基于CC2530的ZigBee無線氣壓測量模塊設(shè)計及實現(xiàn)

陳銘治　李精明　王侯清

摘要：基于CC2530芯片，采用ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)無線傳輸方式，設(shè)計并實現(xiàn)了氣壓測量及無線傳輸模塊。模塊具有低功耗、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，且完全滿足設(shè)計所需精度要求，可用于冷藏集裝箱全自動的氣密性試驗裝置中。

關(guān)鍵詞：CC2530；無線傳輸；ZigBee；氣壓測量

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）29-6958-03

在集裝箱運(yùn)輸中，對冷藏集裝箱可靠性要求很高，除進(jìn)行強(qiáng)度實驗外，還需按要求完成熱工性能實驗。熱工性能實驗中需要測量集裝箱的氣密性，漏熱性，制冷性等[1]。

為提高測量的自動化程度，控制測量過程的人為因素，需要設(shè)計一套全自動的氣密性試驗裝置。試驗裝置需要能夠精確地測量集裝箱的氣壓，并且通過無線傳輸將測量值發(fā)送到接收模塊，由接收模塊控制流量調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)供氣量，保持箱內(nèi)和環(huán)境的壓差。該文著重介紹氣壓測量及無線傳輸模塊的設(shè)計及實現(xiàn)。在無線傳輸方面，由于ZigBee通信協(xié)議具有成本低、功耗低、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此模塊選用了ZigBee無線通信協(xié)議，以此完成模塊設(shè)計，程序編制及調(diào)試。

1 無線氣壓測量模塊總體設(shè)計

無線氣壓測量模塊包含氣壓測量及無線發(fā)送，無線接收及顯示兩個單元。氣壓測量及無線發(fā)送單元主要負(fù)責(zé)氣壓的采集及發(fā)送?？刂破鬟x用TI公司的CC2530芯片，氣壓測量選用BMP085替代模塊BMP180氣壓模塊。而無線接收及顯示單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收及轉(zhuǎn)換，并通過RS232轉(zhuǎn)USB串口通信連接上位機(jī)，在上位機(jī)上實時顯示氣壓的數(shù)值。發(fā)送和接收單元之間通過ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。

2 無線氣壓測量模塊的硬件設(shè)計

為了簡化設(shè)計電路，提高模塊可靠性，模塊的氣壓測量及無線發(fā)送單元，無線接收及顯示單元采用CC2530芯片設(shè)計的相同核心板，而根據(jù)功能不同設(shè)計不同的功能底板。核心板硬件電路相同，但下載不同的程序，完成相應(yīng)的設(shè)計功能。

2.1 氣壓測量及無線發(fā)送單元硬件設(shè)計

氣壓測量及無線發(fā)送單元由ZigBee無線傳輸核心板，測量及無線發(fā)送單元功能底板，以及氣壓測量傳感器模塊組成。

使用中，氣壓測量傳感器模塊放置在冷藏集裝箱內(nèi)，功能底板與傳感器通過杜邦線連接。而核心板通過12針及14針的標(biāo)準(zhǔn) 2.54 排針接插件與功能底板相連。測量及無線發(fā)送單元功能底板主要包含電源供給，程序下載及調(diào)試接口，按鍵及LED報警指示，傳感器接口等功能。由于氣壓測量傳感器模塊BMP180采用I2C接口，而CC2530沒有硬件I2C接口，因此使用P0.0、P0.1模擬I2C的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL，采用軟件模擬I2C的方式讀寫傳感器。

2.1.3 CC2530無線傳輸核心板硬件設(shè)計

ZigBee無線傳輸核心板主芯片CC2530采用標(biāo)準(zhǔn)8051處理器，滿足2.4GHz ISM波段應(yīng)用對低成本，低功耗的要求。ZigBee無線傳輸核心板使用2.4G全向SMA天線，不僅設(shè)計可靠，而且重量輕、體積小，傳輸距離200米以上，完全滿足氣密性試驗的性能要求。核心板包括以下幾個部分：CC2530片上系統(tǒng)，32MHz系統(tǒng)時鐘，SMA天線，12針及14針接插件接口。

