一种无线传感网多功能通信节点的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无线传感网多功能通信节点，特别涉及无线传感网在照明、工业控制和电表类领域应用，具体给出了一种无线传感网多功能通信节点的设计结构。
【背景技术】
[0002]无线传感网技术在各行业应用中越来越广泛，并给各行业的应用带来更加便捷和智能的应用模式，然而由于无线通信技术本身具有较高的技术门槛，各行业的企业在应用无线传感网技术的时候，由于缺乏相应的专业知识从而难以开发出稳定的无线传感网产品，很大程度上限制了无线传感网应用的进一步推广和快速发展。
[0003]目前无线传感网技术应用到各行业产品中的时候，通常是通过将无线模块嵌入到产品中的设计方法，这样的应用一方面需要用户自己设计专门的应用电路和开发软件系统，同时需要对无线模块本身的性能和自主设计的电路之间的耦合和干扰情况了解比较深入，对于很大一部分的传感网应用行业企业，仍然存在一定的技术门槛而难以快速推出物联网应用广品。
[0004]基于目前无线传感网在各行业应用中存在的难点和不足，本实用新型提出了一种无线传感网多功能通信节点，该节点设计功能完整、可扩展性强、体积小巧，各行业用户可以将节点搭配各自应用的传感器板，然后装入设计好的外壳就可以快速形成产品，应用门槛很低。同时本方案设计中是通过将电源供电部分、外接接口部分和射频输出部分设计成为独立的单元并具有良好的重构功能，大大降低了设计门槛，从而可以很大程度上满足各行业的应用需求和行业推广。
【实用新型内容】
[0005]—种无线传感网多功能通信节点，其特征在于包括CC2530 S0C处理器和射频单元、射频通路切换单元、天线单元、程序烧写JTAG接口和外扩接口单元、USB串口转换单元、输入操作和指示单元构成。所述的CC2530 S0C处理器和射频单元用于接收2.4G无线信号进行处理，并将处理器的控制命令通过内部总线传递给无线收发器调制后发送出去，并采用表面贴片方式焊接在节点底板上；所述的射频通路切换单元用于不同天线接口的选择和切换；所述的程序烧写JTAG接口和外扩接口单元，通过外接小型的JTAG座将VCC GND DDDC和RESET引脚引出并和JTAG烧写器连接进行程序镜像更新，所述的外扩接口将CC2530S0C处理器上除射频输出以外的全部引脚引出以匹配多种外扩单元电路；USB串口转换单元将USB插口的差分信号引脚和CP2102的差分信号线连接进行转换，并通过双向Buffer和CC2530的串口引脚连接实现PC端虚拟串口和CC2530 S0C处理器的通信。
[0006]进一步地，所述的射频通路和切换单元，是将差分射频输出信号通过一个由高频电容电感构成的LC巴伦电路转换成单端射频输出，并在输出点跨接一个0402封装的射频电容，再通过50欧姆射频微带线和板载PCB到F天线的馈电引脚相连，或者向下通过跨接一个0402的射频电容连接底板上的SMA座中心馈电点，其中0402电容靠近LC巴伦单端输出部分的焊盘重叠，从而使得两种射频连接方式在应用中只选择一种，实现射频输出的切换。
[0007]进一步地，所述的程序烧写JTAG接口采用间距为1.27mm的2x5pin简牛排座，通过压线头软排线和JTAG烧写器进行连接；所述的外扩接口单元采用间距为2_的2xl5pin双排母和底板进行焊接，并通过和扩展板上排针对插的方式实现外扩连接。
[0008]进一步地，所述的USB串口转换单元，将MicroUSB的D-和D+引脚连接CP2102对应的D-和D+引脚，然后将CP2102的TXD连接双向缓冲区NC7WZ126的第一单元输入引脚，并将第一单元的输出引脚连接CC2530的RXD引脚，然后将CP2102的RXD连接双向缓冲区NC7WZ126的第二单元输出引脚，将第二单元的输入引脚连接CC2530的TXD引脚。
