基于CC2530的Zigbee网络节点设计
CC2530和FPGA的新型无线网络节点设计
器 等 监 测 和 控 制 应 用 的 开 放 无 线 标 准 ［ 。无 线 传 感 器 网 ７ ］
络 由许 多 功 能 相 同或 不 同 的传 感 器 节 点 组 成 ， 每个 传 感 而
器 节 点 由数 据 采 集 、 据 处 理 和 控 制 、 信 和 电 源 ４个 模 数 通
块 组 成 。节 点 在 网 络 中 负 责 完 成 数 据 的 采 集 、 发 和 转 收
理 、 线 通 信 、 感 技 术 以 及 控 制 能 力 的 单 节 点 构 成 。 无 传 ］
Ｚｇ ｅ 技 术 利 用 全 球 公 用 的公 共 频 率 ２ＨＹ） 义 了无 线 射 频 特 征 ， 持 ２种 不 同 的 信 号 ： 定 支
视 、 制 网络 时具 有 低 成 本 、 耗 电 、 络 节 点 多 、 输 距 控 低 网 传 离 远 等 特 点 ］ 。无 线 网 络 根 据 应 用 环 境 和 要 求 的 不 同 有
着 不 同 的种 类 划分 ， 医 疗 、 健 、 学 处 理 和 灾 难 救 助 等 在 保 化
领 域 应 用 广 泛 ０ ］ 并 且 静 态 节 点 和 动 态 节 点 随 社 会 发 展 。
Ｇ Ａ。摒 弃 了以往 采 用 ＭＣ 控 制 Ｃ ２３ 方式 ， 本 身具有 ８５ Ｕ Ｃ ５０的 对 ０ １内核 的 Ｃ ２３ 片进 行 更 大限 度地 利 用 。详 细 地论 述 了 Ｃ ５Ｏ芯
一
种 新 型无 线 网络 节点的 设计 方 法 ， 实现 了可靠和 高速 的 无线 网络数 据 传输 ， 操作 方便 快捷 、 功耗和便 于移动 的优 点 。 具有 低
基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现
基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现二、硬件设计1. CC2530芯片CC2530是德州仪器（TI）公司推出的一款具有Zigbee通信功能的片上系统（SoC）芯片，集成了802.15.4无线通信功能以及8051微控制器。
CC2530具有低功耗、快速响应、可靠性高等特点，适合用于构建Zigbee传感网络。
2. 传感器节点传感器节点是Zigbee网络中的重要组成部分，它可以通过各种传感器采集环境信息，并通过无线网络发送到协调器节点。
传感器节点通常包括温度传感器、湿度传感器、光敏传感器等，以满足不同的监测需求。
3. 协调器节点协调器节点是Zigbee网络中的核心节点，负责网络管理、数据协调、安全认证等功能。
在本设计中，我们选择CC2530作为协调器节点的芯片，通过其内置的Zigbee功能实现网络连接和数据传输。
4. 网络拓扑在设计Zigbee无线传感网络时，需要考虑网络拓扑结构，一般可以选择星型、网状或者混合型拓扑结构。
根据实际应用需求，可以灵活选择合适的网络拓扑结构。
三、软件开发1. Zigbee协议栈在基于CC2530的Zigbee无线传感网络中，需要使用Zigbee协议栈来实现Zigbee协议的各层功能，包括PHY层、MAC层、网络层和应用层等。
