基于无线传感器网络的智能家居报警系统8425883.docx

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1、 昆 明 学 院 2013 届毕业论文（设计）论文（设计）题目 智能大厦控制系统设计 子课题题目 传感器网络的智能家居报警系统设计 姓 名 毛兴普 学 号 20090417215 所属院系 自机学院 专业年级 电气工程及其自动化1班 指导教师 李云娟老师 2013 年 5 月传感器网络的智能家居报警系统设计摘要（中文）：摘 要随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，实现家庭信息化、网络化是当今智能家居系统发展的新趋势。智能家居系统能够为人类提供更加轻松、有序、高效的现代化生活方式，是未来居住模式的必然发展趋势。因此，智能家居系统逐渐成为一个新兴的研究领域。智能家居报警系统作为智能家居系统的子系

2、统之一，承载着智能家居所面临的机遇和挑战。本文针对智能家居网络特点,通过对智能家居网络分析、对比和研究，采用星状网络组建智能家居网络，对智能家居网络进行了设计与实现。将ZigBee无线通信技术应用于智能家居中，并提出一种采用ZigBee无线通信技术的智能家居系统设计方案，具有免布线，维护方便，运行费用低，实时在线监控，对家居内部各种数据进行无线采集和传输等特点。利用CC2430的ZigBee模块与各种传感器设计了以IAR Zmbedded Workbench为平台，运用C语言进行系统的软件编程，实现了ZigBee模块间的无线通信及智能家居的红外报警模块，达到低成本、高灵活性、通用的ZigBee

3、无线智能家居报警控制，并最后完成了实现。关键词：ZigBee；智能家居；无线传感器网络；CC2430传感器网络的智能家居报警系统设计摘要（英文）：AbstractWith the development of electronic information technology and computer network technology, family information, networking is the new trend of development of todays smart home system. Smart home system can provide mankin

4、d with a more relaxed, orderly and efficient modern way of life, is the inevitable trend of future settlement patterns. Therefore, the smart home system is becoming an emerging area of research. In this paper, the characteristics of intelligent home network through the intelligent home network analy

5、sis, comparison and research, the formation of intelligent home network using a star network, the design and implementation of intelligent home network. ZigBee wireless communication technology used in smart home, and put forward a ZigBee wireless communication technology smart home system design, w

6、ith the a Free wiring, maintenance, low operation cost, real-time online monitoring, the various data wirelessly within home acquisition and transmission characteristics. CC2430 ZigBee module with a variety of sensors designed to IAR Zmbedded Workbench platform, using C language system software prog

7、ramming, infrared wireless communication between ZigBee module and smart home alarm module, to achieve a low cost, high flexibility General ZigBee wireless smart home alarm control and finalization of the implementation.Keywords: ZigBee; smart home; wireless sensor networks; CC243084目 录第一章 前言61.1 智能

8、家居简介61.2 智能家居系统组成71.3 智能家居系统的起源和发展71.4 智能家居报警系统的国内外发展新趋势81.5 课题研究的目的和意义101.6 本章小结11第二章 智能家居报警系统122.1 概述122.2智能家居报警系统的分类122.3智能家居报警系统总体设计132.4智能家居报警系统的组成142.5方案实现的过程15第三章 智能家居报警系统硬件部分的设计163.1方案的总体分析163.1.1.1中央控制器163.1.2.1 红外报警模块：173.1.2.2 光照检测模块：173.1.2.3 温度检测模块：173.2 电源管理模块183.3 控制电路模块183.4 涉及到的主要芯片

9、的介绍183.4.1.1 控制芯片CC2430183.4.1.2 集成放大器LM324233.5 硬件原理图243.6 本章小结28第四章 智能家居报警系统软件部分的设计294.1智能家居相关技术294.2无线网络技术294.2.1.1常见标准有304.2.1.2 IEEE 802.15.4协议304.2.3.1 MAC层324.3软件设计344.4 ZigBee智能家居系统354.5 ZigBee开发软件介绍374.6 创建工程404.7 任务与事件434.8 设备信息配置464.9 建网与入网504.10 数据通信524.12 本章小结56第五章 总结565.1 已实现的功能575.2 存

10、在的不足575.3 本章小结57参考文献57致 谢60附 录61附录1：DS18B20.c代码61附录2：DS18B20.h代码66附录3：Temp.c代码67附录4：Temp.h代码81第一章 前言1.1 智能家居简介智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境1。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。由于智能家居采用

