LPC1227的遠(yuǎn)距離ZigBee無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計

摘要：介紹了一種基于GPRS和遠(yuǎn)距離ZigBee無線通信技術(shù)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點的軟硬件設(shè)計方法與實現(xiàn)方案。網(wǎng)關(guān)采用基于Cortex-M0內(nèi)核的LPC1227微控制器，結(jié)合GSM模塊、ZigBee芯片和2．4 GHz無線功率放大芯片，實現(xiàn)了GPRS網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。為測試網(wǎng)關(guān)功能，搭建了針對路燈節(jié)能、監(jiān)控應(yīng)用的上位機測試系統(tǒng)。測試表明，網(wǎng)關(guān)工作穩(wěn)定，能夠滿足低成本、高實時性的要求。
關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)關(guān)；LPC1227；CC2530；CC2591；EM310

引言
物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。它代表了下一代信息發(fā)展技術(shù)，被世界各國當(dāng)作應(yīng)對國際金融危機、振興經(jīng)濟的重點技術(shù)領(lǐng)域。
物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，而無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點則是實現(xiàn)感知層與網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)交互的橋梁，在物聯(lián)網(wǎng)中具有特殊的地位。網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議解析，不同網(wǎng)絡(luò)類型的網(wǎng)絡(luò)路由，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯聚、存儲、處理、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，成為物聯(lián)網(wǎng)感知層與網(wǎng)絡(luò)層不可缺少的紐帶。因此設(shè)計出成本低、效率高、運行穩(wěn)定的網(wǎng)關(guān)對物聯(lián)網(wǎng)的推廣有著重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)方案
本文設(shè)計的網(wǎng)關(guān)主要由高速微控制器LPC1227、ZigBee射頻收發(fā)模塊、GSM通信模塊EM310、AC—DC電源模塊等組成。網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了滿足網(wǎng)關(guān)低成本、高實時性的要求，網(wǎng)關(guān)的MCU采用基于Cortex-M0內(nèi)核的LPC1227微控制器，該微控制器由NXP半導(dǎo)體公司設(shè)計，于2011年2月投入市場。微控制器可在高達(dá)45 MHz的CPU頻率下運行，包含128 KB片內(nèi)Flash存儲器和8 KB數(shù)據(jù)存儲器。512字節(jié)Flash擦除扇區(qū)帶來了多種設(shè)計上的好處，同時該芯片有兩個具備內(nèi)部FIFO的UART。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件不采用任何嵌入式操作系統(tǒng)，利用最小的軟件負(fù)載實現(xiàn)高實時性。
網(wǎng)關(guān)的ZigBee芯片采用TI公司的CC2530芯片，相對于當(dāng)前使用較多的CC2430芯片，CC2530芯片的性價比更高。兩種芯片的主要參數(shù)對比如表1所列。

網(wǎng)關(guān)中擴展了配合CC2530芯片的射頻前端芯片CC2591。CC2591是TI公司推出的工作頻率為2．4GHz，面向低功耗與低電壓無線應(yīng)用，集成度很高的射頻前端芯片。CC2591集成了可將輸出功率提高+22 dBm的功率放大器以及可將接收機靈敏度提高+6 dBm的低噪聲放大器，從而擴大了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。
網(wǎng)關(guān)采用華為公司設(shè)計的EM310 GSM模塊，該模塊具備內(nèi)置的TCP／IP協(xié)議棧，方便實現(xiàn)ZigBee無線傳感網(wǎng)和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互。