点的实现技术。 本文就无线传感器网络节点的设计、数据采集、通信网络的实现等方面进行
了研究，并提出了一些初步的观点。首先分析了传统的无线传感器网络节点体系
结构和演变的原因，提出了无线传感器网络智能节点结构。针对桥梁结构健康监
测的具体应用需要，提出了一种基于ARM7的无线传感器网络节点的设计方案。
节点硬件平台设计，并给出了各主要模块的硬件电路图。最后介绍了节点软件平 台的构建，并完成了数据采集测试和节点间通行的实现。通过测试，从而更好地
保证节点间通信的成功率和正确性。 在将来的工作中，需要研究设计性能更优的无线传感网络节点，并针对真实
桥梁结构，组建大型的基于无线传感网络的结构健康监测系统。
关键词：无线传感器网
正在加载中，请稍后...