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MTZigBee硬件平台的设计

发布时间:2020-07-21 18:15:12 阅读: 来源:玻璃钢厂家

0 引 言 ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离、低速率的无线通信技术,其物理层和媒体访问控制层协议为IEEE 802.15.4协议标准,网络层由ZigBee技术联盟制定,应用层的开发根据用户的实际应用需求,对其进行开发设计。 在设计开发ZigBee协议之前必须要有相应硬件平台的支撑,这里为ZigBee协议栈的实现提供了相应的硬件平台设计。在此主要介绍了MT-ZigBee硬件平台的设计与各硬件模块的测试。硬件平台的设计主要包括硬件平台的选型、ZigBee控制电路的硬件设计和ZigBee射频电路部分的硬件设计;硬件平台的测试主要包括各个硬件模块的测试。1 ZigBee硬件方案 在ZigBee技术联盟中,Freescale,TI,Chipeon,Philips等公司都是ZigBee标准制订的先驱。在射频收发芯片方面,主要有Freeseale公司的MC13192,MC13193和Chipeon公司的CC2420,CC2430所提供的两大解决方案。下面简单比对这两种可选的硬件开发方案。 Freescale公司面向ZigBee技术推出了完整的硬件解决方案,其中主要包括MC13192,MC13193射频(Radio Frequenee,RF)收发芯片;与RF端相配套的低功耗HCS08核MCU;相关的传感器等。MC13192,MC13193是符合IEEE 802.15.4标准的射频数据调制解调器,它工作在2.4 GHz频段下,与MCU通过标准的4线SPI接口通信,采用16个射频通道,数据速率为250 Kb/s。与HCS08核MCU配套使用,可提供低成本、低功耗、经济高效的ZigBee硬件平台方案。挪威半导体公司Chipcon推出的CC2430射频芯片是全球首颗符合ZigBee技术标准的2.4 GHz射频芯片,它沿用了CC2420的架构。CC2430兼容IEEE802.15.4标准,具有8051核的无线单片机。其在单芯片上集成了ZigBee RF前端、存储器和微控制器。另外,CC2430内部还包含了模/数转换器(ADC)、定时器、AES-128协处理器、看门狗、32 kHz晶振时钟、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I/O接口。由于Freescale公司提供了详细的芯片手册、参考设计、布线设计等文档说明,为硬件平台的搭建提供了良好的开发环境。这里在现有的ZigBee硬件方案中选择了Freescale公司提供的解决方案:MC9S08GB60和MC13192;并以此方案为背景设计开发了MT-ZigBee硬件平台。

本文引用地址: MT-ZigBee硬件平台设计 MT-ZigBee硬件平台的设计,主要包括硬件平台的选型,ZigBee控制电路的硬件设计和ZigBee射频电路部分的硬件设计。2.1 硬件选型 (1)主控MCU的选取。从芯片内部集成功能模块、RAM和FLASH的存储容量、芯片和开发环境的熟悉程度等方面考虑,本文选择了Freescale公司生产的S08系列的8位MC9S08GB60(以下简称GB60)作为平台的主控芯片。HCS08核,最高总线频率可达40 MHz;它内部具有64 KB的FLASH和4 KB的RAM存储空间;内部集成了1个SPI模块,适合与MC13192的通信;2个SCI模块,方便与PC通信;具有背景调试模块.能利用单线对HCS08核的系列MCU进行方便地写入和调试,加快开发的速度并大大降低了调试的难度。 (2)物理层芯片的选取。为了设计出低成本、低功耗、经济高效的ZigBee硬件平台.这里选择了与HCS08核MCU配套使用的MC13192芯片作为Zig-Bee物理层芯片。MC13192是Freescale公司于2005年推出的工作在2.4 GHz频率下短距离,低功率,工业、科学和医疗(ISM)的无线数据收发器。MC13192与MCU的接口简单,只需四线的SPI,1个IRQ中断请求线和3个控制线。2.2 MT-ZigBee硬件平台设计 MT-ZigBee硬件平台主要包括主控MCU支撑模块;外部输入部分有电源输入模块和按键输入;MC13192无线射频通信模块;SCI串行通信模块;运行状态显示模块和现场数据采集模块,整体的硬件框图如图1所示。其中按键输入、SCI串行通信模块、液晶及运行指示灯模块设计比较简单,由于篇幅问题,不再叙述。下面重点介绍电源输入模块、MCU支撑模块、GB60与MC13192接口电路和MC13192无线射频通信模块的硬件设计。

2.2.1 电源输入模块 无线传感器网络主要用于采集现场数据,再进行相应控制。设备均安放在采集现场,考虑到便于携带、安装,供电电源采用1节9 V的干电池。在硬件电路上电源分为两路:一路是单独供给主控芯片GB60的电源;另一路是供给LCD、MC13192、SCI、按键和测试小灯等所有外围模块的电源。具体电源电路如图2所示。

在电源电路中,主控芯片电源在任何情况下都是存在的.这样保证任何情况下GB60都是工作的;外围模块电源受到主控芯片控制,GB60通过MOS管来控制外围模块电源:当系统正常工作时,GB60允许外围模块电源上电;当系统进入低功耗状态时,GB60切断外围模块电源.这样整个系统只有主控芯片有供电,主控芯片再进入低功耗模式(Stop Mode),这样就更好地实现了整个系统的低功耗。注意,在切断外围模块电源时,不能直接使用一般的三极管,这样进入低功耗状态后外围模块仍然有较大的电流消耗,应该使用电流截止性能好的MOS管(如:SI2301)来实现。2.2.2 GB60与MC13192接口电路设计 GB60与MC13192的接口电路如图3所示。GB60与MC13192主要有9个连接接口:4根SPI通信接口、IRQ中断接口、3根MC13192的控制口和MC13192时钟输出引脚。其中对于4线SPI,根据参考手册指出,当作为SPI主机方式,同时SPI状态与控制寄存器的模式错误标志(MODF)有效并置为1时,引脚可单独作为I/O口使用。在该设计中GB60为SPI主机方,直接作为输出口使用,用以控制MC13192的CE使能信号。

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