基于CC2420的ZigBee无线网络节点设计

　　1 引言

　　射频收发器CC2420应用Chipcon公司的Sman RF 03技术，采用0.18μm CMOS工艺，只需极少的外部元件，性能稳定且功耗极低，同时集成所有ZigBee技术优点，可快速应用到建筑自动化网络、住宅安防系统、工业控制网络、远程抄表以及PC外设等ZigBee产品中，也可以替代现有的控制网络技术(例如RS一422、RS一485)和有线监视方案。

　　由于无线传感器网络在通信上消耗较大能量，选用功耗较小的PICl8F4620单片机为处理器，以及选用CC2420为通信器件，设计无线网络节点，因此，这里提出一种基于CC2420的ZigBee无线网络节点的设计方案。

　　2 CC2420简介

　　CC2420有33个16位配置寄存器、15个命令选通寄存器、1个128字节的RX RAM、1个128字节的TX RAM、1个112字节的安全信息存储器。TX和RX RAM的存取可通过地址或者用2个8位的寄存器实现，而采用后者访问内存与访问FIFO缓冲区一样，不能读取/写入任何数据到安全信息RAM，也不能把 TX RAM和RX RAM作为内存访问，只能以FIFOS的方式访问，而对寄存器的操作则可通过SPI接口以从属方式使用。

　　CC2420内置一个低中频接收器，负责处理天线接收到的RF信号，经低噪声放大器(LNA)放大，并通过I/Q正交平衡电路降频转换为2 MHz的中频信号。该信号再经滤波、放大、A/D转换、自动增益控制、信道过滤、解扩频、符号相关和字节同步等恢复出正确的数据。当发送数据时，应先把要发送的数据放入容量为128字节的发送缓冲区。报头和起始帧由硬件自动生成。CC2420的内部结构参见参考文献。其性能特点如下：免执照频段：工作频带范围为2.400~2.483 5GHz;数据传输速率低：2M/s直接扩频序列基带调制解调和250 Kbits的有效数据速率;低电流消耗和高接收灵敏度：接收19.7 mA，发射17.4 mA，接收灵敏度为一94 dBm;高可靠性：采用了CSMA/CA技术避免发送数据的竞争和冲突，MAC层采用完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息;安全性高：基于CRC(循环冗余校验)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用高级加密标准(AES2128)的对称密码，保证数据安全传输;小尺寸封装：OLP一48封装，7 mm×7 mm;接口配置简单：与微处理器的接口配置简易(4总线SPI接口)。

　　3 ZigBee无线网络节点硬件设计

　　根据ZigBee传感器网络节点管理机制，把节点分成传感器节点、簇头节点和汇聚节点3种类型。当节点作为传感器节点时，主要是通过传感器采集周围环境的数据(温度、位移、光感度和湿度等)，然后进行A/D转换，由处理器处理，最后由射频模块发送到相邻节点，同时该节点也要执行数据转发功能，即把相邻节点发送的数据发送到汇聚节点或离汇聚节点更近的节点;当节点作为簇头节点时，主要是收集该簇内所有节点所采集到的信息，经数据融合后，发往汇聚节点;当节点作为汇聚节点时，其主要功能就是连接传感器网络与外部网络(如Intelllet)，将传感器节点采集到的数据通过互联网或卫星发送给用户。虽然节点的功能有所不同，但硬件电路基本一致。