2.1.2 測量單元功能底板硬件設(shè)計

功能底板主要設(shè)置電源供應(yīng)，JTAG程序下載及調(diào)試接口，故障報警指示，傳感器測量接口。調(diào)試過程中可以通過JTAG調(diào)試接口供給電源，實際測量中使用一節(jié)7號3.7V電池供電。由于CC2530供電電壓范圍2-3.6V，因此通過電池供應(yīng)需要經(jīng)過CAT6219-330進(jìn)行線性穩(wěn)壓[3]。功能模塊中設(shè)置了無線通信故障、傳感器測量故障等報警，報警通過相應(yīng)的指示燈指示。BMP180傳感器測量接口使用5針排針與杜邦線連接方式，包含模塊電源線，I2C通信上拉電源線，數(shù)據(jù)線，時鐘線，以及地線。

2.1.3 氣壓測量傳感器模塊硬件設(shè)計

參考文獻(xiàn)：

[1] 操雙五，章學(xué)來. 冷藏集裝箱熱工性能實驗方法研究[J].制冷，2002（04）：5-8.

[2] 楊塤，王小平，彭勇. ZigBee的無線傳感閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（10）：72-75.

[3] 吳祥，康戈文. ZigBee的遠(yuǎn)程低功耗灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（04）：64-67.endprint

摘要：基于CC2530芯片，采用ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)無線傳輸方式，設(shè)計并實現(xiàn)了氣壓測量及無線傳輸模塊。模塊具有低功耗、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，且完全滿足設(shè)計所需精度要求，可用于冷藏集裝箱全自動的氣密性試驗裝置中。

關(guān)鍵詞：CC2530；無線傳輸；ZigBee；氣壓測量

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）29-6958-03

在集裝箱運(yùn)輸中，對冷藏集裝箱可靠性要求很高，除進(jìn)行強(qiáng)度實驗外，還需按要求完成熱工性能實驗。熱工性能實驗中需要測量集裝箱的氣密性，漏熱性，制冷性等[1]。

為提高測量的自動化程度，控制測量過程的人為因素，需要設(shè)計一套全自動的氣密性試驗裝置。試驗裝置需要能夠精確地測量集裝箱的氣壓，并且通過無線傳輸將測量值發(fā)送到接收模塊，由接收模塊控制流量調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)供氣量，保持箱內(nèi)和環(huán)境的壓差。該文著重介紹氣壓測量及無線傳輸模塊的設(shè)計及實現(xiàn)。在無線傳輸方面，由于ZigBee通信協(xié)議具有成本低、功耗低、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此模塊選用了ZigBee無線通信協(xié)議，以此完成模塊設(shè)計，程序編制及調(diào)試。

1 無線氣壓測量模塊總體設(shè)計

無線氣壓測量模塊包含氣壓測量及無線發(fā)送，無線接收及顯示兩個單元。氣壓測量及無線發(fā)送單元主要負(fù)責(zé)氣壓的采集及發(fā)送?？刂破鬟x用TI公司的CC2530芯片，氣壓測量選用BMP085替代模塊BMP180氣壓模塊。而無線接收及顯示單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收及轉(zhuǎn)換，并通過RS232轉(zhuǎn)USB串口通信連接上位機(jī)，在上位機(jī)上實時顯示氣壓的數(shù)值。發(fā)送和接收單元之間通過ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。

2 無線氣壓測量模塊的硬件設(shè)計

為了簡化設(shè)計電路，提高模塊可靠性，模塊的氣壓測量及無線發(fā)送單元，無線接收及顯示單元采用CC2530芯片設(shè)計的相同核心板，而根據(jù)功能不同設(shè)計不同的功能底板。核心板硬件電路相同，但下載不同的程序，完成相應(yīng)的設(shè)計功能。

