cc2530应用开发毕业论文设计文档格式.docx
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CC2530拥有不同的运行模式，使得它适应超低功耗要求的系统。
运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
关键词：
网络节点；
低功耗；
微控制器；
RF收发器
ApplicationanddevelopmentofCC2530
Abstract
CC2530isusedinarealpieceof2.4GHz,IEEE802.15.4,ZigBeeandRF4CEapplicationsSystem（SOC）solutions.Itcanbeverylowtotalcostofmaterialsforestablishingnetworknodepowerful.CC2530usedtoadaptthe2.4-GHzIEEE802.15.4RFtransceiver,lowpowerconsumption,microcontroller8-KBRAMandmanyotherpowerfulfunction.CC2530hasfourdifferentflashversion:
CC2530F32,CC2530F64,CC2530F128,CC2530F256,respectively,with32,64128256KBflashmemory.CC2530hasdifferentrunningmode,makingitadapttothesystemofultralowpowerrequirements.Theconversionoperationmodebetweentheshorttimetofurtherensurethelowenergyconsumption.
Keywords:
networknode;
lowpowerconsumption;
microcontroller;
RFtransceiver
1前言
CC2530是用于、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统〔SOC〕解决方案.它结合了RF收发器的良好性能，系统可编程闪存等许多强大的功能。
由于它的强大功能，因此广泛应用于控制系统，RF4CE远程控制系统〔需要大于64-KB〕闪存，家庭/楼宇自动化，照明系统，工业控制和监控，低功耗无线传感网络，消费型电子，医疗保健等领域，具有伟大的历史意义。
在当今高科技高速开展的时代，CC2530的强大性能使得它能在众多微型电子芯片中占有一定的地位，其中尤以在Zigbee系统中和照明控制系统应用广泛，因此本次设计讨论的主题就是如何通过CC2530芯片建立一个Zigbee系统的LED无线智能光源控制系统。
本设计的目的、意义与应达到的技术要求
在现今，LED的开展速度越来越快，但是有个问题一直难以解决，那就是散热问题，这也是制约LED开展的一大缺陷，是制约LED取代节能灯以与白炽灯的最大障碍，倘假设能降低整个LED无线智能控制系统的功耗，这无疑是大大地有利于LED对于整个社会的普与，尤其是当今社会人们对生活的要求越来越高，对照明的要求也越来越高，不再单纯于照明，还有享受，美容等。
因此以CC2530为主的Zigbee控制系统便可以登上LED无线智能控制系统的舞台了。
由于它的低功耗，以与所需不多设备的，简单的，快捷的特点，因此使用以CC2530为主的Zigbee控制系统来驱动LED光源，充当LED无线智能控制系统具有重大历史意义，对于LED未来的开展具有巨大的现实意义，可以开掘起LED的无限潜能。
因此，这个系统要达到的技术要求，第一必须要低功耗，第二，低本钱，第三，无限智能控制LED光源。
本设计在国外的开展概况与存在的问题
目前国外LED灯系统正朝着节能、单灯控制以与远程监控的方向开展。
由于LED的初始购置本钱高，因此LED的开展也正处在萌芽乃至初开展阶段，因此以CC2530的ZigBee控制系统这种无线网络技术对于LED的应用也是正在萌芽的阶段，但是，一旦LED灯普与，那么这种无线网络控制技术对于LED是有重大开展意义。
但是，存在的问题也有，就是LED的开展制约着这种控制系统对于LED的应用，LED的散热问题，系统的稳定程度，技术要求要达到完美，还需要不少时间。
随着现今社会的开展速度越来越快，人们对于生活品质的逐渐提高，对照明的要求也越来越高，不再是单纯的按键开关照明，而是带有自动控制，温度传感，红外感应等要求。
