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基于CC2530,JN5168,JN5169,A7139,SI4438,SI4463,GD32主控芯片的ZigBee、433M/470M无线组网模块解决方案

2017-06-26
类别:通信与网络
eye 907
文章创建人 拍明芯城



应用领域:通信广电

方案类型:模块板卡

主控芯片:CC2530,JN5168, JN5169,A7139,SI4438,SI4463, GD32


方案概述

核心芯片型号:CC2530,JN5168, JN5169,A7139,SI4438,SI4463, GD32


功能:无线组网模块,协议有2.4G频段ZigBee,或者私有的433M/470M无线自组网,提供串口通信,自动无线组网,可以广泛应用于数据采集、物联网、无线传感器网络。用户无需了解复杂的无线组网细节,通过简单的串口命令,即可收发数据,降低研发门槛。


技术参数:


2.4GHz频段,ZigBee组网协议、支持稳定组网100个以上节点、250kbps速率、16个信道;

433M/470M频段,私有无线自组网协议、支持稳定组网1000个节点、速率10k~100kbps可调、8个信道;

通信接口:UART串口,指定的通信格式。


应用场合与方案优势:


多年的ZigBee开发经验,无线组网稳定可靠,模块通信距离远;

私有的433M/470M频段能够多跳Mesh组网,技术领先,稳定可靠,同时绕射能力强,传输距离远,在户外和穿墙方面具有优势;


多年无线组网协议的研发,能很好的保证网络的稳定和可靠性。

基于CC2530,JN5168,JN5169,A7139,SI4438,SI4463,GD32主控芯片的ZigBee、433M/470M无线组网模块解决方案.jpg

cc2530

CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4ZigBee RF4CE 应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

 

CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能,业界标准的增强型8051 CPU,系统内可编程闪存,8-KB RAM 和许多其它强大的功能。CC2530 有四种不同的闪存版本:CC2530F32/64/128/256,分别具有32/64/128/256KB 的闪存。CC2530 具有不同的运行模式,使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。

CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈(Z-Stack™),提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。

CC2530F64 结合了德州仪器的黄金单元RemoTI,更好地提供了一个强大和完整的ZigBee RF4CE 远程控制解决方案。

 

引脚描述

引脚名称 引脚 引脚类型 描述

AVDD1 28 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

AVDD2 27 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

AVDD3 24 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

AVDD4 29 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

AVDD5 21 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

AVDD6 31 电源(模拟) 2-V3.6-V 模拟电源连接

DCOUPL 40 电源(数字) 1.8V 数字电源去耦。不使用外部电路供应。

DVDD1 39 电源(数字) 2-V5-V 数字电源连接

DVDD2 10 电源(数字) 2-V5-V 数字电源连接

GND - 接地 接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。

GND 1,234 未使用的引脚 连接到GND

P0_0 19 数字I/O 端口0.0

P0_1 18 数字I/O 端口0.1

P0_2 17 数字I/O 端口0.2

P0_3 16 数字I/O 端口0.3

P0_4 15 数字I/O 端口0.4

P0_5 14 数字I/O 端口0.5

P0_6 13 数字I/O 端口0.6

P0_7 12 数字I/O 端口0.7

P1_0 11 数字I/O 端口1.0-20-mA 驱动能力

P1_1 9 数字I/O 端口1.1-20-mA 驱动能力

P1_2 8 数字I/O 端口1.2

P1_3 7 数字I/O 端口1.3

P1_4 6 数字I/O 端口1.4

P1_5 5 数字I/O 端口1.5

P1_6 38 数字I/O 端口1.6

P1_7 37 数字I/O 端口1.7

P2_0 36 数字I/O 端口2.0

P2_1 35 数字I/O 端口2.1

P2_2 34 数字I/O 端口2.2

P2_3 33 数字I/O 模拟端口2.3/32.768 kHz XOSC

P2_4 32 数字I/O 模拟端口2.4/32.768 kHz XOSC

RBIAS 30 模拟I/O 参考电流的外部精密偏置电阻

RESET_N 20 数字输入 复位,活动到低电平

RF_N 26 RF I/O RX 期间负RF 输入信号到LNA

cc2530功能引脚图


cc2530功能引脚图

RF_P 25 RF I/O RX 期间正RF 输入信号到LNA

XOSC_Q1 22 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入

XOSC_Q2 23 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚2

功能介绍

·RF/布局

–适应2.4-GHz IEEE 802.15.4 RF 收发器

–极高的接收灵敏度和抗干扰性能

–可编程的输出功率高达4.5 dBm

–只需极少的外接元件

–只需一个晶振,即可满足网状网络系统需要

6-mm ×6-mm QFN40 封装

–适合系统配置符合世界范围的无线电频率法规:ETSI EN 300 328 EN 300440(欧洲),FCC CFR47 15 部分(美国)ARIB STD-T-66(日本)

