基于CC2530的能温度传感器节点设计_巩娜.docxVIP

第４２卷第５期２０１４年１０月气象科技ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．４２，Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１４基于ＣＣ２５３０的智能温度传感器节点设计巩娜１张素娟１，２雷勇３曹晓钟３（１成都信息工程学院四川６１０２２５；２中国气象局大气探测重点开放实验室四川６１０２２５；３中国气象局气象探测中心北京１０００８１）摘要采用ＴＩ公司生产的ＺｉｇＢｅｅ芯片ＣＣ２５３０作为主控芯片和通讯芯片，将铂电阻ＰＴ１００作为温度传感器，在ＴＩ公司的Ｚ－Ｓｔａｃｋ协议栈的基础上进行采集、传输和管理等软件运行程序的编写，实现了对温度要素的采集和无线传输。硬件电路的设计和软件程序的编写充分考虑了低功耗、高可靠性的设计。整个温度传感器采用锂电池进行供电，使用太阳能电池板给锂电池进行充电，可独立在户外环境下长时间稳定运行。关键词 ＣＣ２５３０ ＰＴ１００ 低功耗 温度采集 Ｚ－Ｓｔａｃｋ引言基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准的ＺｉｇＢｅｅ技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术［１］，随着ＺｉｇＢｅｅ技术规范的进一步完善，ＺｉｇＢｅｅ技术应用越来越广泛，应用到了家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制等领域［２］。但目前电路。ＣＣ２５３０Ｆ２５６还有一个显著的特点就是低功耗，它有多种运行模式，在电源管理模式２（睡眠定时器运行）功耗为１μＡ，在电源管理模式３（外部中断唤醒）功耗仅为０．４μＡ［３］。Ｚ－Ｓｔａｃｋ是ＴＩ公司开发的开源ＺｉｇＢｅｅ协议栈，并且通过了ＺｉｇＢｅｅ联盟的认可，协议栈采用分层的软件结构，定义了通信硬件和软件在每个分层里怎许多应用中依旧局限于仅使用ＺｉｇＢｅｅ芯片的无线样协调工作［４］。协议栈的各层相对独立，每一层都通信功能，并没有充分发挥ＺｉｇＢｅｅ芯片的价值，且现在观测场进行温度测量多把ＰＴ１００挂接到采集器上，采用有线方式与上位机进行通信，功耗高，结构复杂，不便于使用和更换。与目前大多数的设计不同，本系统从底层做起，采用ＺｉｇＢｅｅ芯片内嵌的５１单片机实现温度要素的采集，采用模块化设计方法，将采集和无线传输结合起来，模块的集成度和可靠性高，功耗低，便于更换和升级。ＴＩ公司的ＣＣ２５３０Ｆ２５６拥有２．４ＧＨｚＩＥＥＥ８０２．１５．４兼容无线收发器，增强型工业标准８０５１ＭＣＵ，８ＫＢＲＡＭ，２５６ＫＢ系统可编程ＦＬＡＳＨ，同时拥有５通道ＤＭＡ，３个通用定时器（１个１６位、２个８位），８路输入并可配置的１２位ＡＤＣ，２个支持提供一些服务，这些服务由协议定义，设计者只需要关心与他的工作直接相关的那些层的协议，为其设计和调试带来极大的方便［５］。Ｚ－Ｓｔａｃｋ协议栈的每个工程都包含用户应用层 ＡＰＰ、硬件抽样层ＨＡＬ、物理层ＭＡＣ、网络层ＮＷＫ、操作系统抽样层ＯＳＡＬ和ＺｉｇＢｅｅ设备对象层ＺＤＯ等１４个目录文件。Ｚ－Ｓｔａｃｋ下任务的执行是通过系统消息进行传递调用，当有事件发生时就会去执行相应的任务［６］。在ｏｓａｌ＿ｉｎｉｔ＿ｓｙｓｔｅｍ函数中调用ｏｓａｌＩｎｉｔＴａｓｋｓ（）对任务进行初始化，在该函数中为每一个任务分配了一个ＩＤ号，在任务切换时指示进入对应的任务处理程序。ＯｓａｌＩｎｉｔＴａｓｋｓ（）内各初始化函数的顺序与函数指针数组ｔａｓｋｓＡｒｒ［］中对应的任务顺序一致，保证任务与ＩＤ号一一对应［７］。Ｚ－Ｓｔａｃｋ简易流多种串行通信协议的ＵＳＡＲＴ等强大的外围设备。无线收发电路实现简单，ＣＣ２５３０射频收发端外加匹配网络和ＳＭＡ天线即可实现ＺｉｇＢｅｅ收发硬件程如图１所示。作者简介：巩娜，女，１９８８年生，硕士生，主要从事地面气象观测研究，Ｅｍａｉｌ：ｈｇｎａ０３１５＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０１３年９月２日；定稿日期：２０１４年４月１４日ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｑｘｋｊ．ｎｅｔ．ｃｎ气象科技第５期巩娜等：基于ＣＣ２５３０的智能温度传感器节点设计７６５图１ Ｚ－Ｓｔａｃｋ简易流程图１ 温度传感器硬件设计１．２ 温度采集电路采集电路部分，ＰＴ１００温度传感器使用四线制接法接入有效地消除引线电阻，提高测量结果的准确性［９］。ＰＴ１００经过接线端子接入电路板后先经过ＴＶＳ管以降低电路板被雷击的概率。电路板设计中接地分为数字地、模拟地、高频地、保护地，保护地经过外壳连接到大地，电源设计上也采用了模拟数字高频分隔的方法。采用恒流恒压方法进行测量，由ＲＥＦ２００产生２００μＡ电流作为恒流源进行驱动，流经ＰＴ１００温度传感器和１００Ω的精密电阻，两路差分信号分别经过电压跟随器后在通过由低功耗运放ＬＭＰ２２３２和ＬＭＰ２２３４放大７５倍后送至ＣＣ２５３０的ＡＩＮ０和ＡＩＮ１，来实现对温度的测量，使用ＲＳ１００和ＰＴ１００两路差分信号这样可以降低电流源对温度测量的影响。ＡＤ