11、的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面

12、，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世界产生巨大影响力的技术之一2。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。1.2 智能家居系统组成智能家居系统包含的主要子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居（中央）控制管理系统、家

13、居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统（如TVC平板音响）、家庭影院与、多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中，智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。在智能家居环境的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的智能家居才能称为智能家居3。1.2.1 家居布线系统对于一个智能住宅需要有一个能支持语音、数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统，这个系统也就是智能化住宅布线系统。1.2.2 家庭安防系统家庭安防系统包括如下几

14、个方面的内容：门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报、窗帘探测报警等。1.3 智能家居系统的起源和发展20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE，Home Electronics）出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为 一体后，形成了住宅自动化概念（HA，Home Automation ）。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为 Smart Home，也就是现在智能家居的原型。智能家居概念的起源甚早

15、，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。1979年，美国的斯坦福研究所提出了将家电及电气设备的控制线集成在一起的家庭总线（HOMEBUS），并成立了相应的研究会进行研究，1983年美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准，即

16、：家庭自动化系统与通讯标准，也有称之为家庭总线系统标准(HBS，Home Bus System)。在其制定的设计规范与标准中，智能住宅的电气设计要求必须满足以下三个条件，即： 1、具有家庭总线系统； 2、通过家庭总线系统提供各种服务功能； 3、能和住宅以外的外部世界相连接。物联传感技术是全球第一个利用物联网来控制灯饰及电子电器产品（我们现在通称为ZigBee产品），并将其作为智能家居主流产品走向了商业化。ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。随着物联网的兴起，ZigBee又获得了新的应用机会。物联网的网络边缘应用最多的就是传感器

17、或控制单元，这些是构成物联网的最基础最核心最广泛的单元细胞，而ZigBee能够在数千个微小的传感传动单元之间相互协调实现通信，并且这些单元只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它的通信效率非常高。这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。1.4 智能家居报警系统的国内外发展新趋势随着智能家居的迅猛发展，越来越多的家居开始引进智能化系统和设备。智能化系统涵盖的内容也从单纯的方式向多种方式

18、相结合的方向发展。但较之于欧美发达国家，我国的我国智能家居系统起步稍晚，所以目前市场主流的产品（系统）还无法很好地解决产品本身与市场需求的矛盾，使得智能家居市场的僵冰还没有被完全打破，所以很大程度上阻碍了智能家居产业的发展。在此情形之下，从产品（系统）的技术角度上看什么才是解决这个难题的方法？据市场调研显示，只有智能家居交互平台才是最好的手段之一。智能家居交互平台是一个具有交互能力平台，并且通过平台能够把各种不同的系统、协议、信息、内容、控制在不同的子系统中进行交互、交换4。它具有如下特点：1、每个子系统都可以脱离交互平台独立运行智能家居交互平台中，各个子系统在脱离交互平台时能够独立运行，如果

19、楼寓对讲、家庭报警、各种电器控制、门禁、家庭娱乐等等。个子系统在交互平台管理下运行，平台能采集各子系统的运行数据，系统的联动。2、不同品牌的产品、不同的控制传输协议能通过这个平台进行交互由于有了交互平台，不同子系统在交户平台的统一管理下，可以协同工作和运行数据额交换、共享，给用户最大限度的选择权，充分体现智能家居的个性化。同时，它还具有网关的功能，通过交互平台，能与广域网连接，实现远程控制、远程管理。具有多种主流的控制接口，如RS485、RS232、TCP、IP等，同时可以扩充添加国内外流行的控制接口，如EIB、lonwork、CE-bus、Canbus，以及无线网络如：WiFi、GPRS、蓝

20、牙等。根据客户及市场的变化不断增加各种总线、系统的驱动软件和硬件接口，丰富多样的通讯、控制接口，为子系统的多样选择提供的基础保障，智能家居有了最大限度包容性，用户有了更大的选择余地。3、智能终端（触摸屏）仅做为各子系统的显示、操作界面整个系统在平台的控制、管理下运行，智能终端（触摸屏）仅做为各子系统的显示、操作界面，多智能终端配置容易可行。同时，可以记录各子系统的运行数据、为系统运行优化、自学习提供依据。交互平台，平台可以记录存储各系统的运行数据，对系统的运行可以提供有效的历史数据，同时可以根据历史的运行数据，总结出主人的使用习惯和某种规律，让系统能够自学习。4、控制软件可编程（DIY），提供