[0009]进一步地，所述的天线单元包含印制在底板上的PCB倒F天线，倒F天线的长臂离板边缘的距离0.4mm，天线短臂靠近地平面离地部分的距离为0.7mm，倒F天线的馈线部分宽度为0.5mm。
[0010]本实用新型的有益效果:通过体积小巧的多功能通信节点，替换传统的高价堆积式开发板系统，使用者可以很大程度上降低开发成本；同时由于体积小功能全且可以电池供电，安装和携带非常方便，并支持在野外布设网络测试；通过天线切换设计使得开发者可以根据实际应用场景选择低成本的板载天线或者高性能的鞭状天线，进一步扩大系统开发的灵活性。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型一种无线传感网多功能通信节点总体构架框图。
[0012]图2是本实用新型的射频支路切换设计结构图。
[0013]图3是本实用新型的JTAG简牛接口结构。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图和具体实施实例对本技术方案进行进一步说明。
[0015]本技术方案总体框图如图1所示。其中包含了核心的S0C处理芯片CC2530，其中包含了一个标准的IEEE 802.15.4无线收发器和一个51单片机处理核心。CC2530的引脚25和26输出2.4G差分载波信号，通过一个0402封装的18pf的高频电容进行信号耦合，传递到由0402封装的2个高频电感和2个高频电容组成的LC巴伦，然后转化为50欧姆特性阻抗的单端输出，以方便连接目前大部分型号的天线。单端信号进一步通过一个2.2pf的0402电容传递到板载PCB倒F天线的馈电口，由倒F天线发射2.4G射频信号。可选地，
2.2pf的0402高频电容可以右转90度后连接到一个50欧姆的PCB微带线上，然后输入到板上的SMA接口从而把信号输送给连接在上面的鞭状天线，实现更好的射频通信性能。2.2pf电容靠近芯片一端的焊盘重叠，从而在使用的时候用户互斥地选择PCB倒F天线或者是SMA鞭状天线中的一种。在2.2pf高频电容和天线之间，预留了一个0402封装的接地电容焊盘，以便后期进行阻抗匹配，如图2所示。当从天线接收信号输入到CC2530时，射频信号通过相反的路径输入到CC2530的引脚25和26进行处理。
[0016]在低成本应用场合天线采用板载的PCB倒F天线，是一种印刷在底板上的天线结构，本方案中倒F天线长臂离PCB底板的边缘为0.4_，天线短臂靠近地平面离地部分的距离为0.7mm，馈线部分宽度为0.5mm，从而可以最大程度地将射频信号输入到天线并辐射到空间中去，形成良好的发射和接收性能。
[0017]节点在调试和使用中需要烧写程序镜像，这个还是由焊接在底板上的微型简牛插座实现，简牛插座的引脚间距和信号线排列如图3所示。同时底板上包含一个2xl5pin且间距为2mm的双排母，将CC2530中除了射频引脚外的端口通过这个双排母引出，从而使得行业用户可以灵活地插接不同的传感器，实现多样化的应用。用户自己的传感器和执行单元需要采用2mm间距的双排针设计传感器板或者是执行器板，和节点上的排母对插后使用。
[0018]本技术方案中，设计了输入和输出的接口，从而方便用户进行个性化的操作和状态指示，输入部分采用微型的贴片按钮布局在底板边缘，通过0603封装的上拉电阻连接到CC2530的RESET引脚和P0_0引脚。其中包含了复位按钮和用户自定义按键，用户进行开发调试的时候可以方便地对系统进行复位，并通过一个自定义按钮给CC2530处理器发送指令控制处理器的行为。3个LED灯通过P0_0、P0_1、P0_4引脚连接到CC2530，并各自通过一个0603封装470欧姆的电阻连接到电源正极，从而能够实现丰富的状态指示功能。