·低功耗

–主动模式RXCPU 空闲):24 mA

–主动模式TX 1dBmCPU 空闲):29mA

–供电模式14 μs 唤醒):0.2 mA

–供电模式2(睡眠定时器运行):1 μA

–供电模式3(外部中断):0.4 μA

–宽电源电压范围(2 V3.6 V

·微控制器

–优良的性能和具有代码预取功能的低功耗8051 微控制器内核

32-64-128-KB 的系统内可编程闪存

8-KB RAM,具备在各种供电方式下的数据保持能力

–支持硬件调试

·外设

–强大的5 通道DMA

IEEE 802.5.4 MAC 定时器,通用定时器(一个16 位定时器,二个8 位定时器)

IR 发生电路

–具有捕获功能的32-kHz 睡眠定时器

–硬件支持CSMA/CA

–支持精确的数字化RSSI/LQI

–电池监视器和温度传感器

–具有8 路输入和可配置分辨率的12 ADC

AES 安全协处理器

2 个支持多种串行通信协议的强大USART

21 个通用I/O 引脚(19×4 mA2×20 mA

–看门狗定时器

运行条件

cc2530在此条件下运行能达到最好的效果。


最小值

最大值

单位

运行环境温度

-40

125

运行供电电压

2

3.6

V

 

应用

·2.4-GHz IEEE 802.15.4 系统

·RF4CE 远程控制系统(需要大于64-KB闪存)

·ZigBee 系统(256-KB 闪存)

·家庭/楼宇自动化

·照明系统

·工业控制和监控

·低功耗无线传感网络

·消费型电子

·医疗保健

电路描述

下图是CC2530 的方框图,图中模块大致可以分为三类:CPU 和内存相关的模块;外设、时钟和电源管理相关的模块,以及无线电相关的模块。

 

电路描述


模块说明

CPU 和内存

CC253x芯片系列中使用的8051 CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有三种不同的内存访问总线(SFRDATA CODE/XDATA),单周期访问SFRDATA 和主SRAM。它还包括一个调试接口和一个18 输入扩展中断单元。

中断控制器总共提供了18 个中断源,分为六个中断组,每个与四个中断优先级之一相关。当设备从活动模式回到空闲模式,任一中断服务请求就被激发。一些中断还可以从睡眠模式(供电模式1-3)唤醒设备。

内存仲裁器位于系统中心,因为它通过SFR 总线把CPU DMA 控制器和物理存储器以及所有外设连接起来。内存仲裁器有四个内存访问点,每次访问可以映射到三个物理存储器之一:一个8-KB SRAM、闪存存储器和XREG/SFR 寄存器。它负责执行仲裁,并确定同时访问同一个物理存储器之间的顺序。

8-KB SRAM映射到DATA存储空间和部分XDATA存储空间。8-KB SRAM是一个超低功耗的SRAM,即使数字部分掉电(供电模式2 3)也能保留其内容。这是对于低功耗应用来说很重要的一个功能。

32/64/128/256 KB闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器,映射到XDATA 存储空间。除了保存程序代码和常量以外,非易失性存储器允许应用程序保存必须保留的数据,这样设备重启之后可以使用这些数据。使用这个功能,例如可以利用已经保存的网络具体数据,就不需要经过完全启动、网络寻找和加入过程。

时钟和电源管理

数字内核和外设由一个1.8-V 低差稳压器供电。它提供了电源管理功能,可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。有五种不同的复位源来复位设备。

外设

CC2530 包括许多不同的外设,允许应用程序设计者开发先进的应用。

调试接口执行一个专有的两线串行接口,用于内电路调试。通过这个调试接口,可以执行整个闪存存储器的擦除、控制使能哪个振荡器、停止和开始执行用户程序、执行8051 内核提供的指令、设置代码断点,以及内核中全部指令的单步调试。使用这些技术,可以很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。

设备含有闪存存储器以存储程序代码。闪存存储器可通过用户软件和调试接口编程。闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。闪存控制器允许页面擦除和4 字节编程。

