基于单片机的Zigbee传感器节点的硬件设计

　　引言

　　ZigBee联盟定义了2种物理设备类型：一种是全功能设备FFD(fullfunctiondevice);另一种叫精简功能设备RFD(reducedfunctiondevice)。网络的构建需要有协调器参与工作(FFD)。整个网络的形成过程：首先进行初始化，之后协调器开始参与后建立网络，网络建立以后再通过路由器(FFD)和终端设备(RFD)发现网络，最后在建立起的网络开始数据管理和传送。

　　1 节点硬件设计

　　传感器节点是由几个不同的模块组成，这些模块处理着不同的功能，有传感器模块，传感器模块是传感的硬件基础，接着通过处理器模块，这个模块执行着重要的功能，数据处理后才能进行通信，还有无线通信模块和能量供应模块。传感器节点主要的功能是：首先进行数据节点的数据采集，采集后的数据再进行处理，经过处理后的数据再通过节点转发进行融合，同时还有其他节点转发数据过来，这样再对所有节点的数据进行管理和融合，数据处理后再进行存储。所有传感器的工作原理和结构大致相同，虽然每一种传感器设计不同，但是基本的架构是相同的。传感器节点的这种功能等同于兼并传统网络的路由功能，作为网络终端传送和接收数据，是构成5项网络的基础，网线网络的基本元素是传感器节点，节点是构成无线传感网络的基本平台。

　　由于传统的节点用来采集数据，不仅节点个数多，而且工作时间长、效率低等，此次设计做了些改进。此次采用的硬件设计综合不同硬件的特点，处理器是采用AVR单片机ATmega128L处理器，它的特点是性能高、速度快、功耗较低，比普通的8位机相比，实用性高、硬件资源丰富。具有高性能、高速度、低功耗和硬件资源丰富的特点。

　　CPU主要具有几种省电模式：IDLE、POWERSAVE、POWERDOWM、STANDYBY。在不同的省电模式下可以高效率工作。时钟控制由8MHz的晶振提供，时钟频率可以通过软件进行更改和选择。其内部集成的程序存储器大小为128KB,还有4KB静态RAM,同时带有4KB的E2PROM。

　　1.1通信模块

　　CC2420是Chipcon公司开发的一款低功耗通信芯片。它的特点是延迟时间短，使得有更多的充足的睡眠时间，保持这个状态不仅可以提高效率，节约了能耗，节点的使用寿命也比较可观。CC2420与处理器的连接方便，通过4个管脚表示数据的状态，分别为它使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA。接口是采用SPI接口，它与CC2420交换数据、发送命令，复位时通过VREG_EN和RESET_N2个引脚实现使能和复位，产生和CC2420匹配的工作电压，一般大小为1.8V,保证处理器进入正常工作状态。由于和天线相接的引脚具有高阻抗特点，引脚为RF_P和RF_N。高阻抗匹配需要高阻抗天线，一般要求匹配的负载阻抗为115+j×180。