TI 公司提供了针对CC2530芯片的Z-Stack协议栈，可以帮助开发者快速实现Zigbee通信功能。
2. 网络配置在软件开发过程中，需要对Zigbee网络进行配置，包括节点连接、网络路由、数据传输等方面。
通过Z-Stack协议栈提供的API接口，可以方便地进行网络配置和管理。
3. 数据处理在传感节点和协调器节点之间，需要进行数据的采集、传输和处理。
通过Z-Stack提供的数据传输接口和协议栈功能，可以实现传感数据的采集和传输，以及协调器节点的数据处理和分发。
3. 安全认证在Zigbee网络中，安全认证是至关重要的一环。
通过Z-Stack协议栈提供的安全认证接口，可以实现节点之间的安全通信，保障网络数据的安全性。
ZIGBEE CC2530(透传) 固件用户手册
T. +86 592 7265091 13177779588 F.+86 592 7265095
E. sales@ W.
·６·
图 4.1 串口助手工具设定
二、配置 Dongle 工作参数：使用串口线连接 PC 与 Dongle，串口工具按如 下格式发送数据给 Dongle，设定通讯密码、信道、PANID，此三者信息须与待 配置节点一致。
T. +86 592 7265091 13177779588 F.+86 592 7265095
E. sales@ W.
·４·
注册码（每个节点具有唯一的注册码）填入“注册码”一栏，然后点击“授权” 按钮。注册成功后，节点信息所在行变为白色背景，此时可对节点进行参数设置 和使用。如图 3.4 所示。注意：请务必使用正确的注册码进行授权，否则将无法 正常使用节点进行数据传输。
GB-TRANSFER（透传）固件用户手册
1 产品说明
GB-TRANSFER 固件是配合 CC2530 无线模块使用的软件系统，该固件可实 现简便可靠地点对点无线传输，当节点之间的物理距离大于无线通信距离时，可 配置使用中继模块进行中继传输。使用该固件的网络拓扑如下图 1.1 及图 1.2 所 示：
厦门市岗本电子科技有限公司 厦门市火炬高新区（翔安）产业区同龙二路 591 号 3 楼
T. +86 592 7265091 13177779588 F.+86 592 7265095
E. sales@ W.
·５·
图 3.5 GB_RFconfig 配置节点示意图
E. sales@ W.
·１０·
据，原样从对端节点 UART 输出。 本固件在接收 UART 数据时，可使用不具有任何字段含义的非帧模式，也可
基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现
基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现1. 引言1.1 基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现概述Zigbee无线传感网络是一种低成本、低功耗、短距离的无线通信技术，适用于物联网领域。
本文基于CC2530芯片，对Zigbee无线传感网络的设计与实现进行了探讨和研究。
在传感网络中，节点之间通过无线通信实现信息传输和数据交换，构建起一个相互协作的网络体系。
CC2530芯片作为一种低功耗、高集成度的无线通信芯片，具有良好的性能和稳定性，非常适合用于Zigbee无线传感网络的设计。
本文将通过介绍Zigbee无线传感网络的原理与技术、CC2530芯片的特点，以及网络拓扑结构设计、节点通信协议设计和能量管理设计等方面的内容，来探讨基于CC2530的Zigbee无线传感网络的设计与实现方法。
通过对设计与实现结果进行分析，可以了解到该系统的性能和可靠性。
同时，也会探讨存在的问题，并展望未来的发展方向。
这将有助于进一步完善基于CC2530的Zigbee无线传感网络系统，提高其在物联网应用中的实际效果和应用前景。
2. 正文2.1 Zigbee无线传感网络原理与技术Zigbee无线传感网络是一种基于IEEE 802.15.4标准的低成本、低功耗、短距离无线通信技术。
它主要用于构建小型自组织的自动化控制系统，适用于各种物联网应用场景。
Zigbee网络采用星型、树状和网状等不同的拓扑结构，其中最常见的是网状结构，可以实现节点之间的多跳通信，提高网络覆盖范围和可靠性。
节点之间可以通过广播、单播和多播等方式进行通信，实现数据的传输和控制。
在Zigbee协议栈中，包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
其中物理层负责传输数据，MAC层处理数据的接入控制，网络层负责路由和组网，应用层实现具体的应用功能。
通过这些协议层的配合，可以实现数据的可靠传输和快速响应。
Zigbee网络还支持多种不同的信道选择和能量管理机制，可以根据具体的应用场景来选择最适合的工作模式，以实现最佳的性能和功耗平衡。
基于CC2530的ZigBee无线传感器网络的设计与实现
无线传感器网络是新一代的传感器网络，它的发展和应用将会给人们的生活 和生产带来较深远的影响。各国都很重视无线传感器网络的发展，电气电子工程
２
基于ＣＣ２５３０的ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的设计与实现
ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
师协会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，ＩＥＥＥ）正在尽力推进无线传
西安电子科技大学 硕士学位论文 基于CC2530的ZigBee无线传感器网络的设计与实现 姓名：王风 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：曾兴雯 201201
摘要
目前，无线传感器网络已成为世界各国的研究热点，ＺｉｇＢｅｅ技术以其低复杂 度、低成本、低功耗等优点，被广泛地应用于无线传感器网络中。本文基于ＣＣ２５３０ 和ＺｉｇＢｅｅ协议栈实现了一个网状结构的无线传感器网络。 论文首先介绍了ＺｉｇＢｅｅ技术的特点、网络拓扑结构、协议分析。其次从整体 上提出了系统的结构，并基于主芯片ＣＣ２５３０和射频芯片ＣＣ２５９１对ＺｉｇＢｅｅ节点 进行了硬件设计。介绍了ＺｉｇＢｅｅ协议栈，给出了协调器、路由节点和传感器节点 的软件流程图，并形成一个网状结构的传感器网络。最后，用串口测试工具对构 建的网络进行了测试，重点测试网络的建立、节点的入网和传感器节点数据传输 的过程。另外，为了检测网络性能，对节点之间的通信距离进行了测试。 结果表明，网络中的传感器节点能够将监测区域的信息传送到协调器中，实 现网状结构的无线传感器网络。
１．１无线传感器网络
