常熟理工学院毕业设计（论文）
的选取和外设电路进行了分析。
4. 软件程序设计。首先简要梳理了智能开关节点的软件设计思路，之后结合实际功
能重点阐述了应用层的软件设计。
5. 调试与分析。首先简要分析了一些功能模块的具体调试过程，之后重点阐述开关
节点的运行调试情况，并给出最终的调试图片。
6. 总结与展望。主要是对该课题在研究过程中遇到的问题进行总结，并提出该作品
的不足之处以及其他需要改进优化的方面。7
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3.硬件电路设计
由智能开关节点的硬件电路框图2-2可知，该节点的硬件电路设计主要分为四个部分：微控制器最小系统、触摸检测电路、继电器控制电路和负载部分，除此以外还有为各电路供电的电源转换电路。智能开关节点的硬件设计为了满足易安装、结构简单的要求，应尽可能缩小设备体积。在实际使用中，该开关节点用于控制负载上火线的通断，因此仅需在节点的负载端引出相应端子与负载相连，本章主要介绍其他四部分电路。
3.1 微控制器最小系统设计
目前市场上主营三种Zigbee芯片，分别是：德州仪器的CC2530 、飞思卡尔的MC1321X系列和意法公司的EM250。
CC2530采用标准的8051处理器，可以和2.4GHZ的Zigbee无线收发电路配合工作。目前德州仪器提供Z-stack协议栈，且已经开放免费下载，而其他几家公司的情况如下：飞思卡尔 Zigbee开发套件3个月自动失效，购买正版需要1200美元；EMBERR ZIGBEE 2006 软件的报价为10000美元。 此外CC2530是包括闪存存储器和Zigbee射频收发模块的集成芯片，是真正的单芯片解决方案。飞思卡尔的芯片采用两个硅片和SIP技术共同包装，在大量生产情况下，肯定不及单芯片方案。
综上所述，CC2530无论从性能上还是成本上都具有极大的优势，因此本课题最终选择德州仪器的CC2530芯片作为主控芯片。该芯片包含128KB的系统内可编程闪存，8KB的RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力。在外设电路上，该芯片具有5路DMA通道和21 个通用I/O 引脚CC2530芯片最小系统电路示意图如图3-1所示，其外围电路包括时钟电路、复位电路和射频收发电路。
图3-1 CC2530最小系统电路示意图
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1. 时钟电路
在微处理器单元的晶振接口两端跨接一个高速石英晶体振荡器，再并联电容和电阻组成谐振电路。由于石英晶体起振较慢，需要将晶体尽可能靠近OSC_IN和OSC_OUT两个引脚。32kHz晶振能为系统提供稳定的时钟信号。具体电路见图3-2。
图3-2 时钟电路
2. 复位电路
CC2530上的20号RESET引脚为是复位引脚，当该引脚为低电平时单片机复位，该管脚接一个10K的上拉电阻，以保持高电平的状态。并联接入一个0.01uF的电容可以起到滤波的作用。具体电路见图3-3。
图3-3 复位电路
3. 射频收发电路
射频收发电路用于收发数据。在对天线的设计中，虽然PCB板印制天线可以减少电路板的空间，但在设计过程中由于受板材的介电常数，参考地的大小，层叠间距等等因素的影响，该课题最终选择外接天线。
为了增加信号接收发送的可靠性，该课题选用CC2591芯片作为前端功率放大电路。根据德州仪器公司提供的2.4GHz射频电路参考原理图，在天线的设计上采用分离的电容电感元件进行射频收发信号的匹配电路，CC2530的RF_P和RF_N管脚是一对差分输入输出信号。为了达到最好的发送接收效果，外围电路参数应严格按照德州仪器公司官方提供的典型参数值。具体电路见图3-4。
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图3-4 射频收发电路
4. CCDebugger程序下载接口
CC2530程序下载需要外部仿真下载器CCDebugger，单片机与仿真器的接线如图3-5所示。表3-1给出了下载器引脚的名称：
表3-1 CCDebugger接线说明
1.GND 2.VDD 3.DC 4.DD 5.CSN 地线 设备电源线 调试时钟线 P2.2 调试数据线 P2.1 下载片选 P1.4 6.SCLK 7.RESET 8MOSI 9.3.3V 10.MISO 下载时钟线P1.5 复位线 数据输出线P1.6 仿真器输出电压 数据输入线P1.7 CCDebugger提供两组接口，一组是SPI通信接口，最高传输速率可以达到50Mbps，用于分析数据和抓包使用。此外还提供程序下载接口，需要使用GND、VDD、RESET、DC和DD四个引脚。当仿真器上的指示灯由红变绿，表示仿真器检测到单片机，可以开始下载。
图3-5 CCDebugger下载接口
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3.2 触摸检测电路设计
该课题设计的智能开关节点包含三路触摸开关。触摸开关的设计来源于电容的工作原理，触摸开关实际是一块金属电极。由于人是导体，当人手靠近金属电极时，在手指与金属电极之间会产生微弱电场，此时金属电极与人手便成为电容的两极，用户在触摸过程中会改变原来电容的容值。BS813A-1是触摸开关检测芯片，该芯片能感应到触摸区域的电容变化从而识别用户是否操作了开关。C12、C13、C14三者功能相同，用于调整各路开关的灵敏度，当该电容的容值增大时，灵敏度变低，该芯片使用手册推荐选取的容值范围为0-25pF。
由电路原理图3-6所示，触摸信号检测引脚KEYX与输出响应信号OUTX依次对应，下面以触摸开关K1为例阐述硬件电路运行机制。当检测到用户触摸K1时，OUT1保持在高电平，松开后变为低电平，电平的变化会引起单片机执行响应操作。对触摸开关K2或K3操作与此相同。
触摸区域上方有一块塑料导光板，其将电极与人手隔离，6个发光二极管两两一组，由单片机控制。布线时，将发光二极管贴近导光板，能使面板呈现不同颜色便于用户分辨开关状态。下面以触摸开关K1为例阐述硬件电路运行机制，假设此时开关控制的用电设备处于断电状态。当触摸开关操作一次，触摸开关背光灯由绿色变为红色，设备启动；当再进行一次操作，触摸开关背光灯由红色变为绿色，设备断电。对触摸开关K2或K3操作时有相同的现象，具体电路如图3-7所示。
图3-6 触摸检测电路 图3-7 灯光指示电路
3.3 继电器控制电路设计
继电器控制电路用于控制220V交流回路的通断，是触摸检测电路的执行机构，执行
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