21、信息服务此系统方便用户改变控制逻辑、控制方式、操作界面，用户的控制逻辑、操作界面可以自定义、可以DIY。在现代的智能家居系统中，信息服务是非常重要的不可或缺的部分，有了信息服务，它给智能家居更多的“智慧”、给我们的生活提供更多的信息和资讯、给智能家居赋予更生动的生命，它是智能家居更高的境界。信息服务内容包括：健康、烹饪、交通信息、生活常识、婴幼儿哺育、儿童教育、日常购物、社区信息、家居控制专家等等，智能家居已不仅仅是面向控制的系统而是信息服务与控制有机结合的系统。5、多种控制手段在日常家居生活中，为了使我们对家庭的控制系统能随时掌控、需要的信息随时获取，操作终端的形式非常重要，多种形式的智能操

22、作终端是必不可少如：智能遥控器、移动触摸屏、电脑、手机、PDA等。智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。随着科技的提高，经济的发展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分智能家居控制系统也越发显得重要5。1.5 课题研究的目的和意义1.5.1 课题目的智能家居报警系统是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

23、基于智能家居的最新定义，参考ZigBee技术的特点，设计出报警系统，在包含了智能家居必备系统：智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、家庭管道控制系统、家庭窗帘控制系统等.在智能家居的认定上，只有完整地安装了所有的必备系统，并且至少选装了一种及以上的可选系统的家居系统才能称为智能家居。1.5.2 课题意义智能家居报警系统是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、管道控制、安防系统、窗帘控制、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，

24、从2003年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一。由于智能家居报警系统系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居报警系统的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对安全和环境及智能化的要求越来越高，基于无线传感器网络的智能家居报警系统具有非常广阔的市场前景和发展空间。 1.5.3设计要求智能家居报警系统主要以ZigBee技术为核心；设计围绕网络协调器的网状拓扑线路，例如照明传感器模块、煤气传感器模块、人体红外感应器等模块，最后在上位机上建立家庭信息管理平台。通过监测子网监测照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至管理平

25、台，由信息管理平台决策如何处理这些信息。整个系统的设计包括硬件和软件两个部分。1.5.4 研究主要内容本次设计主要内容：1、采用ZigBee技术，构建无线传感器网络，研究无线传感器网络的通信机理；2、设计基于单片机控制的节点单元控制软件；3、重要报警模块的设计与实现重点注意：软件与硬件的联合调试。1.6 本章小结首先对智能家居报警系统系统进行了简要概述，包括智能家居的定义和国内外智能家居系统的发展，接着对智能家居网络技术进行了介绍，对于智能家居报警系统来说，采用无线网络不仅为家居智能化提供灵活简便的网络结构，省去了浪费在布线上的人力和物力，并且更符合家庭网络通讯的特点。第二章 智能家居报警系统

26、2.1 概述智能家居报警系统是智能家居系统中重要的一环，它为人们舒适的生活提供了保障，在智能家居系统设计中，在尽可能保持统一标准的前提下，针对各种信号类型选择合适的总线或者无线技术并设计主控器已成为智能家居建设的首要问题。在有线方式中，各类传感器和控制器的连接通过总线，它的优点是可以简化各功能单元的设计，缺点就是布线多，结构复杂，也存在总线协议设计选择的问题。针对智能家居中采用有线方式存在的问题，本文提出了一种采用ZigBee无线通信技术的新型智能家居报警系统设计方案，设计并实现了该系统中的检测、中央处理、控制等各个模块。智能家居报警系统主要以ZigBee技术为核心；设计围绕网络协调器的网状拓

27、扑线路通过监测子网监测环境温度、照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至管理平台，由信息管理平台决策如何处理这些信息。2.2智能家居报警系统的分类家庭报警系统主要包括防盗报警，火灾报警，燃气泄漏报警，紧急求救报警四大类。在我们平时居家生活中，家庭安全主要包括两种不同的安全对象，首先是人身和家庭财产的安全，其次是家庭设备的安全。 家居报警实际上是将家庭控制设备连接到报警设施上，实现对非法闯入的盗窃、抢劫行为和突发事件进行及时报警，抢救和保护的功能。从功能上细分，还可分为可视对讲、周界防范、家居安全、紧急求助、无线报警、声光报警、防挟持报警等。而家居安防报警又包