无线传感器网络技术是具有交叉学科性质、军民两用的高科技技术，在军事、 国家安全、交通管理、医疗卫生和城市信息化建设等领域，它都有广泛的应用。 无线传感器网络是由许多传感器节点组成的，而每一个传感器节点又包括数据采 集模块（传感器、Ａ／Ｄ转换器）、数据控制和处理模块（微处理器）、通信模块（无线收 发器ＲＦ，Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）和电源模块（电池、ＤＣ／ＡＣ能量转换器）等。近年来微机 电系统（Ｍｉｃｒｏ
基于Zigbee(CC2530)的温湿度上位机监测系统设计——毕业设计
基于ZigBee技术的温湿度远程监测系统设计学生：陈园（指导老师：吴琰）（淮南师范学院电子工程学院）摘要: 针对目前温室大棚农作物大面积种植，迫切需要科学的方法进行智能远程监测的研究现状，设计出一套温湿度远程监测系统。
该系统是有多个采集终端和一个协调控制器组成。
多个终端分别放置不同的大棚内进行实时采集数据，协调控制器的作用就是将多个采集终端通过无线传输过来的的数据进行分析并和PC机连接。
PC机上运行上位机软件实时的监测各大棚的温湿度信息。
多个终端和协调控制器均采用TI公司新一代CC2530芯片；温湿度传感器采用市场上比较流行的DHT11；无线传输采用ZigBee协议；上位机软件采用labVIEW编写，并通过RS-232与协调控制器连接通信。
通过实物测试了ZigBee无线传输的稳定可靠性，丢包率在误差范围内。
温湿度采集有0.5s延时时间，满足实时性要求。
关键词:终端；协调控制器；DHT11；CC2530；ZigBee；上位机Design of Remote Monitoring System for Temperature andHumidity based on ZigBee TechnologyStudent: Chen Yuan(Faculty Adviser：Wu Yan)(college of electronic engineering, Huainan Normal University)Abstract:According to the current situation of the research on the intelligent remote monitoring of greenhouse crops, the research status of intelligent remotemonitoring is urgently needed, and a set of remote monitoring system fortemperature and humidity is designed. The system is composed of a plurality ofacquisition terminals and a coordinated controller. Multiple terminals are placed indifferent greenhouses for real-time collection of data, the role of the coordinationcontroller is to collect more than one collection terminal through wireless datatransmission over the data analysis and PC machine connection. Temperature andhumidity information operation software of PC real-time monitoring of thegreenhouse on PC. A plurality of terminals and a coordinated controller are used ina new generation of CC2530 chip of TI company; temperature and humidity sensorused on the market more popular DHT11; wireless transmission based on ZigBeeprotocol; PC software using LabVIEW, and connected with the communicationthrough the RS-232 and coordination controller. The reliability of ZigBee wirelesstransmission stability test through the physical, the packet loss rate is in the rangeof error. Temperature and humidity acquisition 0.5s time delay, meet the real-timerequirements.Keywords:Terminal; coordination controller; DHT11;CC2530; ZigBee; host computer1. 绪论1.1 设计背景和研究意义现如今我国已经成为世界第一粮食生产大国，据有关统计说明，我国农作物设施栽培面积已经超过210万hm2。
物联网平台开发及应用：基于CC2530和ZigBee
4.8.4 开 发内容
4 传感器开发项目
4.8.5 开发步骤
4.9 任务21：可燃气体/烟 雾传感器
4.9.2 开发环境
第2篇 基础开发篇
4 传感器开发项目
4.8.6 任务结论 4.9.1 学习目标 4.9.3 原理学习
第2篇 基础开发篇
0
0
1
2
4.9.4 开 发内容
0 4
4.10 任务 22：空气质
4.4.3 原理学 习
4.4.6 任务结 论
第2篇 基础开发篇
4 传感器开发项目
4.4.4 开发内 容
4.5 任务 17：继电 器传感器
4.4.5 开发步 骤
4.5.1 学习目 标
4.5.2 开发环 境
4.5.5 开发步 骤
第2篇 基础开发篇
4 传感器开发项目
4.5.3 原理学 习
4.5.6 任务结 论
第2篇 基础开 发篇
3 CC2530外围接口项目开 发
06
3.2.5 开发 步骤
01
3.2 任务6： 外部中断
05
3.2.4 开发 内容
02
3.2.1 学习 目标
04
3.2.3 原理 学习
03
3.2.2 开发 环境
A
3.3 任务 7：定时
器
D
3.3.3 原 理学习
第2篇 基础开发篇
3 CC2530外围接口项目开发
物联网平台开发及应用： 基于CC2530和ZigBee
演讲人 2 0 11 - 11 - 11
目录
01. 第1篇 入门篇
02. 第2篇 基础开发篇
03. 第3篇 云平台开发篇
04.
