基于CC2530的智能家居节点软硬件设计

杨娇 许志恒

摘要：本系统以TI公司的zigbee协议栈cc2530芯片为核心，介绍了一种基于cc2530处理器的智能家居节点的硬件设计方法，从总体结构上分别阐述了系统的工作原理和各个模块的电路连接方式，以及各个模块的电路特点。最后介绍了下一步系统开发的工作内容和目标。下一步利用该平台实现zigbee的无线组网通过协调器和终端节点来进行网络拓扑的验证和数据传送有效性的验证。

关键词：cc2530;智能家居;zigbee;硬件设计

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0132-01

0 引言

随着信息技术的不断发展，大数据、物联网等技术日趋成熟，特别是物联网技术的应用已经在人类社会中的各个方面开始崭露头角，为构建“智慧地球”发挥着越来越重要的作用。ZigBee技术是一种面向低速率连接、超低功耗、可容纳海量节点的物联网感知层无线自组网技术。ZigBee无线设备工作在免费的ISM频段（2.4GHz），能够支持的组网规模巨大，目前在森林防火、智能家居、食品溯源、军工国防等领域有着广泛的应用。本文重点介绍了一种基于美国德州仪器公司物联网芯片CC2530的ZigBee网络节点的硬件设计方法。

1 ZigBee硬件节点总体设计

ZigBee网络技术是目前物联网领域经常使用到的聯网技术，它具有通信距离短、实时工作能耗低、通信速率低（更准确的说法是专注于低速率的系统应用）的特点，而智能家居系统一般而言是主要对家庭房间内的各类家用电器进行控制和数据通信，通信的主要物理数据则是一些简单的开关电平信号，或者简单的调档信号，这些信号的数据量非常小，并没有太冗长的数据载荷，因此基于CC2530的设计方案比较适合做基于ZigBee网络的智能家居的硬件节点。

在zigbee网络理论中，单个网络可以包含65535个硬件节点，基于如此海量的硬件设备节点从需求上足以满足智能家居领域的节点数量要求，本设计基于CC2530嵌入式处理器为核心，通过搭载外部传感器电路模块构成节点硬件电路，系统主要模块包含：cc2530处理器模块、电源供电模块、温湿度传感器模块、光照传感器模块、OLED液晶显示模块等组成，系统框图如图1所示。

2 CC2530电路模块设计

CC2530模块是美国德州仪器（TI）公司开发的一款基于物联网zigbee应用的低功耗嵌入式处理器，兼容zigbee协议规范802.15.4，内核为8051内核，集成，2.4GHz射频收发单元，通用IO口，uart串口，AD采样，定时器等外设，内部存储资源包括256KB的只读存储器单元及8kB的随机存储器单元。Cc2530芯片的电路设计包含有时钟电路、晶振电路及复位电路，CC2530供电电路部分由一个LC组成的滤波网络来实现，供电电压3.3V由供电模块给出。复位电路由专用复位芯片BL8509构成，时钟电路主要有一个高速33M的晶体振荡器加上2个起振电容构成，另外还有一个32kHz的低速晶振提供给外部低速工作模块使用。

3 外围电路模块设计

3.1 温度传感器模块设计

在智能家居系统中，协调器节点主要实现对各个终端节点的无线数据通信，数据主要来源于终端节点的所感知的各类传感信号，比如室内温度，通过温度传感器模块来检测，从而实时发送给协调器，协调器通过网关来自动控制空调调节室温等。本设计中就采用了数字温度传感器DS18B20，该传感器模块通过三线接口与处理器cc2530相连接，分别是电源5V，GND，和数据线，数据格式为9位二进制数据以及数据包协议，通过其专门的数据格式命令来进行温度采集，数据读写等操作。

3.2 OLED液晶模块设计

总所周知OLED是一种节能低功耗的新型液晶显示技术，它具有低能耗、可视角度大、色彩艳丽等优点，被广泛应用在嵌入式系统中作为显示单元使用。本设计采用了128*64点阵的OLED液晶模块，OLED液晶模块与cc2530通过串行总线进行数据交互，一般可用IO口进行时序模拟，也可以用IIC总线或者SPI同步串口来进行硬件通信，本系统采用SPI同步串口来实现。作为系统在线状态、网络连接、数据发送信息提示等信息的显示设备来使用。

3.3 射频天线单元

CC2530内部集成无线收发模块，在其电路外部只需要配备少量的电感电容网络即可实现无线信号的收发。本设计采用天线设计理论中的巴伦匹配电路来构建。

4 结语

基于cc2530的智能家居节点硬件电路通过搭载外围传感器模块实现了对室内温度采集、光照等信息的采集，为下一步的协议栈提供了一个稳定可靠的运行平台，下一步利用该平台实现zigbee的无线组网通过协调器和终端节点来进行网络拓扑的验证和数据传送有效性的验证。

参考文献

[1]王小强，张红雨，孟海滨.一种适用于2.4GHz无线语音的IFA天线设计[J].电声技术，2012（08）：58-61.

[2]衣翠平，柏逢明.基于ZigBee技术的CC2530粮库温湿度检测系统研究[J].长春理工大学学报（自然科学版），2011（04）：53-57.

[3]李新.基于CC2530的Zigbee网络节点设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2011（03）：97-99.

A design of Underwater Acoustic Transmitter Based on Frequency Equalization

YANG Jiao，XU Zhi-heng

（Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou Jiangsu  225100）

Abstract：This system takes the ZigBee protocol stack CC2530 chip of TI company as the core， introduces a kind of hardware design method of smart home node based on CC2530 processor， expatiates the working principle of the system， the circuit connection mode of each module， and the circuit characteristics of each module from the overall structure. Finally， the contents and objectives of the next system development are introduced.The next step is to use the platform to implement zigbee wireless networking to verify the network topology and verify the validity of data transmission through the coordinator and terminal nodes.

Key words：cc2530; smart home; zigbee; hardware design