28、括了防盗报警、火灾报警和煤气泄露报警等等。家庭中所有的安全探测装置，如消防类(烟感、煤气泄漏报警器等)、防盗类(门磁、窗磁、各种监测器、防盗幕帘、紧急求救按钮等)，都连接到家庭智能终端，对其状态进行监测。当发生警报时，家庭智能终端将警情根据设置进行各种操作，包括：启动警铃和联动设备、拨打设定的报警电话。如与社区系统相连，还可同时把警情送往小区监控服务器。随着科学技术的不断更新，现在的家庭安防概念已由原来的单纯性个体防护逐渐转向多媒体，互联网式防护，不管在哪种情况下发生危险，系统都可自动发出警报。大大提高了家居的安全系数2.3智能家居报警系统总体设计智能家居报警系统的关键是家庭智能化技术的应用，

29、如无线传感器网络技术、自动化控制技术、互联网络科技等的综合运用，由于它的综合性和复杂性，使得其软硬件设计都必须本着一定的设计原则，下面进行详细说明.2.3.1硬件选取原则1）先进性：系统硬件应具有先进性，避免短期内因技术陈旧而造成整个系统性能不高或过早淘汰.2）成熟性：在充分考虑先进性的同时，系统硬件应立足于用户对整个系统的具体需求，应选择先进、适用、成熟技术的产品，最大限度的发挥投资效益.3）可靠性：系统无论在硬件上还是在软件上都应采取多种保护措施，保证系统24小时不间断正常运行，同时还应充分考虑系统权限安全措施，进一步保证系统的可靠性。4）开放性：无论是系统设备还是网络拓扑结构，都应具有良

30、好的开放性.网络化的目的是实现设备和信息的共享。因此网络要具有开放性并应提供标准接口，用户可根据要求，对系统进行扩展或升级.5）兼容性:计算机网络的选择和相关产品的选择要以先进性和适用性为基础，同时考虑兼容性.系统设备应优先选择根据国际标准设计、生产的标准化设备，避免因兼容性差而造成的系统难以升级或扩展.6）实时性：系统硬件应具有实时处理和快速响应的能力.2.3.2软件设计原则1）可靠性和安全性：系统软件应24小时可靠运行，并充分考虑系统权限设置等多种保护措施，保证数据的安全性.2）界面友好：系统软件应操作方便，采用中文图形界面，运用多媒体技术，使系统具有处理声音及图像的能力，更能适应不同层次

31、，不同年龄用户的使用要求。3）可扩冲性：系统软件应提供二次开发的功能，便于多次升级和支持硬件产品的更新.4）模块化：根据家庭的实际需要选择安装不同的功能组件，以适应不同用户的需要2.4智能家居报警系统的组成系统主要由智能家居网络控制器，即主节点，与智能家居设备相连的智能家居网络控制器，即分节点，每个房间放置的充当路由器的智能家居网络控制器，功能控制驱动模块和相应的家具设备构成。本系统采用华凡公司的HFZSmartRF04EB+CC2430EM模块作为协调器。为了简化系统，突出ZigBee的框架性，节点硬件采取了简化措施，具体如下。无线灯控、电动窗帘、空调开关、管道开关都由单一IO口P1.4控制

32、，模拟开关动作。防盗报警和门迎都采用热释红外传感技术，电路结构相同。煤气报警采用催化燃烧式可燃气体传感器。照度监测使用电池做传感器。组成框图如图2-1所示。图2-1智能家居系统的组成2.5方案实现的过程本文任务提出的功能控制驱动模块实现与各种家居设备的接口，并作为家居设备的功能执行机构，其与相对应的智能家居网络控制器分节点进行通信；智能家居网络控制器分节点，每个房间放置的充当路由器功能的分节点和智能家居网络控制器主节点组成ZigBee无线通信网络，是整个智能家居系统的通信网络。每个智能家居网络控制器包括一个ZigBee无线收发模块，与各个设备、节点之间进行通信。此方案的设计灵活性好，扩展性好。

33、系统的工作流程是：首先智能家居网络控制器（主节点）建立ZigBee智能网络，各个网络控制器（分节点）随后加入该网络，他们共同组成一个星状的ZigBee无限家居网络。当检测或接收传感器的报警信号后，主节点找到与该家具设备相连的分节点的ID信息，并将控制信息发往该分节点所在房间的路由器，路由器再将信息转发给对应的分节点，分节点收到信息后，切入功能驱动模块，功能驱动模块对该家居设备进行相应的操作，从而完成智能家居的报警操作和处理.第三章 智能家居报警系统硬件部分的设计3.1方案的总体分析本着模块化的设计思想，本文提到的设计方案被分为三个模块，即中央控制模块、信息检测模块，以及家居报警控制模块。3.1

