基于CC2530的ZigBee无线气压测量模块设计的系统开

　在集装箱运输中，对冷藏集装箱可靠性要求很高，除进行强度实验外，还需按要求完成热工性能实验。热工性能实验中需要测量集装箱的气密性，漏热性，制冷性等[1]。
　　为提高测量的自动化程度，控制测量过程的人为因素，需要设计一套全自动的气密性试验装置。试验装置需要能够精确地测量集装箱的气压，并且通过无线传输将测量值发送到接收模块，由接收模块控制流量调节阀开度，调节供气量，保持箱内和环境的压差。该文着重介绍气压测量及无线传输模块的设计及实现。在无线传输方面，由于ZigBee通信协议具有成本低、功耗低、可靠性高、传输距离远等优点[2]，因此模块选用了ZigBee无线通信协议，以此完成模块设计，程序编制及调试。
　　1 无线气压测量模块总体设计
　　无线气压测量模块包含气压测量及无线发送，无线接收及显示两个单元。气压测量及无线发送单元主要负责气压的采集及发送。控制器选用TI公司的CC2530芯片，气压测量选用BMP085替代模块BMP180气压模块。而无线接收及显示单元主要负责数据接收及转换，并通过RS232转USB串口通信连接上位机，在上位机上实时显示气压的数值。发送和接收单元之间通过ZigBee点对点的数据传输方式。
　　2 无线气压测量模块的硬件设计
　　为了简化设计电路，提高模块可靠性，模块的气压测量及无线发送单元，无线接收及显示单元采用CC2530芯片设计的相同核心板，而根据功能不同设计不同的功能底板。核心板硬件电路相同，但下载不同的程序，完成相应的设计功能。
　　2.1 气压测量及无线发送单元硬件设计
　　气压测量及无线发送单元由ZigBee无线传输核心板，测量及无线发送单元功能底板，以及气压测量传感器模块组成。
　　使用中，气压测量传感器模块放置在冷藏集装箱内，功能底板与传感器通过杜邦线连接。而核心板通过12针及14针的标准 2.54 排针接插件与功能底板相连。测量及无线发送单元功能底板主要包含电源供给，程序下载及调试接口，按键及LED报警指示，传感器接口等功能。由于气压测量传感器模块BMP180采用I2C接口，而CC2530没有硬件I2C接口，因此使用P0.0、P0.1模拟I2C的数据线SDA和时钟线SCL，采用软件模拟I2C的方式读写传感器。
　　2.1.3 CC2530无线传输核心板硬件设计
　　ZigBee无线传输核心板主芯片CC2530采用标准8051处理器，满足2.4GHz ISM波段应用对低成本，低功耗的要求。ZigBee无线传输核心板使用2.4G全向SMA天线，不仅设计可靠，而且重量轻、体积小，传输距离200米以上，完全满足气密性试验的性能要求。核心板包括以下几个部分：CC2530片上系统，32MHz系统时钟，SMA天线，12针及14针接插件接口。
　　2.1.2 测量单元功能底板硬件设计
　　功能底板主要设置电源供应，JTAG程序下载及调试接口，故障报警指示，传感器测量接口。调试过程中可以通过JTAG调试接口供给电源，实际测量中使用一节7号3.7V电池供电。由于CC2530供电电压范围2-3.6V，因此通过电池供应需要经过CAT6219-330进行线性稳压[3]。功能模块中设置了无线通信故障、传感器测量故障等报警，报警通过相应的指示灯指示。BMP180传感器测量接口使用5针排针与杜邦线连接方式，包含模块电源线，I2C通信上拉电源线，数据线，时钟线，以及地线。
　　2.1.3 气压测量传感器模块硬件设计
　　参考文献：
　　[1] 操双五，章学来. 冷藏集装箱热工性能实验方法研究[J].制冷，2002（04）：5-8.
　　[2] 杨埙，王小平，彭勇. ZigBee的无线传感闭环监控系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2013（10）：72-75.
　　[3] 吴祥，康戈文. ZigBee的远程低功耗灌溉控制系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2013（04）：64-67.