I/O控制器负责所有通用I/O引脚。CPU可以配置外设模块是否控制某个引脚或它们是否受软件控制,如果是的话,每个引脚配置为一个输入还是输出,是否连接衬垫里的一个上拉或下拉电阻。CPU 中断可以分别在每个引脚上使能。每个连接到I/O 引脚的外设可以在两个不同的I/O 引脚位置之间选择,以确保在不同应用程序中的灵活性。

系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制器,使用XDATA存储空间访问存储器,因此能够访问所有物理存储器。每个通道(触发器、优先级、传输模式、寻址模式、源和目标指针和传输计数)用DMA 描述符在存储器任何地方配置。许多硬件外设(AES 内核、闪存控制器、USART、定时器、ADC 接口)通过使用DMA 控制器在SFR XREG 地址和闪存/SRAM 之间进行数据传输,获得高效率操作。定时器1 是一个16 位定时器,具有定时器/PWM 功能。它有一个可编程的分频器,一个16 位周期值,和五个各自可编程的计数器/捕获通道,每个都有一个16 位比较值。每个计数器/捕获通道可以用作一个PWM输出或捕获输入信号边沿的时序。它还可以配置在IR产生模式,计算定时器3 周期,输出是ANDed,定时器3 的输出是用最小的CPU 互动产生调制的消费型IR 信号。

MAC定时器(定时器2)是专门为支持IEEE 802.15.4 MAC或软件中其他时槽的协议设计。定时器有一个可配置的定时器周期和一个8 位溢出计数器,可以用于保持跟踪已经经过的周期数。一个16 位捕获寄存器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的精确时间,或传输结束的精确时间,还有一个16 位输出比较寄存器可以在具体时间产生不同的选通命令(开始RX,开始TX,等等)到无线模块。定时器3 和定时器4 8 位定时器,具有定时器/计数器/PWM 功能。它们有一个可编程的分频器,一个8 位的周期值,一个可编程的计数器通道,具有一个8 位的比较值。每个计数器通道可以用作一个PWM 输出。

睡眠定时器是一个超低功耗的定时器,计算32-kHz 晶振或32-kHz RC 振荡器的周期。睡眠定时器在除了供电模式3 的所有工作模式下不断运行。这一定时器的典型应用是作为实时计数器,或作为一个唤醒定时器跳出供电模式1 2

ADC支持712位的分辨率,分别在30 kHz4 kHz的带宽。DC和音频转换可以使用高达八个输入通道(端口0)。输入可以选择作为单端或差分。参考电压可以是内部电压、AVDD 或是一个单端或差分外部信号。ADC 还有一个温度传感输入通道。ADC 可以自动执行定期抽样或转换通道序列的程序。

随机数发生器使用一个16 位LFSR 来产生伪随机数,这可以被CPU 读取或由选通命令处理器直接使用。例如随机数可以用作产生随机密钥,用于安全。

AES加密/解密内核允许用户使用带有128位密钥的AES算法加密和解密数据。这一内核能够支持IEEE 802.15.4 MAC 安全、ZigBee 网络层和应用层要求的AES 操作。

一个内置的看门狗允许CC2530 在固件挂起的情况下复位自身。当看门狗定时器由软件使能,它必须定期清除;否则,当它超时就复位它就复位设备。或者它可以配置用作一个通用32-kHz 定时器。

USART 0和USART 1每个被配置为一个SPI/从或一个UART。它们为RXTX提供了双缓冲,以及硬件流控制,因此非常适合于高吞吐量的全双工应用。每个都有自己的高精度波特率发生器,因此可以使普通定时器空闲出来用作其他用途。

无线设备

CC2530 具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外,它提供了MCU 和无线设备之间的一个接口,这使得可以发出命令,读取状态,自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。


A7139无线模块解析

笙科多年来专注射频通讯,虽然是后起之秀,但最近两年推出了几块无线芯片还是在业界有目共睹,一路走来,也印证了铁杆磨成针的道理。AMICCOM推出A7139无线模块已经有一段时间了。该射频芯片为AMICCOM第五代高效能晶片,工作频率支持1GHz300MHz ~ 950MHz)以下免授权的 ISM Band 应用。

 

A7139无线模块


A7139无线模块最大优势之一在超低接收电流低于4mA,而以往的NRF24L01NRF905CC1101CC1020SI4432等无线IC的接收电流都在15mA左右。无线通讯往往需要电池供电,所以功耗指标就显得尤为突出,同时再结合A7139的无线唤醒功能,可以让无线移动设备大大延长电池的使用寿命。

 

