基于ZigBee和PLC技術(shù)的社區(qū)監(jiān)護系統(tǒng)

　　社區(qū)監(jiān)護系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　ZigBee傳感節(jié)點

　　基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的家庭監(jiān)護單元由于應(yīng)用環(huán)境主要是家庭，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，因此可直接采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)主要由 3~5 個傳感器節(jié)點，即 RFD 節(jié)點(Reduce Function Device，簡稱 RFD)和一個主節(jié)點，即FFD 節(jié)點(Full Function Device)組成。雖然 RFD 節(jié)點和 FFD 節(jié)點實現(xiàn)具體功能的不同，但為了增加通用性和方便維護，傳感器節(jié)點的基本電路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 標準的MC13192射頻芯片。由于MC13192的射頻信號采用差分方式，而倒F型天線為單端天線，所以在芯片和天線之間使用巴倫電路，以達到最佳收發(fā)效果。本方案使用了巴倫電路專用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射頻開關(guān)，工作頻率為0.5~2.5GHz，具有非常低的介入損耗和很高的隔離性能;封裝形式為6引腳的短引腳小型貼片封裝，可減小電路板占用面積。

　　另外，由于TI MSP430 系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，其中包括一系列器件，針對不同的應(yīng)用而由不同的模塊組成。這些微控制器可用電池供電，而且使用時間長。具有16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，CPU 中的16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率;靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功耗;數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式。是一種低功耗類型的單片機，特別適合于電池應(yīng)用的場合或手持設(shè)備。其中，MSP430F449單片機內(nèi)部集成了60kB FLASH 存儲模塊，2kB RAM，6個I/O端口以及12位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC12等。較小的封裝和極低的功耗使其可以理想地與MC13192 結(jié)合，作為基于ZigBee 技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

　　MSP430F449和MC13192 通過SPI 總線連接。MSP430F449的SPI 接口工作在主機模式，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品?MSP430F449設(shè)為從機模式。MSP430F449通過4 線SPI接口對MC13192 的內(nèi)部寄存器進行讀寫操作，從而完成對MC13192 的控制以及數(shù)據(jù)通信。

　　電力線調(diào)制解調(diào)器

　　力合微電子具有電力線通信與控制基于多載波快速跳頻的專利技術(shù)，專門針對國內(nèi)電網(wǎng)環(huán)境而設(shè)計，具有較好的抗干擾性能，實現(xiàn)電力線可靠數(shù)據(jù)傳輸與控制。其專用芯片LME2200使用靈活、方便，為各種電力線通信與控制應(yīng)用提供了一款優(yōu)化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖如圖3所示。

　　該電路由信號發(fā)送電路、信號接收電路和過零檢測電路等組成，基本電路如圖4所示。

　　從圖4可以看出，發(fā)送電路由一個低通濾波器和一個功放構(gòu)成。低通濾波器的作用是濾除高頻信號成分并平滑DAC輸出信號的波形，功率放大器(PA)的輸出通過一個耦合變壓器連接到電力線上，濾波器的帶寬由使用的載波頻率所決定。對功率放大器的要求是經(jīng)過變壓器后在2～100歐姆的阻抗下獲得1-2Vrms的信號電平。另外，LME2200C支持半雙工工作模式。當發(fā)送時(TX_BUSY低電平)用于打開功放，而在接收時(TX_BUSY為高電平)關(guān)閉功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，經(jīng)耦合變壓器獲得的信號送片內(nèi)放大器放大，然后經(jīng)片外帶通濾波器后送芯片RXIN輸入端，由片內(nèi)接收機完成數(shù)據(jù)包的接收。過零檢測電路輸出一個方波信號,它的上升沿在工頻信號的過零處，此信號被用作LME2200C的SYNC同步輸入，并作為收發(fā)同步的基準。