|
СС2530 – новый ZigBee-трансивер для широкого
спектра применений |
По мере вхождения в нашу жизнь различных
беспроводных устройств возникла проблема их совместимости, которая была решена
разработкой таких стандартов, как Bluetooth и Wi-Fi. Но оба эти стандарта
слишком прожорливы, сложны и быстры для множества нужных рынку устройств. Для
низкоскоростных беспроводных сетей персональной зоны покрытия (WPANs) Институтом
Инженеров Электротехники и электроники (IEEE) был утвержден стандарт 802.15.4,
который определял физический (PHY) и канальный (MAC) уровни доступа. Для
управления трансиверами, соответствующими этому стандарту, альянсом
производителей ZigBee была разработана одноименная программная
надстройка - набор протоколов. Основная особенность протоколов ZigBee
заключается в том, что они при сравнительно невысоком энергопотреблении
поддерживают не только простые топологии беспроводной связи («точка-точка» и
«звезда»), но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией
и маршрутизацией сообщений.
Трансиверы, отвечающие стандарту 802.15.4, могут
использоваться как самостоятельные устройства, если разработчику нужно
организовать связь «точка-точка» или «звезда». Но для организации сети
ZigBee необходимо добавить микроконтроллер, в который должен быть загружен
набор управляющих программ, так называемый стек протоколов ZigBee, который
обеспечивает возможность самоорганизации и самовосстановления сети. Сеть
ZigBee называют интеллектуальной, поскольку она может сама определять
настройки и оптимальный маршрут передачи данных. Кроме упрощенной 16-битной
адресации, возможна расширенная 64-битная, позволяющая находиться в одной
сети 65 тысячам устройств. Это востребовано при построении единых сетей на
крупных промышленных предприятиях. Важным также является тот факт, что
данные в ZigBee-сетях могут передаваться по цепочке устройств, что, вместе с
развитыми средствами самонастройки, должно сильно упростить развертывание на
больших площадях. Стандарт также предполагает 128-битное AES-шифрование
данных, что позволяет успешно использовать ZigBee-сети в различных системах
безопасности. |
![](el/CC2530_graphic.jpg)
|
Большинство устройств ZigBee работает по следующему
алгоритму: устройство находится в «спящем» состоянии практически все время,
обеспечивая оптимальный режим энергосбережения. При поступлении новой
информации, либо во время очередного сеанса связи, устройство активизируется,
быстро передает данные и снова переходит в режим пониженного энергопотребления.
Типовые временные задержки при этом составляют 30 мс для подключения нового
устройства к сети, 15 мс для перехода из «спящего» в активное состояние, 15 мс
для доступа к каналу. Так удается продлить срок службы батарей до 10 лет и более
в зависимости от типа приложения и длительности рабочего цикла, причем ток при
передаче может составлять порядка 15...30 мА, а в «спящем» режиме - менее 2 мкА.
В результате задержки по отклику настолько малы, что человек, войдя в комнату и
щелкнув переключателем беспроводной связи ZigBee, даже не заметит, что свет
появился почти мгновенно, в то время как задержки при подключении устройств к
сети Bluetooth составляют до трех секунд. Последняя версия набора протоколов
ZigBee PRO дополнила существующие возможности такими, как фрагментация длинных
сообщений, возможность взаимодействия с другими протоколами и системами,
возможность быстрой маневренной перестройки частоты и автоматическое управление
адресным пространством. Кроме того улучшена масштабируемость протокола, усилена
его устойчивость при работе в крупных сетях. RF4CE, еще один специализированный
протокол, специально созданный для бытовых пультов дистанционного управления,
был разработан в 2008 году крупными производителями телевизионной техники
Panasonic, Royal Philips Electronics, Samsung Electronics и Sony Corporation для
замены инфракрасной связи. Протокол представляет собой нетребовательное к
ресурсам и недорогое решение для обеспечения полной функциональной совместимости
между устройствами. RF4CE не предъявляет чрезмерных требований к
микроконтроллеру, на котором работает стек протоколов, но при этом
предусматривает возможность расширения функциональности в будущем. Среди других
особенностей RF4CE можно отметить поддержку защищенных транзакций, механизм
энергосбережения и развитый механизм быстрой перестройки частоты (для
обеспечения надежной совместимости с другим оборудованием). Стандарт
предусматривает также простой и интуитивно понятный алгоритм спаривания для
привязки пульта дистанционного управления к бытовому электронному устройству.