2.1 氣壓測量及無線發(fā)送單元硬件設(shè)計

氣壓測量及無線發(fā)送單元由ZigBee無線傳輸核心板，測量及無線發(fā)送單元功能底板，以及氣壓測量傳感器模塊組成。

使用中，氣壓測量傳感器模塊放置在冷藏集裝箱內(nèi)，功能底板與傳感器通過杜邦線連接。而核心板通過12針及14針的標(biāo)準(zhǔn) 2.54 排針接插件與功能底板相連。測量及無線發(fā)送單元功能底板主要包含電源供給，程序下載及調(diào)試接口，按鍵及LED報警指示，傳感器接口等功能。由于氣壓測量傳感器模塊BMP180采用I2C接口，而CC2530沒有硬件I2C接口，因此使用P0.0、P0.1模擬I2C的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL，采用軟件模擬I2C的方式讀寫傳感器。

2.1.3 CC2530無線傳輸核心板硬件設(shè)計

ZigBee無線傳輸核心板主芯片CC2530采用標(biāo)準(zhǔn)8051處理器，滿足2.4GHz ISM波段應(yīng)用對低成本，低功耗的要求。ZigBee無線傳輸核心板使用2.4G全向SMA天線，不僅設(shè)計可靠，而且重量輕、體積小，傳輸距離200米以上，完全滿足氣密性試驗的性能要求。核心板包括以下幾個部分：CC2530片上系統(tǒng)，32MHz系統(tǒng)時鐘，SMA天線，12針及14針接插件接口。

2.1.2 測量單元功能底板硬件設(shè)計

功能底板主要設(shè)置電源供應(yīng)，JTAG程序下載及調(diào)試接口，故障報警指示，傳感器測量接口。調(diào)試過程中可以通過JTAG調(diào)試接口供給電源，實際測量中使用一節(jié)7號3.7V電池供電。由于CC2530供電電壓范圍2-3.6V，因此通過電池供應(yīng)需要經(jīng)過CAT6219-330進(jìn)行線性穩(wěn)壓[3]。功能模塊中設(shè)置了無線通信故障、傳感器測量故障等報警，報警通過相應(yīng)的指示燈指示。BMP180傳感器測量接口使用5針排針與杜邦線連接方式，包含模塊電源線，I2C通信上拉電源線，數(shù)據(jù)線，時鐘線，以及地線。

2.1.3 氣壓測量傳感器模塊硬件設(shè)計

參考文獻(xiàn)：

[1] 操雙五，章學(xué)來. 冷藏集裝箱熱工性能實驗方法研究[J].制冷，2002（04）：5-8.

[2] 楊塤，王小平，彭勇. ZigBee的無線傳感閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（10）：72-75.

[3] 吳祥，康戈文. ZigBee的遠(yuǎn)程低功耗灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（04）：64-67.endprint

摘要：基于CC2530芯片，采用ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)無線傳輸方式，設(shè)計并實現(xiàn)了氣壓測量及無線傳輸模塊。模塊具有低功耗、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，且完全滿足設(shè)計所需精度要求，可用于冷藏集裝箱全自動的氣密性試驗裝置中。

關(guān)鍵詞：CC2530；無線傳輸；ZigBee；氣壓測量

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）29-6958-03

在集裝箱運(yùn)輸中，對冷藏集裝箱可靠性要求很高，除進(jìn)行強(qiáng)度實驗外，還需按要求完成熱工性能實驗。熱工性能實驗中需要測量集裝箱的氣密性，漏熱性，制冷性等[1]。

為提高測量的自動化程度，控制測量過程的人為因素，需要設(shè)計一套全自動的氣密性試驗裝置。試驗裝置需要能夠精確地測量集裝箱的氣壓，并且通過無線傳輸將測量值發(fā)送到接收模塊，由接收模塊控制流量調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)供氣量，保持箱內(nèi)和環(huán)境的壓差。該文著重介紹氣壓測量及無線傳輸模塊的設(shè)計及實現(xiàn)。在無線傳輸方面，由于ZigBee通信協(xié)議具有成本低、功耗低、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此模塊選用了ZigBee無線通信協(xié)議，以此完成模塊設(shè)計，程序編制及調(diào)試。