同时，灯的电能消耗和灯具损耗也越来越大。
传统的灯的控制系统有着智能程度不高，稳定性差，布线复杂等缺点，给照明和维护等领域上带来不少的麻烦。
因此，本设计主要解决的问题是开关的灵活性，故障的自动报警，智能化管理等。
2本设计
CC2530有很多个模块，每个模块都有自己的特性以与功能，但是总的来说，分为三大类：
1.CPU，闪存的存类模块。
2.外部设备，时钟，电源管理的定时类模块。
3.无线电控制类的模块。
其中无线电控制类的模块也是CC2530应用地最广泛的一个模块，常用于无线网络控制系统。
CPU和闪存：
CC2530使用的是8051CPU，它是一个单周期的8051兼容核。
它以单周期分别访问三个不同的存储器访问总线SFR,DATA,主SRAM。
其中还包括一个调试接口和一个18输入的扩展中断单元。
总的来说有提供了18个中断源的中断控制器，负责执行仲裁的存仲裁器，超低功耗的8-KBSRAM，
为设备提供了电路可编程的非易失性程序存储器的32/64/128/256KB闪存块。
外设，时钟和电源管理：
CC2530用一个的低差稳压器来对数字设备和核进展供电。
同时还包括一个电源管理功能，有五种不同的复位源来复位外部设备。
CC2530有许多不同的外设，其中包括有执行一个专有的两线串行接口，用于电路调试的调试接口，负责所有通用I/O引脚的I/O控制器，一个多能的五通道DMA控制器，具有定时器，计数器，PWN功能的16位定时器1，专门为支持或者其他软件中其他时槽的协议设计的定时器2〔MAC定时器〕，同样具有定时器，计数器，PWN功能的8位定时器3和定时器4，超低功耗的睡眠定时器，支持7到12分辨率的ADC，使用一个16位的LSFR来产生伪随机数的随机数发生器，允许用户使用带有128位密钥的AES算法加密和解密数据的AES协处理器，允许设备在固件挂起的情况下复位自身的一个置的看门狗定时器，每个被配置为一个SPI主、从或一个UART的USART0和USART1，有五个端点的全速控制器。
无线电：
CC2530使用了一个的兼容无线收发器。
另外，通过RF核来控制模拟无线模块。
同时，它提供了MCU和无线设备之间的一个借口，还包括一个数据包过滤和地址识别模块。
图1CC2530模块图
2.0.2CC2530的应用
由于具有高达256KB的大容量闪存，CC2530非常适合ZIGBEEPRO应用。
64K以与更高版本将支持用于ZIGBEERF4CE的新型REMOTI™堆栈，该堆栈是业第一款符合ZIGBEERF4CE协议的堆栈，并且更大容量的存将允许片上空中下载以支持系统重新编程。
此外，CC2530还结合了1个完全集成的高性能射频收发器，带有8051MCU、8KBRAM、32/64/128/256KB闪存以与其它强劲的支持功能与外设。
目前CC2530主要应用于：
1.IEEE802.15.4系统。
2.RF4CE远程控制系统。
CC2533是业界首款专ZIGBEERF4CE芯片市场设计的器件，其建立在2009年5月推出的业界验证的CC2530片上系统根底之上.3.ZigBee系统。
这也是目前CC2530应用得最广泛的领域。
它协议。
4.家庭/楼宇自动化。
楼宇自动化控制采用的是计算机集散控制，所谓计算机集散控制就是分散控制集中管理。
它的分散控制器通常采用直接数字控制器〔DDC〕，利用上位计算机进展画面的监控和管理。
楼宇自动化包括：
空调与通风与监控系统、给排水监控系统、照明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合保安系统、消防监控系统和结构化综合布线系统。
5.照明系统。
由光源和聚光镜与辅助透镜组成用以照明物体的装置。
分别由断路器，隔离开关，接触器等器件组成。
6.工业控制和监控。
7.低功耗无线传感网络。
无线传感网络是由大量的静止的或者移动的传感器以自组织的和多跳的方式构成的无线的网络。
以协作的感知，采集，处理和传输网络覆盖地理区域被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者的。
无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震，电磁，温度，湿度，噪声，光强度，压力，土壤成分，移动物体的大小，速度和方向等周边环境中多种多样的现象。
8.消费型电子。
9.医疗保健。
2.0.3ZigBee技术
ZigBee技术种新兴的短距离无线通信技术，是基于标准的七层开放式系统互联模型，目前在近距离无线网络领域得到广泛应用.它的协议栈是建立在IEEE802.15.4标准之上。
