?zigbee是一種基于ieee802.15.4規范的無線技術，是介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案，主要用于近距離無線連接。它依據802.15.4 標準，在數千個微小的傳感器之間實現了相互協調和通信。它具有在ieee802.15.4規范上創建的安全和應用層接口、工作于免授權的2.4ghz頻段、以年計算的超低電池壽命、極大可伸縮的網絡和星型網絡拓撲（每個主設備可支持4萬多個節點）等諸多優點，在國防軍事、工業控制、消費性電子設備等領域有很大的發展空間。

at86rf230是atmel公司于2007年2月新推出的一款基于zigbee/ieee802.15.4設計的低功率2. 4ghz無線收發芯片。

　　at86rf230芯片介紹

at86rf230單個芯片集成了除天線、晶振和去耦合電容之外的所有標準射頻單元。

單片射頻收發芯片為天線和微控制器之間提供了完整的無線接口。它由模擬無線模塊，含有時間和頻率同步及數據緩沖的數字調制模塊組成。外圍電路只需天線、晶振和四個去耦合電容以達到最簡。雙向的天線引腳可供發送和接收模塊使用，無需天線轉換裝置。

信道濾波器由3個單邊帶rc回路構成的2mhz巴特沃茲帶通濾波器組成。兩個高優先級高通濾波器加入信號通道實現與單邊帶濾波器輸出的電容耦合，以抑制直流偏置。三級放大器為克服后面單信道模數轉換器產生的直流偏置提供足夠的增益。

直接壓控振蕩器調制用以產生發射信號。調制模塊輸出單極脈沖波形和32位長塊編碼。當轉化為合適的傳輸碼序列時，與最小頻移鍵控相當。兩片低跌落電壓調節器提供1.8v模擬和數字電壓。當調節器關閉時，串行外圍設備接口和控制寄存器在休眠模式將會保持原有設置。接收和發送信號處理通道高度集成和優化以達到低耗電。

　　硬件設計

　　硬件設計結構組成

傳感器節點一般由數據采集單元、數據處理單元和數據傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成。微處理器atmega128通過spi總線與射頻收發芯片at86rf230進行通信。

數據采集單元主要對外界的信息進行感知和采集，包括光、溫度、濕度、加速度 、光電、液位、熱釋電、磁感應、壓力等傳感器。為適應多種應用，設計了通用接口，通用接口中有適配電路，以適應不同電參數部件直接接入系統。通常節點的輸出控制器即通過該通用接口接入。數據采集模塊也利用通用接口與微處理器相連結，因此可以根據多種不同應用隨時更換為各類型的模擬傳感部件（本文以lm60系列溫度傳感器為例進行介紹）。數據處理單元采用atmel公司的8位低功耗微處理器atmega128l作為控制核心。

atmega128l是基于avr risc結構的低功耗cmos 8位微處理器，相對于其它通用的8位微控制器來說，它具有更加豐富的資源，并且具有極低的功耗。更值得一提的是，除了正常 操作模式外，它還具有六種不同等級的低功耗操作模式。因此該微處理器非常適合于zigbee無線通信節點這種需要低功耗的應用場合。

數據傳輸單元采用at86rf230芯片，并使用單極天線（有效覆蓋范圍70m~100m ）。處理器通過 spi 接口編程控制寄存器，同時完成與at86rf230交換數據。為節約能源，通用接口模塊與微處理器間的信號傳輸采用單總線方式。根據各個電路特點、設定不同的時鐘周期，在自己的時鐘周期到來時，方能與mcu進行通信，其余時間不工作以便降低功耗。

　　射頻通信模塊電路設計

單端射頻連接器的應用電路如圖3所示。一個非平衡smd轉換將100ω的at86rf230差分射頻輸入輸出信號轉換為50ω的單端射頻輸出。電容c1和c2用于去除直流偏置。供電電源去耦合電容 cb2和cb4接至模擬端28引腳和數字端15引腳。電容cb1和cb3作為模擬和數字電壓調節器的負載電容，用以保證低電壓時，芯片工作穩定。

所有的去耦合電容應連接到離芯片引腳盡可能近的位置，并且以低阻抗低電感接地，以達到最好的性能。晶振xtal 與負載電容cx1和cx2連 接到芯片的xtal1和xtal2引腳構成晶振電路。為了使得參考頻率達到更高的精確性和穩定性，在選擇電容時，應避免與其參考值的值偏差過大。在mcu與射頻單元的通信中采用并行總線制通信方式。射頻單元通過spi總線控制芯片工作模式并實現讀寫緩存數據。

　　軟件設計

軟件設計是無線傳感器網絡節點設計的靈魂，采用c語言完成。適應層軟件按功能包括主調度函數、初始化模塊、系統狀態處理模塊和上層接口。主調度函數負責協調各模塊工作、進行中斷處理、調度其他模塊運行。

初始化函數完成mcu、at86rf230和相關組件的初始化。上層接口負責為協議棧和其他應用程序提供底層調度接口，通過上層接口狀態標識產生軟件中斷。

系統狀態處理模塊依據mcu的工作狀態將系統分為閑置模式、工作模式、喚醒模式、省電模式和空閑模式五種狀態。狀態處理模塊依據模式寄存器采取有限狀態機（fsm）的方式進行調度處理。系統狀態處理模塊中的閑置模式、工作模式為系統工作狀態的模式。

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