通信与网络中的基于CC2430和ZigBee2006协议栈的通信模块设计
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2020-11-07
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通信与网络中的基于通信与网络中的基于CC2430和和ZigBee2006协议栈的通信模块协议栈的通信模块
设计设计
摘要：介绍了CC2430芯片的基本特性和ZigBee2006协议栈的基本内容。论述了以CC22430芯片为核心的无线
通信模块的硬件设计，和以ZigB-ee2006协议栈为基础的软件设计。在实现短距离多网络节点间的无线通信的同
时，使用串口实现无线通信模块与终端采集部分和本地控制部分的数据传输。 引言 随着微电子技术、
汁算技术和无线通信等技术的进步，无线传感器网络被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术
之一。它能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理。传感器节点是组成无线传
感器网络的基本单位，是构成无线传感器网络的基础平台。 ZigBee是
摘要：介绍了CC2430芯片的基本特性和ZigBee2006协议栈的基本内容。论述了以CC22430芯片为核心的无线通信模块
的硬件设计，和以ZigB-ee2006协议栈为基础的软件设计。在实现短距离多网络节点间的无线通信的同时，使用串口实现无线
通信模块与终端采集部分和本地控制部分的数据传输。
引言
随着微电子技术、汁算技术和无线通信等技术的进步，无线传感器网络被列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的
10大技术之一。它能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理。传感器节点是组成无线传感器
网络的基本单位，是构成无线传感器网络的基础平台。
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和
应用软件的技术标准。它具有功耗低、成本低、安全、工作频段灵活等优点，通过和传感器组成无线传感器ZigBee网络，使
得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。
1 CC2430及ZigBee协议栈体系结构
CC2430是真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案，能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2．4 GHz ISM波段应用对低成
本、低功耗的要求。它结合了高性能的2．4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和1颗工业级小巧高效的8051控制器。
CC22430在单个片上集成了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器，使用1个8位MCU(8051)，具有32／64／128 KB的编程
闪存和8 KB的RAM，还包含模／数转换器(ADC)、定时器(Timer)、AES128安全协处理器、看门狗定时器(watchdog timer)、
32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／0引脚。CC2430的8051内核的目标代码兼容
标准8051微处理器，可以使用标准8051的汇编器和编译器进行软件开发。其21个可编程I／O引脚均可以通过软件设定1组
SFR寄存器的位和字节，使这些引脚作为通常的I／O口或者作为接ADC、定时器或USART部件的外围设备I／O口使用。
ZigBee协议栈由一组子层构成，每层为其上层提供一组特定的服务：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供全部其
他服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为上层提供服务接口，并且每个SAP提供一系列的基本服务指令来完成相应
的功能。ZigBee协议栈的体系结构模型如图1所示，IEEE 802．15．4标准定义了物理层(PHY)和介质接入控制子层(MAC)；
ZigBee联盟定义了网络层和应用层(APL)框架的设计。
ZigBee协议栈于2004年发布第1版，称为ZigBee2004。ZigBee2004是全源代码的协议栈，这个协议栈已经有了网络的概
念，并能完成一些简单的通信。但它只能组建串状网络和星状网络，如果需要组建网状网络必须外加程序，另外在安全和路由
方面也做得不是很理想。ZigB-ee2006协议栈很好地解决了网络组网问题，整个协议栈的安全性更好，层次性更强，功耗方面
也有了进步，并实现了网状网络。在ZigBee-2006协议栈中已经将CC2430的底层驱动全部固化在协议栈中，可以直接调用。
综上所述，选用CC2430芯片作为无线通信模块硬件核心芯片，软件部分选用ZigBee2006协议栈来实现无线模块之间的
通信功能。
2 硬件设计
无线通信部分作为监测系统中重要的数据传输通道，不仅需要实现无线通信模块之间的数据接收和发送功能，同时还需要
提供数据接口与终端数据采集部分及本地主控制系统以进行连接。系统结构如图2所示。
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