根據以上特點，并經過分析比較，我們最終選用了CC2420這款性能卓越的射頻芯片。CC2420是Chipcon公司生產的2.4GHz射頻芯片，符合IEEE 802.15.4標準，傳輸速率最大250kb/s，采用具有內嵌閃存的0.18μm CMOS標準技術，最低功耗不到1μA，體積小，外形尺寸只有7mm×7mm。

CC2420應用電路如圖3所示，主要包括電源去耦電路、晶振電路和天線匹配電路。由于RF芯片對電源的噪聲非常敏感，恰當有效的電源去耦電路能很好的抑制噪聲，提高可靠性，因而靠近VDD和1.8V電源引腳配置了去耦電容C27～C37。晶振電路給內部操作提供必要的時序，本設計配置了16MHz晶振，匹配電容C41和C42的值均為27pF。對于射頻電路，天線的性能直接決定了能否正常進行無線通信，根據CC2420天線選擇指南，綜合考慮成本、性能和適用環境，本設計選用的是2.4GHz差分天線。這種天線直接做在PCB板上，適用于低功耗設計，成本低，占空間小，形狀如圖6所示，電感L1和L2用來平衡射頻端口與PCB天線之間的阻抗。CC2420通過SPI接口和STM8S105C6T6單片機進行通信。

圖3 CC2420應用電路

2 電路抗干擾設計
由于是高頻電路，器件的相互干擾變得尤為敏感，為保證系統長期穩定、可靠的運行，建議在電路設計中采取以下措施：

● 采用四層PCB板，頂層主要走信號線，頂層下面依次是地平面層、電源平面層和底層，為防止高頻信號的輻射和串擾，應盡量縮小信號回路面積，同時采用多點接地，降低接地阻抗；

● CC2420芯片底部必須采用少量過孔與地相連，保證芯片體可靠接地；

● 去耦電容必須盡可能靠近3V和1.8V電源引腳，并且電容接地端通過過孔就近接地，去耦電容的充放電作用使集成芯片得到的供電電壓比較平穩，減少了電壓振蕩現象；

● 芯片外圍器件的體積應盡可能的小，建議使用0402規格的阻容器件；

● 將CC2420和STM8S105C6T6未用的信號輸入引腳通過一個10kΩ電阻上拉到高電平或下拉到低電平，因為開路的輸入端有很高的輸入阻抗，很容易受外界的電磁干擾，使懸浮電平有時處于‘1’，有時處于‘1’到‘0’的過渡狀態，易引起邏輯電路的誤導通。

監測網絡軟件設計
由于監測節點供電的有限性，節能是監測網絡軟件設計時重點考慮的問題。

1 幀格式定義
為降低功耗，本設計沒有采用IEEE 802.15.4規定的標準幀格式，而是對其進行了簡化，降低了數據幀的長度，如表1所示。前導碼和幀起始分隔符（Start of Frame Delimiter，SFD）用于標志一幀數據的開始和結束。數據幀發送時，CC2420自動在數據包的開始處加上前導碼和SFD，在數據包末尾自動加上CRC校驗碼（即幀檢查序列）。接收時，當CC2420檢測到前導碼和SFD時開始接收幀長度以及后面的數據。幀長度為源地址、目的地址、負載和幀檢查序列的總字節數，這里為0x07。在ZigBee網絡中，每個節點設備都有唯一的地址，發送者為源地址，接收者為目的地址。

2 電源管理
為提高監測系統的使用壽命，本設計采用了一種定更巡回監測工作方式，具體過程如下：通過內部時鐘的定時同步，監測網絡中的所有節點在工作周期和休眠周期之間循環輪轉。當工作周期一到，監測節點先對自己所在位置的壓力和流量進行檢測并暫存在緩沖區中，然后關閉傳感器電源，接著打開CC2420的電源進行數據幀的封裝和收發。若工作周期沒有結束，監測節點就自動進行下一次的數據檢測和收發。當工作周期結束，監測節點就關閉CC2420的電源，進入休眠周期，主程序流程圖4所示。