1  引言

　　射頻收發(fā)器CC2420應用Chipcon公司的SmartRF03技術，采用0.18μmCMOS工藝，只需極少的外部元件，性能穩(wěn)定且功耗極低，同時集成所有ZigBee技術優(yōu)點，可快速應用到建筑自動化網絡、住宅安防系統(tǒng)、工業(yè)控制網絡、遠程抄表以及PC外設等ZigBee產品中，也可以替代現有的控制網絡技術（例如RS-422、RS-485）和有線監(jiān)視方案。

　　由于無線傳感器網絡在通信上消耗較大能量，選用功耗較小的PIC18F4620單片機為處理器，以及選用CC2420為通信器件，設計無線網絡節(jié)點，因此，這里提出一種基于CC2420的ZigBee無線網絡節(jié)點的設計方案。

　　2  CC2420簡介

　　CC2420有33個16位配置寄存器、15個命令選通寄存器、1個128字節(jié)的RXRAM、1個128字節(jié)的TXRAM、1個112字節(jié)的安全信息存儲器。TX和RXRAM的存取可通過地址或者用2個8位的寄存器實現，而采用后者訪問內存與訪問FIFO緩沖區(qū)一樣，不能讀取/寫入任何數據到安全信息RAM，也不能把TXRAM和RXRAM作為內存訪問，只能以FIFOS的方式訪問，而對寄存器的操作則可通過SPI接口以從屬方式使用。

　　CC2420內置一個低中頻接收器，負責處理天線接收到的RF信號，經低噪聲放大器（LNA）放大，并通過I/Q正交平衡電路降頻轉換為2MHz的中頻信號。該信號再經濾波、放大、A/D轉換、自動增益控制、信道過濾、解擴頻、符號相關和字節(jié)同步等恢復出正確的數據。當發(fā)送數據時，應先把要發(fā)送的數據放入容量為128字節(jié)的發(fā)送緩沖區(qū)。報頭和起始幀由硬件自動生成。CC2420的內部結構其性能特點如下：免執(zhí)照頻段：工作頻帶范圍為2.400～2.4835GHz；數據傳輸速率低：2M/s直接擴頻序列基帶調制解調和250Kbits的有效數據速率；低電流消耗和高接收靈敏度：接收19.7mA，發(fā)射17.4mA，接收靈敏度為-94dBm；高可靠性：

　　采用了CSMA/CA技術避免發(fā)送數據的競爭和沖突，MAC層采用完全確認的數據傳輸模式，每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息；安全性高：基于CRC（循環(huán)冗余校驗）的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用高級加密標準（AES2128）的對稱密碼，保證數據安全傳輸；小尺寸封裝：QLP-48封裝，7mm&TImes;7mm；接口配置簡單：與微處理器的接口配置簡易（4總線SPI接口）。

　　3  ZigBee無線網絡節(jié)點硬件設計

　　根據ZigBee傳感器網絡節(jié)點管理機制，把節(jié)點分成傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點和匯聚節(jié)點3種類型。當節(jié)點作為傳感器節(jié)點時，主要是通過傳感器采集周圍環(huán)境的數據（溫度、位移、光感度和濕度等），然后進行A/D轉換，由處理器處理，最后由射頻模塊發(fā)送到相鄰節(jié)點，同時該節(jié)點也要執(zhí)行數據轉發(fā)功能，即把相鄰節(jié)點發(fā)送的數據發(fā)送到匯聚節(jié)點或離匯聚節(jié)點更近的節(jié)收稿日期點；當節(jié)點作為簇頭節(jié)點時，主要是收集該簇內所有節(jié)點所采集到的信息，經數據融合后，發(fā)往匯聚節(jié)點；當節(jié)點作為匯聚節(jié)點時，其主要功能就是連接傳感器網絡與外部網絡（如Internet），將傳感器節(jié)點采集到的數據通過互聯(lián)網或衛(wèi)星發(fā)送給用戶。雖然節(jié)點的功能有所不同，但硬件電路基本一致。

　　設計選用PIC18系列的單片機+CC2420解決方案，因此要創(chuàng)建ZigBee傳感器節(jié)點必須具備以下組件：傳感器設備，帶SPI接口的PIC18F4620單片機，帶有所需外部元件的CC2420RF收發(fā)器，天線（PCB引線天線或單極天線），3.3V穩(wěn)壓電源。整個硬件系統(tǒng)劃分為數據采集、數據處理、射頻和供電4個模塊，如圖1所示。

　　3.1 數據采集模塊

　　數據采集模塊是應用傳感器件監(jiān)測外部環(huán)境，比如溫度、濕度、液位、位移、轉速等模擬參數，然后通過A/D轉換送給單片機進行處理。

　　3.2 數據處理模塊

　　處理器是整個節(jié)點的中心，其他模塊都要通過處理器控制，因此處理器性能的好壞決定整個節(jié)點的性能。處理器采用PIC18F4620型單片機，它具有13路通道的10位模數轉換模塊，2.0～5.5V寬工作電壓，內嵌用于存儲數據的3986字節(jié)SRAM和用于存儲程序代碼的64K字節(jié)Flash，JTAG程序下載和在線調試接口，支持4線SPI和I2C主從模式等特點。