基于ZigBee的光伏照明控制系统设计

2 硬件节点设计
考虑到无线通信系统中各个节点的功能不完全相同，为了方便硬件设计和降低成本，对硬件部分进行了模块化处理。节点的核心部分为ZigBee通信模块，设计成只负责RF收发，其他部分由路灯开关模块、电源和RS485通信模块等构成。无线通信模块采用支持ZigBee协议的超
低功耗SoC芯片CC2430。该芯片集成ZigBee射频RF前端、内存和微控制器，具有8位增强型8051 MCU、128KB可编程闪存和8 KB的RAM，另外还包含A／D转换器、定时器、AESl28协处理器、看门狗定时器、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／O引脚。TI公司提供免费的ZigBee协议栈，可以方便地完成系统的硬件和软件设计。
2．1 ZigBee通信模块硬件设计
图2为ZigBee通信模块原理图。经过现场试验发现，由于网络协调器和其他节点之间距离较远，只采用CC2430时网络数据传输不稳定。为延长无线通信模块的通信距离，又采用了TI公司的高性能射频前端CC2591。CC2591可提供22 dBm的输出功率，能够与CC2430无缝连接，射频输入／输出之间不需要增加额外的匹配网络。简单起见，图中没有给出电源和退耦电路、GPIO、JTAG等部分，空余引脚通过排座引出以便与其他模块连接。

CC2591的HGM引脚为增益控制，当它为高电平时处于高增益模式；EN和PAEN为高电平时CC2591工作在正常模式，为低电平时进入低功耗模式。R1、R2为偏置电阻，为晶体振荡器提供合适的工作电流。天线采用50 Ω鞭状天线。由于ZigBee模块工作在2．4 GHz频段，对PCB设计要求很高，PCB板材、元件封装、布局和布线必须参照TI公司的参考设计。特别是天线阻抗匹配部分，在布线中应直接采用TI公司提供的GERBER文件，复制其PCB布线方式才能保证CC2591的高性能和稳定性。另外，PCB的电源退耦和地线处理也非常重要，退耦电容应尽可能接近电源引脚，PCB空余的部分需进行覆铜接地处理，在顶层和底层覆铜之间按照一定的间隔用过孔相连。
2．2 协调器和路由器硬件设计
由于协调器和路由器都需要通过RS485总线和其他设备进行远距离通信，因此需要设计RS485通信模块与ZigBee通信模块相连。通信模块采用MAX485和光耦实现，MAX485通过CC2430的PO．5脚完成RS485收发控制。CC2430电源采用LTlll7-3．3等芯片供电。在ZigBee协议中，网络协调器负责建立网络和实现路由控制等功能，因此必须保持工作状态，保证数据采集的可靠性和稳定性。本系统中，网络协调器和路由器正常工作时采用外部交流电源供电。当外部交流电源掉电时，通过微处理器监控芯片ADM690实现电源切换，利用电池组对其供电，以保证网络的稳定工作。ADM690具有低功耗、低导通电阻和大电流输出等特性，非常适合实现微处理器的电池后备功能。该电路设计如图3所示。其中，R1为充电限流电阻，在外部电源正常时可以对电池涓流充电。