三种传感电子电路设计

本文设计实现了一种以cc2430为核心的无线传感器网络。其中，传感器模块包括有温湿度传感器shtll、红外传感器bs520、光照度传感器 pgm5506.无线传感器网络系统总体结构无线传感器网络是对周围环境的温度、湿度、光、加速度等信息进行监控和管理的技术。这种无线传感器节点中内置了传感器、传感器控制电路、cpu、无线通信模块、天线、电源装置等，通过ad-hoc通信技术，可以与周围的传感器节点一起把数据传输到汇聚节点。本文介绍的无线传感器网络由一个汇聚节点和多个传感器节点组成，通过汇聚节点上传到远程主机。系统的总体结构如图1所示。
图1 系统的总体构成
硬件电路的设计
cc2430是chipcon公司推出的用来实现嵌入式zigbee应用的片上系统。cc2430只需要很少的外接元件就可以运行，其内部已集成了大量必要的电路，因此采用较少的外围电路即实现信号的收发功能。图2为cc2430基本电路设计。
图2 cc2480基本电路
图2中c1，c2为22pf的电容，连接32mhz的晶振电路，此石英晶振用于正常工作使用。c3，c4为15pf的电容，连接32.768 khz的晶振电路，此石英晶振用于休眠时工作，从而降低功耗。c5=o.1μf，用于去除一些杂波干扰，防止单片机错误复位。c6～c8分别为100 nf，220nf，220 nf，用作滤波，去除杂波干扰使电压更稳定。c9=5.6 pf，电路中非平衡变压器由电容c9和电感l1，l2，l3以及一个pcb微波传输线组成，整个结构满足rf输入/输出匹配电阻（50ω）的要求，l1，l2，l3分别为8.2nh，22nh，1.8nh.c10，c11，c12，c13，c14为去耦合电容，用于电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。偏置电阻器r1，r2分别为43 kω，56 kω，r1用于为32 mhz晶体振荡器设置精密偏置电流。
由于cc2430芯片具有低功耗的特性，选用2节2 800 mah的干电池为节点机供电。天线选用外置天线。cc2430与温湿度传感器shtll，光照度传感器pgm5506，红外传感器bs520连接原理图如图3所示，其中p0.o，p0.1，p0.6，p1.2和p1.3为cc2430的i/o端口。
shtll采用两线串行线和处理器进行数据通信，sck数据线负责处理器和shtll的通讯同步；data三态门用于数据的读取。为避免信号冲突，微处理器应驱动data在低电平。需要一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平，图3显示cc2430的引脚p1.2用于sck，p1.3用于data.
图3 三种传感器连接原理图
光照度传感器pgm5506实际就是一个光敏电阻，随着周边环境的光量而改变电阻值，从而输入3 v电压受到随着光量而变化的光敏电阻的影响，因而输出电压值改变。在测定输出电压值的lightout中，可以根据变化的电压量感知光量。图3显示 cc2430的引脚p0.0连接light out.红外传感器bs520，随着红外线的强弱输出a/d也变化，因此cc2430处理器可以根据输入的电流变化量来测定红外线值。图3显示 cc2430的引脚po.1连接infrared adc，通过对无线传感器网络系统的设计和对cc2430的了解，zigbee技术未来的应用前景被看好。未来的几年里，它将在工业控制、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子等多个领域实现应用。