物理层和MAC层的规，网络层和应用层规分别由和ZigBee联盟负责。
它采用自组织网络，并且它的一个特点很适合照明系统，那就是它的网络拓扑结构可以随意变动，对实现LED灯节能智能监控系统的智能化、高可靠性、低本钱起到很好的作用。
它的低速局域网有以下特点：
1.低功耗。
由于它的传输速率低，传输数据量小，且在非工作模式是休眠状态，能很好的节省电能。
2.数据传输可靠。
它采用了冲突防止的载波多路听技术，因此其保证了系统信息传输的可靠性。
3.网络容量大。
一个完整的Zigbee网络最多可达到65个节点，各节点可以相互连接，保证了网络的可容性。
4.工作频段多样。
它的使用频段有使用频段有：
2.4GHzISM频段、868MHz〔欧洲〕与915MHz〔美国〕,并因此有三种不同的传输效率。
由于这种特性，可以提供应用户多种频段选择，适合于不同场合，有很大的方便以与广泛性。
它的网络拓扑结构可分为：
网状结构、星型结构和树状结构。
由于网状结构能够缩短信息传输的延迟和提高通信网络的可靠性因此无线LED灯节能智能监控系统中的网络拓扑可以采用网状结构。
它的节点类型可以分为三种：
1.ZigBee协调者〔ZC〕，ZigBee路由器〔ZR〕，ZigBee终端节点〔ZED〕。
图ZigBee网络节点
图CC2430介绍
图2.3ZigBee应用前景
图2.4ZigBee家庭应用
图2.5ZigBee办公环境应用
图2.6利用Zigbee进展无线抄表
图Zigbee结构
设计原理
（1）ZigBee无线组网原理
在ZigBee的网络层中，它定义了三种角色：
第一种是中央协调器，负责建立网络，以与分配各个网络的节点位置；
第二是路由器，负责查找网络，建立和修复数据的路由路径，并负责转送数据，路由器同时可以与三种角色通信；
第三种是终端节点，只能选择参加已经形成了的网络，可以与路由器进展收发数据信息。
〔2〕工作原理
系统中每个终端节点或者路由器分别控制一盏或者多盏灯，每个节点会有单独的网络地址，手持控制终端通过无线模块发送命令到协调器，协调器将收到的命令发送到各个终端节点，对每盏LED灯进展用户所需要执行的动作。
根本的性能指标参数
系统时钟：
100MHZ
串口波特率：
38400
LED灯节点参数：
LED电压：
5V
LED电流：
ZigBee模块电压：
电压电流采集电路电压：
ZigBee网络参数：
频率：
最大覆盖围：
650M
方案选择
：
当CC2530用倒F型PCB天线时，可靠收发距离为200m左右，考虑到网状结构能够缩短信息传输的延迟和提高通信网络的可靠性，因此无线路灯节能智能监控系统中的网络拓扑可以采用网状结构，使用路由功能传输。
因为CC2530可以实现20级左右路由，所以本系统采用CC2530“CC2530+CC2591〞组成的路由器与协调器的可靠收发距离可以达到1km左右，“CC2530+CC2591〞组成的路由器与普通路由器如果布局合理的话，就可以让整个网络的通信距离达到20km左右。
无线路灯节能监控系统是由一个ZigBee协调器、假设干个路灯路由控制器和假设干个路灯终端设备控制器组成的无线监控系统如如下图。
根据ZigBee通信与组网技术的特点，将ZigBee技术与传统的路灯控制模式相结合，采用对每组路灯进展检测和控制的方式，就能够与时发现路灯的损坏情况和它的具体位置，方便维修管理，实现按需节能、智能化管理，达到照明系统节能减排的目标.。
图2.8系统框架图
无线LED节能监控系统的各个模块运行主程序流程如图所示。
首先系统上电初始化各个模块，然后协调器选择一个信道和PANID〔个域网ID号〕后就开始建立网络，路由器和终端设备随后参加网络，协调器发出相应的控制命令。
图2.9流程图
该无线智能控制LED光源系统的硬件主要由终端控制器，LED照明网络组成。
图2.10ZigBee无线控制LED硬件结构
终端控制器：
终端控制器主要由外部存储器，按键，SD卡,SOPC系统，ZigBee无线模块组成。
其对LED的照明网络有多种控制方式：
手动控制，自动控制，定时控制，睡眠控制，恒照度智能控制。
它通过ZigBee无线模块发送灯具控制信息，并可以接收LED灯节点网络的
图2.11终端控制器SOPC系统功能结构
LED硬件系统：
LED的模块由LED灯驱动模块，LED电源驱动模块组成。
LED驱动局部主要采用MC34063驱动，它是一个单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换控制器局部本设计利用MC34063来设计一个BUCK-BOOST电路来当LED的驱动电路，该芯片做直流变换器简单，不复杂，唯一缺点就是稳定性不够。