基于CC2530的zigbee网络和GPRS网络的组合及其介绍。
采集数据的处理
要完成对采集到的数据进行处理, 首先将现场数据送 入从单 片机中, 从单片机对数据进行处理, 使数据合理化, 小 数点的位数按要求进行四舍五入, 同时在液晶显示 屏上进行显示, 然后通过短距离通信传输到主单片机, 再通过RS232 接口传给GSM 模块1, GSM 模块1 通过GSM 网络把数据传给监控系统.
基于GSM 的远距离无线数据传输 通过通信模块将汇节点数据传输到到GSM 模块1, 再 经过GSM 网络以短信的方式传输给GSM 模块2, 模块2 通过USB 接口将数据送到数据管理中心( 工控机) . 数 据传输流程如图.
3 3 监控中心数据处理 GSM 传来数据由监控系统进行处理, 包括监测数据实 时显示, 故障信息处理及显示, 报警显示, 历 史数据保存, 发送相应指令等. 数据处理流程如图
谢谢！
采用MESH网状网络结构，保证数据传输的可靠性。 每幢单元楼设置一个ZigBee远端节点 一个小区设置一个ZigBee中心节点 ZigBee中心节点数据通过GPRS/CDMA或ADSL上传到集抄中心
ZigBee技术应用方案
基于ZigBee技术的无线三表远程抄表系统
ZigBee无线通信模块介绍
ZigBee无线串口设备特点 RS232/485接口数据透明传输，通过MESH网 络进行串行数据通讯，使RS232/RS485数据 流可以通过多跳方式进行传输； 完善的ZIGBEE路由多跳功能，能够自动组 成复杂的网状网络结构； 具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵 活等有点和特性。
本学期工作计划
汇报人 邵冲 指导教师 陈侃松
Ziபைடு நூலகம்Bee技术简介-ZigBee协议栈
8位处理器 协议栈简介紧凑 4K-32k 网络主节点容纳网络内所有节 点的设备信息、数据包转发表 、设备关联表、与安全有关的 密钥存储等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
mac定时器用于实现网络同步，使用aes技术对信息进行加密，无线模块完成收据的收发与信息帧控制。
2.2zigbee网络节点设计要求
(1)可供选择的无线频段。
无线频段的选择要兼具较高的传输速率和较好的绕射性能，同时要具备一定的抗干扰力。
2.4ghz频段是ieee502.15.4定义的工作在ism频段的两个工作频段之一，有16个速率为250kb/s的信道。
(2)体积小，成本低，易于大规模布建。
zigbee技术较其它无线技术的优势在于自组网，这就需要布建大规模的网络节点，因此成本问题凸显出来，有资料显示：10$左右的zigbee 网络节点有较高的性价比。
(3)可靠性。
与有线传输介质相比，无线信号传输更容易受到衰落、多径和干扰等问题，zigbee网络是工作在2.4ghz ism频段，与其他无线信道之间干扰是不可避免的。
为保证网络在有效范围内建立可靠的传输，网络节点应选择合理的信道接入方式，有效减少帧冲突，使用合理的扩频技术。
(4)通用性。
布建zigbee网络的最终目的是通过网络完成各类操作，主要是i/o操作和a/d操作，这就要求网络节点有一定的通用性，能满足各类传感器和终端设备的操作要求。
(5)低功耗，支持电池供电。
低功耗是zigbee的重要特征，支持休眠-唤醒模式和引入功率控制机制使设备更加省电。
典型的zigbee节点在使用普通电池供电的情况下工作12个月以上。
zigbee网络节点的设计应按照上述的原则与规划进行硬件设计和软件设计。
3硬件设计
3.1芯片选型
zigbee网络节点硬件设计的的核心是微处理器芯片。
微处理器模块在无线收发模块的协作下完成zigbee网络的建立与维护，数据采集与处理，无线数据收发以及zigbee2007协议栈的正常运行[3]。
