摘要：文中基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計，分析了ZigBee技術的優點，并將ZigBee技術與無線傳感技術結合起來，詳細介紹了傳感器節點的硬件基本組成及設計。經驗證，該設計方法簡單可靠，功耗小，成本低，適合低速率的傳輸，具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：ZigBee；無線傳感器網絡；節點；CC2430

0 引言
目前發展較成熟的幾大無線通信技術，往往比較復雜，不但耗費較多資源，成本也較高，不適于短距離無線通信。ZigBee技術的出現就彌補了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，大大減少資源的浪費，且有很大的發展前景。
ZigBee技術是在IEEE 802．15．4協議標準的基礎上擴展起來的，是一種短距離、低功耗、低傳輸速率的無線通信技術。該技術主要針對低速率傳感器網絡而提出，能夠滿足小型化、低成本設備的無線聯網要求，可廣泛應用于工業、農業和日常生活中。
ZigBee無線網絡根據應用的需要可以組織成星型網絡、網狀網絡和簇狀網絡三中拓撲結構。ZigBee網絡有兩種類型的多點接入機制。在沒有使能信標的網絡中，只要信道是空閑的，任何時候都允許所有節點發送。在使能信標的網絡中，僅允許節點在預定義的時隙內進行發送。協調器會定期以一個標知為信標幀的超級幀開始發送，并且希望網絡中的所有節點與此幀同步。在這個超級幀中為每個節點分配了一個特定的時隙，在該時隙內允許節點發送和接收數據。超級幀可能還含有一個公共時隙，在此時隙內所有節點競爭接入信道。

1 無線傳感器網絡節點硬件設計
本文采用集成MCU+射頻收發模塊的SOC設計方式，這種組合方式的兼容性與芯片之間的數據傳輸可靠性強，而且能實現節點的更微小化和極低的功耗。
1．1 無線傳感器網絡節點組成
無線傳感器網絡節點一般由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源管理模塊組成，如圖1所示。數據采集單元用來采集區域的信息并完成數據轉換，采集的信息包含溫度、濕度、光強度、加速度及大氣壓力等；數據處理單元控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理和任務管理等；數據傳輸單元用于與其他節點進行無線通信、交換控制消息及收發采集數據；電源管理單元選通所用到的傳感器。

1．2 CC2430模塊
本文采用CC2430芯片為核心來設計傳感器節點。CC2430芯片是挪威Chipcon公司推出的符合IEEE802．15．4標準ZigBee協議的Soc解決方案。適合于各種ZigBee的無線網絡節點，包括調諧器、路由器和終端設備。CC2430模塊采用0．18 um CMOSSE藝生產，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27 mA或者25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命長的應用。
CC2430有兩個串行通信接口USART0和USART1。兩個串口既可以工作于UART(異步通信)模式，也可工作于SPI(同步通信)方式，模式的選擇由串口控制／狀態寄存器的UOCSR．MODE決定。
UART模式的操作具有下列特點：8位或9位數據；奇校驗、偶校驗或無奇偶校驗；配置起始位和停止位電平；配置LSB(低有效位)或者MSB(高有效位)優先傳送；獨立收發中斷；獨立收發DMA觸發；奇偶校驗和幀校驗出錯狀態。
1．3 無線傳感器網絡節點設計
由于CC2430是無線SOC設計方案，其內部已集成大量必要的電路，因此只需采用較少的外圍電路即可實現信號的收發功能。
在傳感器模塊的設計上，由于CC2430的外設接口是可配置的，把它的接口用插針引出，可以根據不同的應用隨時添加不同的傳感器。RF天線的設計：CC2430可以使用不同類型的天線，其中偶極子差分天線是最容易接口的，不需要巴倫(網絡平衡到不平衡轉換器)。而且考慮到無線傳感器網絡節點的低功耗特性，使用差分天線以提供最大范圍。λ／2偶極子天線長度為L=14250／f，f的單位為MHz，L的單位為cm。因此，2450MHz的天線必須是5．8cm，天線每一邊是2．9cm。由于傳感器節點的功耗很低，所以傳感器節點可以使用兩節干電池供電，但在取4V～10V方便的場合，可以提供一個穩壓3．3V直流的接口電路，如圖2所示。