片包含有温度补偿带隙基准源，一个占空比周期控制振荡器，驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。
由于它在3到40的输入电压下工作，输出电压可调，低静态电流，且还有电路电流限制，防止模块被短路。
因此此芯片常用于LED的驱动模块。
图2.12Boost升压电路
图2.13Buck降压电路
ZigBee无线模块主要采用CC2530。
CC2530具有32/64/128/256KB四个不同的闪存版本，本系统采用的是128KB的闪存版本。
它具有不同的运行模式，使得它尤其适应LED无线控制系统这种超低功耗要求的场合。
运行模式的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
CC2530的定时器1是一个16位的定时器，具有定时器/PWN功能。
它有一个可编程的变频器，一个16位周期值，和五个各自可编程的计数器/捕获通道，每个都有一个16的比拟值。
一个16位捕获存放器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的准确时间，或者传输完毕的准确时间，还有一个16位输出比拟存放器可以在具体的时间产生不同的选通命令〔开始RX,开始TX等等〕到无线模块。
每个计数器捕获通道可以用作一个PWM输出或者是捕获输入信号边缘的时序。
定时器2是专门为支持专门为支持或软件中其他时槽的协议涉与。
定时3跟定时4是八位定时器，具有定时器，计数器，PWM功能。
LED灯具：
一个LED灯具的每个像素点由红绿蓝三路可分别实现256灰度级的LED组成。
从图2.14可知，LED灯具由ZigBee无线模块，LED驱动电路，电参量采集电路和各种传感器组成。
一方面ZigBee模块根据所设地址接收来自终端控制器无线模块发来的灯控信息，产生相应占空比的灯控PWM信号。
LED驱动电路为像素点提供正常工作时所需要的电压以与电流。
图2.14LED灯具结构
软件开发环境选择作为Zigbee开发的IDE在TIZSTACK协议线的根底上，编写了系统的应用程序代码。
ZSTACK提供了丰富的调试函数调试串口。
系统软件主要包括协调器节点程序，路由器节点程序。
协调器是第一节点，负责组建网络，网络组建好会分配节点ID地址，协调器收到手持控制终端发送的命令，发送控制命令到节点就可以实施相应控制。
以下扩展到第2级，第3级甚至更多级，只要在同一网络就可以实施相应控制，协调器承受命令同时将控制命令发送到路由器或者终端节点，由终端节点执行相应命令。
终端控制器软件结构：
搭建好SOPC系统后，就可以用ZSTACK编写软件应用程序。
终端控制器是整个LED照明网络系统核心。
它通过ZigBee无线技术控制各个LED灯具。
终端控制器可以完成以下功能：
1）根据用户的操作对LED照明网络进展控制。
2）接收ZigBee网络返回的数据，并进展相应处理。
LED灯具节点软件结构:
1）根据终端控制器的灯控信息产生相应的PWM信号对LED进展控制。
2）定时采集传感器数据并发送到终端控制器。
2.3设计过程
2.3.1ZigBee网络
ZigBee网络使用飞比公司的开发板搭建，ZigBee网络由一个唯一的协调器与多个路由器和终端设备组成，最大可以由65000个节点组成。
ZigBee可以实现网络的自愈合，如果某个节点因为天气等不确定因素掉网，只要环境恢复，此节点可以自动加回到原来的网络，具有非常高的安全可靠性。
飞比公司的ZigBee开发板采用的是TI公司的CC2530芯片，集成了ZigBee无线收发模块与增强型51系统MCU资源丰富，功能强大,可以用来产生PWM信号、实现对全彩LED的控制，并有多路单独的ADC输入，可以方便用来采集电压、电流、温度、光照度等数据。
ZigBee网络的建立与绑定:
ZigBee网络只能由协调器建立。
灯具节点发现网络后参加。
而不能由灯具节点建立网络。
协调器不仅负责发送用户终端设备的数据，而且负责维护整个ZigBee网络。
本设计中，协调器上电后自动建立网络，灯具节点发现网络后自动参加。
ZigBee网络采集绑定机制来操控各个终端节点。
绑定是一种两个（或者多个）应用设备之间信息流的控制机制。
允许应用程序发送一个数据包而不需要知道目标地址。
所有的设备都必须执行绑定机制。
灯具节点参加协调器建立的网络后。
会自动与协调器建立绑定。
建立绑定后。
协调器就可以和灯具节点进展数据传输了。