在网络节点的硬件设计中可以根据成本与操作可行性等因数选择不同的的设计方案，本设计选择集微处理器模块和无线收发模块于一体的单芯片解决方案。
设计选用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz频段，是符合ieee 802.15.4规范的真正片上系统解决方案，也是目前众多zigbee设备产品中表现最为出众的微处理器之一。
其主要特性如下：
(1)片内集成增强型高速8051内核处理器，支持代码预取；256kflash程序存储器，支持最新zigbee2007pro协议；8k数据存储器；支持硬件调试[3]。
(2)支持2v-3.6v供电区间，具有3种电源管理模式：唤醒模式0.2ma、睡眠模式1ua、中断模式0.4ua。
包括处理器和智能片内外设在内的模块，具有超低功耗的特点[3]。
(3)片内集成5通道dma；mac定时器；1个16位、两个8位普通定时器；32khz睡眠定时器；电源管理与片内温度传感器；8通道12位ad转换器；看门狗等智能外设[3]。
高密度集成化电路节约设计成本。
(4)应用范围包括2.4g-hz ieee802.15.4系统、rf4ce远程控制系统、zigbee网络、家居自动化、照明系统、工业测控、低功耗wsn等领域[3]。
cc2530芯片结构如图3所示。
图3cc2530片内功能模块图
3.2硬件整体设计
在网络节点硬件平台中，cc2530需要实现的功能以及外围模块主要有3个部分：通过a/d口控制传感器模块进行数据采集；控制无线rf模块完成数据收发；通过i/o口相应主机控制。
传感器采集的数据也可通过i/o口与微处理器相连，通过rs232接口可实现网络节点与pc机的通信[3]。
外围硬件电路原理图如图4所示。
图4网络节点硬件参考电路图
由于cc2530芯片内集成了许多特色功能模块，因此，其典型的外围电路也就非常简洁。
其中，主时钟晶振采用32mhz无源晶振以及32.768khz时钟晶振；无线rf模块外围电路采用无巴伦的阻抗匹配网络，天线使用50欧鞭状负极性天线，具体的元器件封装信息参见附表所示。
附表网络节点封装信息表
为了更好提高芯片内部电压精度，输入电压应采用调制后的3.3v稳压电源，接内部参考电压的外围电阻r301精度要在0.5%以上，且选用质量较好的电感、电容等器件。
为了指示网络节点的运行状态，在硬件设计中加入两个状态指示灯，使用220欧的限流电阻，分别接在微处理器芯片的p10、p11口，用于指示设备入网、退网等状态，方便开发人员观察，指示灯为可选电路，可根据需求选择使用。
3.3pcb设计
cc2530的zigbee网络节点pcb设计是硬件设计的关键，它同时具备数字电路与高频电路的特点。
在元件布局尽量紧凑、美观；在数字信号线走线上做到自然、平滑；高频部分包括匹配电感、电容布局尽量独立、避免干扰，并符合天线特性；节点接口分布采用ti标准接口形式，结构稳固可靠。
由于cc2530集无线收发和微处理器于一体，只需要极少的外围辅助电路[3]，因此pcb的设计要完全适合无线传感器网络应用。
本设计中zigbee网络节点pcb图和实物如图5所示。
pcb板的尺寸为长宽高25mm×41mm×1.6mm，接口为11×2双排插针，间距2.54mm。
接口管脚定义为ti的标准接口。
图5通信模块图
3.4硬件测试
经实地测量，在不加功率增益的情况下有效传输距离120米；最大输出功率10dbm；接收灵敏度-97dbm；功耗方面：接收模式24ma，发送模式29ma，低功耗模式0.4ua。
该设备具有功能模块专一、接口稳固通用的特点，8路模拟量输入接口，4路数字量输入输出接口，2路数字量输出接口和1个rs232接口。
4结束语
本文介绍了zigbee网络节点设计要求、性能特点与构建框架和较为详尽的设计过程；给出了外围电路的设计以及实际设计出的实物和元器件参数；无线射频部分的特点和pcb 设计中的注意事项。