Новинка от TI, микросхема СС2530, поддерживающая
стандарт IEEE 802.15.4, предназначена для организации сетей стандарта ZigBee Pro,
а также средств дистанционного управления на базе ZigBee RF4CE и оборудования
стандарта Smart Energy. ИС СС2530 объединяет в одном кристалле РЧ-трансивер и
микроконтроллер, ядро которого совместимо со стандартным ядром 8051 и отличается
от него улучшенным быстродействием. ИС выпускается в четырех исполнениях
CC2530F32/64/128/256, различающиеся объемом флэш-памяти - 32/64/128/256 Кбайт,
соответственно. В остальном все ИС идентичны: они поставляются в миниатюрном
RoHS-совместимом корпусе QFN40 размерами 6х6 мм и обладают одинаковыми рабочими
характеристиками.
Новая система-на-кристалле СС2530 протоколов для
обеспечения выбора оптимального по стоимости сетевого протокола поддерживает
следующие бесплатные программные стеки:
-
программное обеспечение Z-StackTM для
ZigBee-совместимых приложений (ZigBee PRO);
-
сетевой протокол RemoTITM для приложений
дистанционного управления ZigBee RF4CE;
-
сетевой протокол SimpliciTITM для сетевых
приложений собственной разработки.
Таблица 1. Отличия СС2530 от
СС2430
Параметр
|
CC2430
|
CC2530
|
Функции
|
МК |
8051 совместимый
|
8051 совместимый
|
Флеш-память, Кбайт
|
До 128 |
До 256 |
Оперативная память,
Кбайт |
8 (<4 в режимах PM2/3)
|
8 во всех режимах
|
Контроль сигнала таймера
|
Нет |
Есть |
Каналов таймера
|
3 |
5 |
MAC размер таймера
|
16-bit, 20-bit
переполнение |
16-bit, 24-bit
переполнение |
Частота ядра, МГц
|
32 |
32 |
Корпус, мм |
7x7, 48 выводов
|
6x6, 40 выводов
|
Рабочий температурный
диапазон (°С) |
-40...85 |
-40...125 |
Радио
|
Чувствительность, дБм
|
-92 |
-97 |
Макс. Tx энергия, дБм
|
0 |
+4,5 |
Чувствительность, дБ
|
92 |
101,5 |
Подавление соседнего
канала -5 МГц |
30 |
49 |
Подавление соседнего
канала +5 МГц |
41 |
49 |
Подавление соседнего
канала -10 МГц |
53 |
57 |
Подавление соседнего
канала +10 МГц |
55 |
57 |
Питание
|
Рабочее напряжение, В
|
2,0...3,6 |
2,0...3,6 |
Rx ток, мА |
27 |
24 |
Tx ток (0 дБм), мА
|
27 |
29 |
Tx ток (+4.5 дБм), мА
|
– |
34 |
CPU активный ток (32 МГц),
мА |
10,5 |
6,5 |
PM1 ток, мкА
|
190 |
200 |
PM2 ток, мкА
|
0,5 |
1 |
PM3 ток, мкА
|
0,3 |
0,4 |
PM1 -> активный режим,
мкс |
4 |
4 |
PM2/3 -> активный режим,
мс |
0,1 |
0,1 |
Xtal время запуска, мс
|
0,5 |
0,3 |
Однако из-за повышенной
выходной мощности (+4,5 дБм) незначительно вырос ток
потребления (с 27 до 34 мА) при передаче. Кроме того, эти
микросхемы имеют разные корпуса и число выводов. В процессорной
части произошли незначительные изменения, связанные с
большим объемом памяти, по другому работает Watchdog-таймер
в некоторых энергосберегающих режимах. Также измененена
работа многих внутренних блоков микросхемы (Sleep Timer,
Timer 1, GPIO, Debug Interface, DMA, USART и др.), но эти
изменения направлены на улучшение характеристик и
расширение возможностей встроенного процессора.
Схема включения CC2530
показана на (рис. 1). Как видно на рисунке ИС CC2530
требует весьма незначительного количества внешних
компонентов, что значительно упрощает разработку нового
изделия.