1 無線氣壓測量模塊總體設(shè)計

無線氣壓測量模塊包含氣壓測量及無線發(fā)送，無線接收及顯示兩個單元。氣壓測量及無線發(fā)送單元主要負(fù)責(zé)氣壓的采集及發(fā)送?？刂破鬟x用TI公司的CC2530芯片，氣壓測量選用BMP085替代模塊BMP180氣壓模塊。而無線接收及顯示單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收及轉(zhuǎn)換，并通過RS232轉(zhuǎn)USB串口通信連接上位機(jī)，在上位機(jī)上實時顯示氣壓的數(shù)值。發(fā)送和接收單元之間通過ZigBee點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。

2 無線氣壓測量模塊的硬件設(shè)計

為了簡化設(shè)計電路，提高模塊可靠性，模塊的氣壓測量及無線發(fā)送單元，無線接收及顯示單元采用CC2530芯片設(shè)計的相同核心板，而根據(jù)功能不同設(shè)計不同的功能底板。核心板硬件電路相同，但下載不同的程序，完成相應(yīng)的設(shè)計功能。

2.1 氣壓測量及無線發(fā)送單元硬件設(shè)計

氣壓測量及無線發(fā)送單元由ZigBee無線傳輸核心板，測量及無線發(fā)送單元功能底板，以及氣壓測量傳感器模塊組成。

使用中，氣壓測量傳感器模塊放置在冷藏集裝箱內(nèi)，功能底板與傳感器通過杜邦線連接。而核心板通過12針及14針的標(biāo)準(zhǔn) 2.54 排針接插件與功能底板相連。測量及無線發(fā)送單元功能底板主要包含電源供給，程序下載及調(diào)試接口，按鍵及LED報警指示，傳感器接口等功能。由于氣壓測量傳感器模塊BMP180采用I2C接口，而CC2530沒有硬件I2C接口，因此使用P0.0、P0.1模擬I2C的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL，采用軟件模擬I2C的方式讀寫傳感器。

2.1.3 CC2530無線傳輸核心板硬件設(shè)計

ZigBee無線傳輸核心板主芯片CC2530采用標(biāo)準(zhǔn)8051處理器，滿足2.4GHz ISM波段應(yīng)用對低成本，低功耗的要求。ZigBee無線傳輸核心板使用2.4G全向SMA天線，不僅設(shè)計可靠，而且重量輕、體積小，傳輸距離200米以上，完全滿足氣密性試驗的性能要求。核心板包括以下幾個部分：CC2530片上系統(tǒng)，32MHz系統(tǒng)時鐘，SMA天線，12針及14針接插件接口。

2.1.2 測量單元功能底板硬件設(shè)計

功能底板主要設(shè)置電源供應(yīng)，JTAG程序下載及調(diào)試接口，故障報警指示，傳感器測量接口。調(diào)試過程中可以通過JTAG調(diào)試接口供給電源，實際測量中使用一節(jié)7號3.7V電池供電。由于CC2530供電電壓范圍2-3.6V，因此通過電池供應(yīng)需要經(jīng)過CAT6219-330進(jìn)行線性穩(wěn)壓[3]。功能模塊中設(shè)置了無線通信故障、傳感器測量故障等報警，報警通過相應(yīng)的指示燈指示。BMP180傳感器測量接口使用5針排針與杜邦線連接方式，包含模塊電源線，I2C通信上拉電源線，數(shù)據(jù)線，時鐘線，以及地線。

2.1.3 氣壓測量傳感器模塊硬件設(shè)計

參考文獻(xiàn)：

[1] 操雙五，章學(xué)來. 冷藏集裝箱熱工性能實驗方法研究[J].制冷，2002（04）：5-8.

[2] 楊塤，王小平，彭勇. ZigBee的無線傳感閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（10）：72-75.

[3] 吳祥，康戈文. ZigBee的遠(yuǎn)程低功耗灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（04）：64-67.endprint