34、.1中央控制模块监测子网监测环境温度、照度、煤气泄漏以及红外入侵等信息，可以直接联动控制相关受控设备或将信息发送至中央控制模块，由管理平台处理这些信息。3.1.1.1中央控制器CC2430基于无线网络的智能家居的设计，我们选择了技术成熟、低耗高能的ZigBee技术组建无线网络，硬件上面，我们选择了被广泛应用于ZigBee模块的控制芯片CC2430。图2-2为CC2430的最小系统原理图。图2-2 CC2430最小系统原理图CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合

35、一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。3.1.2 信号检测模块信号检测模块，由于检测模块很多，用户可根据自己需要自己添加，在本文我们主要设计了两个子模块，即红外报警模块，光照监测模块、温度检测模块。3.1.2.1 红外报警模块：一开始的设计思路是围绕着激光技术来做，鉴于价格过高，且实用性不好，放弃了使用激光技术的想法。后来发现使用廉价的红外线对管也可以做到，便着手设计红外对

36、管相关的红外检测电路。设计的电路原理是没有物体入侵时，使用一个比较器，检测电路送出低电平，输出端没有反应。当有物体入侵时，检测电路送出高电平，给ZigBee模块送出信号。3.1.2.2 光照检测模块：与红外报警模块类似，使用一个比较器，当光线充足的时候，光敏电阻阻值很小，输出端送出低电平，当光线变暗的时候，光敏电阻阻值很大，输出端送出高电平，给ZigBee模块送出信号。3.1.2.3 温度检测模块：使用广泛被采纳的DS18B20，温度传感器，使得检测电路十分简单，仅仅由这个传感器构成即可，监测到的温度会时事发送数据到主控中心。3.2 电源管理模块两个检测模块的供电是5V的直流电源，可以使用电池

37、供电。为了方便，本文设计了一块给检测模块和控制模块供电的电源管理模块。原理主要就是利用变压器线圈降压后用桥式电路整流与滤波，从而实现从交流220V到直流5V，为模块稳压供电。3.3 控制电路模块主控ZigBee模块处理之后会送出持续的高电平，从而带动继电器工作以达到弱电控制强电的目的，实现对警报、灯具的控制。3.4 涉及到的主要芯片的介绍3.4.1.1 控制芯片CC2430（1）CC2430的尺寸与组成CC2430的尺寸只有77mm 48-pin的封装，采用具有内嵌闪存的0.18µm CMOS标准技术。这可实现数字基带处理器，RF、模拟电路及系统存储器 整合在同一个硅晶片上。针对协议

38、栈，网络和应用软件的执行对MCU处理能力的要求，CC2430包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核，运行时钟32MHz。由于更快的执行时间和通过除去被浪费掉的总线状态的方式，使得使用标准8051指令集的CC2430增强型8051内核，具有8倍的标准8051内核的性能。 CC2430包含一个DMA控制器。8k字节静态RAM，其中的4k字节是超低功耗SRAM。32k，64k或128k字节的片内Flash块提供在电路可编程非易失性存储器。 CC2430集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个32MHz晶体振荡器，一个16MHz RC-振荡器，一个可选的32.768kHz晶体振荡器和一个

39、可选的32.768kHz RC 振荡器。 CC2430也集成了用于用户自定义应用的外设。一个AES协处理器被集成在CC2430，以支持IEEE802.15.4 MAC 安全所需的（128位关键字）AES的运行，以实现尽可能少的占用微控制器。中断控制器为总共18个中断源提供服务，他们中的每个中断都被赋予4个中断优先级中的某一个。调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部Flash编程。I/O控制器的职责是21个一般I/O口的灵活分配和可靠控制。 CC2430包括四个定时器：一个16位MAC定时器，用以为IEEE802.15.4的CSMA-CA算法提供定时以及为IEEE802.15.4