CC2530芯片有8个独立的ADC通道，本设计中，灯具温度、电流、电压、电池电压、光照度等参数都是由CC2530自带的ADC模块负责采集数据。
CC2530的这个特性，使得灯具节点的设计大大简化。
图的左边与DE2板相连的是ZigBee网络的协调器，右边是ZigBee网络的终端节点。
连接着LED。
图Zigbee网络协调器与终端节点
2.3.2驱动控制电路
本设计中，设计了三路一样的LED驱动电路，分别驱动RGB三路LED。
LED驱动是根据输入的PWM波来控制LED的亮灭的，单路LED可以实现256个等级的灰度变化。
由于置大电流的电源开光，MC34063能够控制的开关电流达到。
部线路包括有参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管。
参考电压源是温度补偿的带隙基准源。
振荡器的振荡频率由外接3脚的定时电容决定。
开关晶体管由比拟器的反相输入端与振荡器相连的逻辑控制线路置成ON，并由振荡器输出同步的下一个脉冲置成OFF。
2.3.2.1低电压LED驱动电路
低电压驱动就是指低于LED正向导通压降的电压驱动LED，如用一节普通干电池或镍铬／镍氢电池驱动LED，其正常供电电压在之间。
用低电压驱动LED时需要把电池升高到足以使LED导通的电压值。
对于LED这样的低功耗照明器件，低电压驱动方法是一种常见的使用情况，如LED手电筒、LED应急灯、节能台灯等。
由于受单节电池容量的限制，低电压驱动电源一般不需要很大功率，但要求有最低的本钱和比拟高的转换率，考虑到有时候有可能需配合一节5号电池工作，故还要其有最小的体积。
最优技术方案是选用电容式升压变换器。
2.3.2.2LED驱动器的特性
直流控制：
LED是电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。
应用
中可采用以下2种方法控制LED的正向电流：
（1）采用LED的曲线来确定产生预期正向电流所需向LED施加的电压。
驱动电路一般采用的是一个电压源和一个限流电阻器。
〔2）利用恒流电源来驱动LED。
由于横流电源可消除LED正向电压变化所导致的电流变化，因此无论正向电流如何变化都可产生恒定的LED亮度。
高效率：
实用的LED驱动器必须具有高效率，LED驱动器的效率与驱动器采用的电路拓扑、控制方式、电源电压等有直接的关系，如驱动器中的电流检测电阻器消耗的电源功率与电源所选择的参考电压有关，较低的参考电压有较高的效率。
PWM调光：
在许多LED应用中都可以进展亮度调节，如在LED背光应用中的调光功能就可提供亮度与比照度的调节。
在实际设计中可采用2种调光方式：
模拟方式与PWM调制方式。
模拟方式是通过向LED施加50％的最大电流，从而使LED产生50％的亮度。
这种方法的缺点是会出现LED颜色偏移,并且需要采用模拟控制信号，因此其使用率不高。
PWM调制方式是在50％占空比时给LED加满电流，如此LED可产生50％的亮度。
为确保人的肉眼看不到PWM脉冲，PWM信号的频率必须高于100Hz。
最大PWM频率取决于电源启动与响应时间。
为提供最大的灵活性与集成的简易性，LED驱动器应能够接收高达50kHz的PWM频率。
R1为采样电阻，R4，R5对输出的电压信号进展分压，通过CC2530置的ADC进展采集，这里我们用一个电容C2进展滤波。
经测量芯片输出的电压最大为。
经过R4，R5分压后电压为，符合CC2530芯片的电压采集要求。
为采集电源输出的电压R2，R3被用来对电源电压进展分压，以供CC2530采集，C1被用来滤波。
为防止输出电压异常导致CC2530采样口损坏，在R3上并联一个稳压管进展分压。
2.4设计特点
1、LED反响速度快、谱线窄，控制方便，可以利用PWM和LED混色技术，实现全色彩围的变化。
LED还具有发光效率高、寿命长，无污染等特点。
使用LED灯具替代传统灯具，使得照明网络具有高效、节能、环保、舒适，人性化等优点。
2、ZigBee技术具有低速率、低功耗、低本钱与组网灵活等特点。
一个ZigBee网络最多可拥有65000个节点，足以满足LED照明网络的无线组网要求，使得LED照明网络的可扩展性非常强，可以根据需要增加LED灯具节点。
ZigBee网络不会因为某个节点的损坏而不能正常工作，可靠性极高。
ZigBee无线技术的应用简化了照明系统的安装，节约了布线的本钱和麻烦。
SOPC与ZigBee技术的结合，使整个LED照明网络可
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