基于CC2531的无线传感器网络节点硬件设计
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为方便选择不同种类的传感器，我们将各I／O口连接到统一的传感器排针接口上，并将具有A／D功能的I／O与GPIO在电路板上进行了划分，以防止数模串扰。这种设计增强了可扩展性和灵活性。为实现对I／O口的高效利用，设计中有部分I／O进行了复用。复用后最多可以有
6路A／D以及9路GPIO供采集多路模拟传感器信号和数字传感器信号使用，可以根据实际需求选择传感器和连接接口。由于采集的数据量较大，而 CC2531自带的内存需要存储程序，不能满足存储要求，所以需要外接存储器。本设计选用Ramtron公司带SPI接口的铁电存储器FM25L2 56，它具有高速数据存储、功耗低、可擦写次数多等优点。选取CC2531提供的SPI接口1(即P0．2～P0．5四个引脚)与FM25L256连接，完成数据存储。其接口电路如图5所示。
3．3 无线通信模块
无线通信模块作为系统中重要的数据传输通道，实现了采集节点与汇聚节点、采集节点与采集节点之间的数据传输及组网功能。本设计中，CC2531与 CC2591联合使用构成无线通信模块。CC2591为TI公司面向低功耗与低电压无线应用的、集成度最高的2．4 GHz射频前端。它集成了功率放大器(可将输出功率提高+22 dBm)、低噪声放大器(可将接收机灵敏度提高+6 dB)、平衡转换器(balun)、交换机、电感器和RF匹配网络等，从而能够显著增大无线系统的覆盖范围，降低系统安装成本。这种高集成度简化了高性能设计工作，使客户能用极少的外部组件开发出高输出功率的无线解决方案。CC2591为CC2531提供了无缝接口，对于加速系统开发、改善系统RF性能方面具有很大帮助。其连接电路如图6所示。其中，B1为磁珠，作滤波用，推荐型号BLMl5HG102SN1D。
TI公司为CC2591与CC2531之间的连接提供一个紧凑的参考设计，并提供了PCB板参数。PCB板经过仿真验证后参照参考设计绘制，对电源、地的布局进行了精心设计。同时，天线的信号走线进行了阻抗匹配设计，使到达天线端阻抗为50 Ω，并且PCB板上使用村田公司的高频分立元件，以达到较好的信号传输效果，增加节点间的无线通信距离。
3．4 数据采集模块
数据采集模块负责采集数据和数据信号的调理。选用EC21B型高动态性能测风传感器和PTS-3型空气湿度传感器。采用排针接口设计，如果需要用于其他的应用场合，只需更换不同的传感器(包括信号调理部分)并采用排线连接即可，大大扩展了无线传感器网络的应用范围。
EC21B型高性能测风传感器为三杯式、单尾翼型测风传感器，风杯为一体式。该传感器只需5 V电压即可工作，输出信号为RS485数字信号。为采集传感器信号，需要对传感器信号进行转换。本设计选用了Exar半导体公司的SP3494芯片，实现了RS485信号和TTL信号的双向转换。SP3494是一个半双工的转换速率部分受限的收发器，数据传输速率高达2．5 Mbps，含有低功耗关断模式和驱动器／接收器高阻使能控制线。测风传感器信号调理电路如图7所示。SP3494的接收器输出端(R0)、发送器输入端 (DI)及使能端(、DE)通过排针与I／O接口连接；同相发送器输出／接收器输入端(A)、反相发送器输出／接收器输入端(B)与传感器信号线连接。
PTS-3型空气湿度传感器需要5 V直流电压供电，只需一根信号输出线，输出电压范围为1～4 V模拟信号。为了使PTS-3输出的模拟电压能够被CC2531正确采样，需要对输出信号进行调理，使其输出信号更加稳定且电压值不超过基准电压。空气湿度传感器信号调理电路如图8所示。U1为传感器接口，5 V电源向传感器供电，传感器的输出信号(1～4 V)通过精密电阻1／2分压后送入由P354构成的射随器，并最终将信号送入CC2531的一个ADC通道。
结语
基于ZigBee的无线传感器网络具有低功耗、低成本、体积小的显著优点，可在特殊环境下实现检测区域内信号的采集传输与处理。Zig-Bee新一代 SoC芯片CC2531是真正的片上系统解决方案，适用于环境监测、灾害预测等系统的开发。伴随新的能量解决方案的提出及无线自组织网络技术的成熟，无线传感器网络将应用到更多领域。
本文引用地址：//www.cghlg.com/article/162502.htm
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