2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計

　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計是硬件設(shè)計的核心，該系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)采用模塊化設(shè)計， 4種節(jié)點(diǎn)采用共同的核心模塊，不同類型節(jié)點(diǎn)配以不同的擴(kuò)展模塊。

　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以Freescale公司的MC13192芯片和Philip公司的LPC2138芯片為核心構(gòu)成了核心板。MC13192具有一個優(yōu)化的數(shù)字核心，能夠幫助降低MCU處理功率，并縮短其執(zhí)行周期。

　　除了接收、發(fā)送和空閑3 種工作狀態(tài)外，芯片還有3種低功耗運(yùn)行模式：掉電模式、睡眠模式、休眠模式。其工作頻率是2. 405~2. 480 GHz，并在頻帶內(nèi)劃分16個信道，每個信道占用5 MHz的帶寬，采用直接序列擴(kuò)頻的通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kb / s.芯片采用可編程功率輸出模式，發(fā)送功率為0~4 dBm，接收靈敏度可以達(dá)到92 dBm，傳輸距離為30~70 m.LPC2138芯片是支持實(shí)時仿真和嵌入式跟蹤的32 bit ARM 7微控制器。它帶有512 KB嵌入的高速F lash存儲器和32 KB片內(nèi)靜態(tài)RAM以及多個串行接口， 2個8通道10 bit A /D轉(zhuǎn)換器， 1個D /A轉(zhuǎn)換器和47個GP IO，以及多達(dá)9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。

　　LPC2138有兩種低功耗模式：空閑模式和掉電模式。由于具有較小的封裝和極低的功耗，使LPC2138可以理想地與MC13192結(jié)合，作為基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。LPC2138和MC13192通過SP I總線連接。LPC2138通過4線SP I接口對MC13192 的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，從而完成對MC13192 的控制以及數(shù)據(jù)通信。由傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過8 通道10 bit A/D變換后輸入到L PC2138中， LPC2138將傳感器采集的信號經(jīng)處理后從天線發(fā)射出去。

　　對傳感器的控制信號可以從天線接收進(jìn)來，經(jīng)過解調(diào)、解擴(kuò)得到原始的數(shù)據(jù)， 再通過SPI傳送到LPC2138 上， 經(jīng)過LPC2138 判斷處理后通過GPIO口傳送到傳感器上， 以實(shí)現(xiàn)對傳感器的控制。

　　核心板與各種傳感器相連構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn)，與自然光控制板和人工照明控制板相連構(gòu)成控制器節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展串行通信接口后構(gòu)成協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與基站PC機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，擴(kuò)展供電接口與電源模塊相連。節(jié)點(diǎn)硬件框架如圖2所示。

　　圖2　Z igBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件框架圖

　　根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型、節(jié)點(diǎn)需要的發(fā)射功率和能耗，電源模塊分為市電、太陽能與電池3種。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率大， 采用市電供電；控制器節(jié)點(diǎn)與控制板相連，以驅(qū)動相應(yīng)電路進(jìn)行自然光及人工照明控制，因此，控制器節(jié)點(diǎn)可以和控制板同樣采用市電供電；室外傳感器節(jié)點(diǎn)采用太陽能供電；其他節(jié)點(diǎn)采用電池供電。