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基于ZigBee与51内核的射频无线传感器网络节点设计方案(二)

电子技术网 信息来源: 维库开发网 发布时间:2013年10月25日

  3 外围扩展电路

  以CC2430 为核心的无线传感器网络节点在实际使用中,可配备相应外围电路,主要包括外部电源电路、显示与按键电路、串口与USB 通信电路等。通过这些电路,可对射频与主控模块进行相应的开发与调试。

  3.1 外部电源电路

  本设计的电源电路主要由TPS79533 低压稳压器及其外围器件组成。TPS79533 输出3.3 V 电压,其输入电压范围是2.7 ~ 5.5 V,并具有较高的电源抑制比、超低噪声、较好的电压线性和负载瞬态效应以及较小的电压漂移。其具体电路如图6 所示。

  

  3.2 液晶显示与键盘电路

  3.2.1 液晶显示电路

  液晶显示电路可采用128×64 点阵式液晶显示器,同时,为节约主控芯片I/O 口资源,采用了串/ 并口转换芯片74HC595d.具体电路如图7 所示。

  

  为了使液晶显示器具备合适的背光亮度,还可在设计中采用相应的放大管,如9015 来驱动液晶显示器背光显示。

  3.2.2 键盘电路

  本设计可通过按键电路调节各种参数,并通过液晶显示电路显示。如图8 所示,键盘具备上、下、左、右、确定、退出6 个按键,其中,方向按键的电路为分压电路,其分压值输入CC2430 的P0.6 端子。该I/O 口具备A/D 转换的功能,可通过软件实现键盘功能,从而节约了I/O 口资源。

  3.3 通信电路

  通信电路负责节点与PC 机之间的数据收发,以实现数据下载、调试等功能。CC2430 采用RS232 通信模式,具体电路如图9 所示。本设计采用经典设计的RS232 电路,控制芯片采用了广泛使用的SP3223E,其RXD1 与TXD1 引脚可与CC2430 的P0.2 与P0.3 引脚直接相连接。

  

  需要注意的是,在实际使用中,大家经常采用笔记本电脑对节点进行在线调试和程序下载等操作,而笔记本电脑一般不具备串口,需要外接USB-RS232 转换电路。笔者发现,在转换电路的选取上,市面上存在基于PL2602、SP3223E 等器件的转换电路可以选择。PL2602 虽然价格便宜,但并不适应CC2430 的高比特率传输,而SP3223E 虽然价格较贵,但对CC2430 的支持较好,这也是在实际使用中需要注意的。

  

  4 硬件工艺特点

  由于以CC2430 为核心的无线传感器网络节点工作在2.4 GHz 的高频环境中,因此对其EMI 要求较高。无线传感器网络节点的PCB 也有相应的具体设计要求。

  由于射频模块工作频率高,在具体的PCB 设计中,根据TI 公司的相关文档,可使用双层PCB.如果希望减小PCB 尺寸,也可采取4 层PCB 设计。其具体要求如下:

  (1) 若采用双层PCB 设计,则顶层用于元件的放置与信号连接,通过大面积敷铜,以降低干扰。

  (2) 电源滤波要求较高,退耦电容器应尽可能靠近供电引脚,并且通过单独的过孔连接到印刷电路板的接地面。

  (3) 芯片的接地引脚,距离使用单独过孔的封装引脚越近越好,以减小干扰。

  (4) 外接元件越小越好,必须使用表面贴装器件,具体设计可使用0603 或0402 封装的贴片元器件。

  (5)如果在PCB 上要使用高速外接数字设备,那么必须避开RF 电路。

  (6) 系统应采用大规模接地方式,以消除干扰。可将PCB 底层设计为接地层。

  5 结 语

  本文先介绍了无线传感器网络的组成单元,并提出了一种基于CC2430的无线传感器网络节点及其外围扩展电路的硬件设计方案, 方案介绍了各个硬件模块的工作原理和设计方法。其中,方案详细介绍了控制器与射频模块电路和外围扩展电路,包括外部电源电路、液晶显示与键盘电路、通信电路,并介绍了本方案在PCB 设计时应注意的相关工艺要点。该方案在实际使用过程中性能稳定,工作良好,对同类型的设计方案也具有一定的指导意义。(作者:余谦)

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