【主权项】
1.一种无线传感网多功能通信节点，其特征在于包括CC2530 SOC处理器和射频单元、射频通路切换单元、天线单元、程序烧写JTAG接口和外扩接口单元、USB串口转换单元、输入操作和指示单元构成；所述的CC2530 SOC处理器和射频单元用于接收2.4G无线信号进行处理，并将处理器的控制命令通过内部总线传递给无线收发器调制后发送出去，并采用表面贴片方式焊接在节点底板上；所述的射频通路切换单元用于不同天线接口的选择和切换；所述的程序烧写JTAG接口和外扩接口单元，通过外接小型的JTAG座将VCC GND DDDC和RESET引脚引出并和JTAG烧写器连接进行程序镜像更新，所述的外扩接口将CC2530SOC处理器上除射频输出以外的全部引脚引出以匹配多种外扩单元电路；USB串口转换单元将USB插口的差分信号引脚和CP2102的差分信号线连接进行转换，并通过双向Buffer和CC2530的串口引脚连接实现PC端虚拟串口和CC2530 SOC处理器的通信。2.根据权利要求1所述的一种无线传感网多功能通信节点，其特征在于所述的射频通路和切换单元，是将差分射频输出信号通过一个由高频电容电感构成的LC巴伦电路转换成单端射频输出，并在输出点跨接一个0402封装的射频电容，再通过50欧姆射频微带线和板载PCB到F天线的馈电引脚相连，或者向下通过跨接一个0402的射频电容连接底板上的SMA座中心馈电点，其中0402电容靠近LC巴伦单端输出部分的焊盘重叠，从而使得两种射频连接方式在应用中只选择一种，实现射频输出的切换。3.根据权利要求1所述的一种无线传感网多功能通信节点，其特征在于所述的程序烧写JTAG接口采用间距为1.27mm的2x5pin简牛排座，通过压线头软排线和JTAG烧写器进行连接；所述的外扩接口单元采用间距为2_的2xl5pin双排母和底板进行焊接，并通过和扩展板上排针对插的方式实现外扩连接。4.根据权利要求1所述的一种无线传感网多功能通信节点，其特征在于所述的USB串口转换单元，将MicroUSB的D-和D+引脚连接CP2102对应的D-和D+引脚，然后将CP2102的TXD连接双向缓冲区NC7WZ126的第一单元输入引脚，并将第一单元的输出引脚连接CC2530的RXD引脚，然后将CP2102的RXD连接双向缓冲区NC7WZ126的第二单元输出引脚，将第二单元的输入引脚连接CC2530的TXD引脚。5.根据权利要求1所述的一种无线传感网多功能通信节点，其特征在于所述的天线单元包含印制在底板上的PCB倒F天线，倒F天线的长臂离板边缘的距离0.4mm，天线短臂靠近地平面离地部分的距离为0.7mm,倒F天线的馈线部分宽度为0.5_。
【专利摘要】本实用新型涉及一种无线传感网多功能通信节点，包括CC2530？SOC处理器和射频单元、射频通路切换单元、天线单元、程序烧写JTAG和外扩接口单元、USB串口转换单元、输入操作和指示单元构成。SOC处理器和射频单元用于接收2.4G无线信号并进行处理，并将控制命令通过2.4G信号发送出去；射频通路切换单元用于不同天线接口的切换；天线单元包括设计的板载PCB倒F天线和外接SMA天线；程序烧写JTAG接口和外扩接口单元用于进行程序的烧写和功能引脚的外扩，输入操作和指示单元用于通信节点输入控制和输出状态显示，从而使得通信节点在保持体积小巧的情况下，适用于无线传感网多方面的应用领域。
【IPC分类】H04W84/18
【公开号】CN205017594
【申请号】CN201520737057
【发明人】姚国良
【申请人】嘉兴泛联通信技术有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月23日