A7139无线模块最大优势之二在于超优质的通讯距离性能,A7139片内射频输出最大支持20dBm的发射功率(功率可以软件设置,如果不需要太远距离,可以将功率设置为较小参数值,这样整体功耗就可以更低),以470MHz ~ 510MHz的频段来说,接收器拥有超高灵敏度(-114dBm @ 10Kbps,注意,灵敏度随着无线收发速度的提高而下降)。在10Kbps的条件下,在海边空旷区域实测可得1200米,街道实测之距离可达1000米。若将无线空中波特率设置为2Kbps,则空旷区域实测距离增加至1300米左右,如果1个端放置在室内,另外一端在室外,即使有大型建筑物遮挡也可以300米左右,基本可以满足各类应用需求。

 

除了超低接收电流和远距离传输能力外,A7139还提供RSSI用于信号强弱检测评估功能,同时A7139内含自动校准和频率补偿机制用来克服半导体随环境、天气等因素,使无线收发地在各种环境下更稳定,其中自动频率补偿(AFC)的功能可解决频率漂移造成的灵敏度衰退。最后A7139的通信方式同样提供直接模式(Direct mode)与 FIFO模式。其中FIFO模式更简单稳定(FIFO模式下可自动完成FECCRC与曼彻斯特编码等功能)。

 

正因为A7139无线模块同时拥有超低接收电流与超优质的通讯距离这两大显著特性,使A7139可以满足大部分应用,比如 AMR 无线自动读表(如无线热表,燃气表等等),远距离双向汽车防盗器、工业控制器、智慧建筑之能源管理与家庭自动化等等。尤其是由电池供应电源但需要长生命周期的应用。在电源管理方面,A7139无线模块支持休眠、深度休眠、无线唤醒、定时重发等多种实用性功能,深度休眠时完全关掉晶片,其电流消耗仅须200 nA

 

A7139无线模块作为是新一代高效能的射频晶片,相信在射频通讯领域中定会有其一席之地。首先,我们将以化繁至简的思维来解析A7139,让广大无线爱好者,和无线应用工程师可以更简单的来熟悉和掌握A7139的使用方法。无线通讯不外乎几个要点,首先是如何建立收发通讯,其次就是如何进行频率、速度、地址、功率等参数的设置,最后就是在这基础上如何实现多点通讯。我们已经对此做好了充分解析,并以实例方式提供给我们的用户


无线组网模块

无线组网模块,也称为无线自组网模块,是利用无线技术进行无线数据传输的一种模块。多个同类型的模块可以组成小型网络,数据可以在该网络中相互传输,它被广泛地应用于物联网各领域。无线组网模块,也称为无线自组网模块,是利用无线技术进行无线数据传输的一种模块。多个同类型的模块可以组成小型网络,数据可以在该网络中相互传输,它被广泛地应用于物联网各领域。


无线组网模块技术特点

1、网状网络:先进的网状网络拓扑结构,每个节点都拥有多条备用路径,且网络可实现自维护、自修复,更好地适应各种复杂、多变的现场环境;

2、跳频技术:高抗干扰能力,采用多信道跳频技术;

3.自动组网:免现场设置、全智能自动路由、无路由级数限制、无需额外增加中继的自动组网方式 ;

4、路由算法:吸收AODV、冲突检测等众多典型无线网络理论,在网络鲁棒性、响应速度、数据速率、安装调试智能化水平和环境适应性等方面取得平衡;

5、节点自注册:网络节点可实现自注册入网,真正实现即插即用;

6、指定路由:在网络中新增节点可实现指定路由入网;

7、数据自动采集:在数传过程中,会自动采集路由路径上的节点数据,大大提高了数据采集效率;

8、双向通讯:采用半双工无线通讯方式,可实现重点用户监控、异常故障报警等。

无线组网模块技术参数

1.通信频段:ISM公用频段(315Mhz、433Mhz、868Mhz、915Mhz、2.4G)

2.调制方式:FSK/GFSK

3.空中传输速率:1200bps~115200bps

4.发射功率:常见的有20mW-100mW

5.接收灵敏度:-121dBm@1200bps&BER=0.1%

6.网络容量:1000个节点以上

7.中继路由深度:13级以上

8.网络快速构建:200个节点组网时间<15min(典型值)

无线组网模块应用领域

水、电、煤气,暖气自动抄表收费系统铁路、油田、码头及部队的数据通信医疗和电子仪器仪表自动化控制行车和起重机等的工业遥控数据采集系统灯光无线智能控制汽车防盗、轮胎压力监测及四轮定位无线吊秤,无线传输的电子秤银行排队管理系统家庭智能控制、酒店、机房设备无线监控.



责任编辑:Davia

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标签: ZigBee CC2530 A7139

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