![](el/cc2530_r.jpg)
Рис. 1.
Схема включения СС2530
Применение
Система на кристалле СС2530 находит применение во
множестве практических областей. Можно выделить следующие типовые области
применения СС2530:
-
Автоматизация зданий (отопление, вентиляция,
кондиционирование),
-
Домашняя автоматизация (пульты управления
телевидением, портативные устройства, управление бытовыми приборами),
-
Медицина (биодатчики, диагностика пациента,
тревожные кнопки),
-
Периферия ПК (клавиатура, мышь, джойстик),
-
Промышленное управление и мониторинг (удаленный
контроль оборудования, промышленная автоматика),
-
ЖКХ, управление освещением (мониторинг систем,
учет электроэнергии, воды, отопления),
-
Системы безопасности (датчики, контроль доступа,
контроль помещений).
Поддержка проектирования
TI выпускает широкий ассортимент инструментальных
средств для разработки различных IEEE 802.15.4- и ZigBee-совместимых приложений
на основе СС2530, в том числе оценочные и демонстрационные наборы, программное
обеспечение для них, а также исходные коды и примеры программ.
Для проектов, нуждающихся в минимизации стоимости
конечного решения или сроков проектирования, Texas Instruments предлагает
отдельные наборы микросхем РЧ-трансиверов/процессоров и микроконтроллеров. Ниже
приведен обзор основных аппаратных средств проектирования и отладки.
Набор для проектирования CC2530DK (рис. 2)
предназначен для разработки и тестирования систем на основе CC2530. Он содержит
все необходимое оборудование, программное обеспечение и инструменты для
разработки 802.15.4-совместимого устройства.
Рис. 2. Комплект
разработчика СС2530DK
Комплект CC2530DK содержит:
-
Два оценочных модуля CC2530EM,
-
Две антенны 2,4ГГц,
-
Две оценочных платы SmartRF05EB (ЖКИ, кнопки,
светодиоды, порты USB и RS232),
-
Один ключ CC2531USB,
-
USB-кабели и документация,
-
Sensor Network Analyzer компании Daintree для
анализа трафика в сети, состоящей из множества ZigBee-узлов.
Набор для проектирования CC2530ZDK имеет возможности
тестирования, демонстрации возможностей, макетирования и разработки кода
программы ZigBee и ZigBee PRO устройств различной степени сложности.
Комплект CC2530ZDK включает в себя:
-
Исходные коды ZigBee-стека Z-Stack (TI),
-
Две оценочных платы SmartRF05EB,
-
Пять плат с батарейным питанием SmartRF05,
-
Семь оценочных модулей CC2530EM,
-
Си-компилятор EW8051 и отладчик C-SPY компании IAR
(30-дневные оценочные версии),
-
Один USB-ключ,
-
Антенны и элементы питания,
-
Sensor Network Analyzer компании Daintree для
анализа трафика в сети, состоящей из множества ZigBee-узлов.
Оценочный набор CC2530EMK (рис. 3) предназначен для
оценки возможности по загрузке кода программы через РЧ-канал, что существенно
упрощает обновление прошивки ZigBee-устройств при их эксплуатации. Модули могут
использоваться как отдельно (требуется внешнее питание), так и вместе с наборами
SmartRF05EB для управления компьютером.
Рис. 3. Комплект
разработчика EMK
Наборы CC2530EMK включают:
Оценочный комплект RemoTI-CC2530DK (рис. 4)
предназначен для оценки работы RF4CE-совместимого устройтства.
![](el/cc2530_ris4.jpg)
Рис. 4. Комплект
разработчика RemoTI
Комплект RemoTI-CC2530DK включает:
-
Дистанционное управление на основе CC2530,
-
Плату ресивера с модулем CC2530EM,
-
СС-компилятор, кабели, плату адаптера,
-
Руководство по быстрому старту.
Заключение
Новый трансивер CC2530 компании TI имеет широкое
применение и является идеальным выбором для конструирования законченного
устройства. Удобные средства разработки и готовый образец дизайна облегчают
работу инженера и сокращают время вывода конечного продукта на рынок.
![](el/TI_CC2530_NE_13_09.jpg)
|