40、的MAC层提供定时。一个一般的16位和两个8位定时器，支持典型的定时/计数功能，例如，输入捕捉、比较输出和PWM功能。 CC2430内集成的其他外设有:实时时钟；上电复位；8通道，814位ADC；可编程看门狗；两个可编程USART，用于主/从SPI或UART操作。为了更好的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了大多数对定时要求严格的一系列IEEE802.15.4 MAC协议，以减轻微控制器的负担。这包括： * 自动前导帧发生器 * 同步字插入/检测 * CRC-16校验 * CCA * 信号强度检测/数字RSSI * 连接品质指示(LQI) * CSMA/CA 协处理器（2）、CC243

41、0的射频及模拟收发器CC2430的接收器是基于低-中频结构之上的，从天线接收的RF信号经低噪声放大器放大并经下变频变为2MHz的中频信号。中频信号经滤波、放大，在通过A/D转换器变为数字信号。自动增益控制，信道过滤，解调在数字域完成以获得高精确度及空间利用率。集成的模拟通道滤波器可以使工作在2.4GHz ISM波段的不同系统良好的共存。 在发射模式下，位映射和调制是根据IEEE 802.15.4的规范来完成的。调制(和扩频)通过数字方式完成。被调制的基带信号经过D/A转换器再由单边带调制器进行低通滤波和直接上变频变为射频信号。最终，高频信号经过片内功率放大器放大以达到可设计的水平。 射频的输入

42、输出端口是独立的，他们分享两个普通的PIN引脚。CC2430不需要外部TX/RX开关，其开关已集成在芯片内部。芯片至天线之间电路的构架是由平衡/非平衡器与少量低价电容与电感所组成。可替代的，一个平衡式天线，如对折式偶极天线也是可以实现上述功能的。集成在内部的频率合成器可去除对环路滤波器和外部被动式压控振荡器的需要。晶片内置的偏压可变电容压控振荡器工作在一倍本地振荡频率范围，另搭配了二分频电路，以提供四相本地振荡信号给上、下变频综合混频器使用。（3）、芯片主要特点：CC2430 芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位

43、MCU（8051），具有128KB 可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器（Timer）、AES128 协同处理器、看门狗定时器（Watchdog timer）、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out detection)，以及21个可编程I/O引脚。 CC2430 芯片采用0.18m CMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。 高性能和低功耗的8051微控制器核

44、。 集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的 RF无线电收发机。 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。 在休眠模式时仅0.9A 的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.6A的流耗，外部的中断能唤醒系统。 硬件支持CSMA/CA功能。 较宽的电压范围（2.03.6V）。 数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。 具有电池监测和温度感测功能。 集成了14位模数转换的ADC。 集成 AES 安全协处理器。 带有 2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。 强大和灵活的开

45、发工具。（4）、CC2430的引脚与I/O端口CC2430 芯片采用7 mm7mm QLP 封装,共有48 个引脚。全部引脚可分为I/O 端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。1）I/O 端口线引脚功能：CC2430有21个可编程的I/O口引脚，P0、P1口是完全的8 位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART 部件的外围设备I/O 口使用。I/O 口有下面的关键特性： 可设置为通常的I/O口，也可设置为外围I/O 口使用。 在输入时有上拉和下拉能力。 全部 21个数字I/O口引脚都具有响应外部的

46、中断能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。16（P1_2 P1_7）： 具有 4 mA 输出驱动能力。8，9（P1_0，P1_1）：有 20 mA 的驱动能力。1118 脚（P0_0 P0_7）： 具有 4 mA 输出驱动能力。43，44，45，46，48 脚（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4 mA 输出驱动能力。2）电源线引脚功能：7脚（DVDD）：为 I/O提供2.03.6V工作电压。20脚（AVDD_SOC）：为模拟电路连接2.03.6V的电压。 23脚（AVDD_RREG）：为模拟电路连接2.03.6V的电压。 24脚（RREG_OUT）：为 25，2731，3540引脚端口提供1.8V的稳定电压。 25脚 (AVDD_IF1 )：为接收器波段滤波器、模拟测试模块和VGA的第一部分电路提供1.8 V 电压。 27脚（AVDD_CHP）：为环状滤波器的第一部分电路和充电泵提供1.8V电压。 28脚（VCO_GUARD）：VCO 屏蔽电路的报警连接端口。29脚（AVDD_VCO）:为VCO 和PLL环滤波器最后部分电路提供1.8V电压。 30脚（AVDD_PRE）:为预定标器、Div 2和LO缓冲器提供1.8V的电压。 31脚（AVDD_RF1）：LNA、前置偏置电路和PA 提供1.8 V 的电压