华东交通大学毕业设计（论文）
当太阳能电池板输入电压大于低电压检测阈值和锂电池端电压时，CN3063开始对锂电池进行充电，CHRG引脚输出低电平时L1亮，表示充电正在进行；当充满电后，DONE引脚输出低电平时L2亮，表示充电完毕。最大充电电流由ISET引脚的外接电阻决定，考虑到系统扩展需要，在本设计中，外接电阻R1取值为3.6KΩ。则充电电流就是500mA。当FB端检测到锂电池端电压低于3V时，进行预充电，此时充电电流为最大充电电流的10%；当FB端检测到锂电池端电压大于3V时，调整为恒流充电模式，同时自动检测锂电池端电压。当锂电池端电压达到4.2V时，自动调整充电模式为恒压充电模式，此时用小电流对锂电池充电，主要是为了防止“虚充”，当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束。
4.1.2 放电电路设计
传统的放电保护电路是使用一路ADC来不断检测电池电压，当电池电压降低到一定程度时切断放电电路。这在理论上是很容易实现的，但是在ZigBee网络节点中，系统软件设计时需要定时查询该路ADC的数值，这在一定程度上也增加了系统的功耗。在此提出了一种使用电池端电压检测芯片CN301组成的锂电池电压检测电路，无需系统软件支持，完全使用硬件电路来检测电池端电压，当达到过度放电阈值时，自动切断系统放电电路。放电保护电路如下图4-2所示；
图4-2 放电保护电路
当电池端电压下降到过度放电低电压检测阈值时，LBO引脚输出低电平，NMOS管截止，PMOS管栅极为高电平，PMOS管截止，放电回路被切断，起到了保护锂电池过度放电的作用；当太阳能板自动对锂电池充电，充电电压达到高电压检测阈值时，
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龙亮：基于太阳能供电的无线传感器节点设计
LBO输出高电平，NMOS管导通，PMOS管栅极为低电平，PMOS管导通，放电回路重新被打开，如果ZigBee节点软件设计时配置为上电后自动加入网络并进行数据采集，那么该节点将会自动加入到原来的网络中。
4.1.3 电压转换电路
电压转换电路是对放电电路中输出的DC电压进行转换，使得整个太阳能供电电路的最终输出电压为3.3V。电压转换电路如下图4-3所示；
图4-3 电压转换电路
由上图可知，放电电路输出的电压从VIN引脚输入，经过RT9183的电压转换后，有VOUT引脚输出。
4.2 无线传感器节点硬件电路设计
无线传感器节点的硬件电路主要有两个部分，分别为一代无线传感器节点与无二代线传感器节点。一代无线传感器节点的核心只有CC2530，二代而无线传感器的核心芯片不止有CC2530，另有射频前端功率放大芯片CC2591。下面将分别介绍这两款无线传感器节点。
4.2.1 一代WSN节点硬件设计
一代无线传感器只有一个核心处理芯片CC2530，外围是一些退偶电容和旁路电容，另外还有连接到天线的巴伦匹配电路和晶振电路。无线传感器一代的整个电路图如下图4-4所示；
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图4-4 一代无线传感器节点原理图
（1）晶振电路
CC2530一共有四个晶振，其中内部两个，外部两个。外部的两个晶振分别是32.768K和32M的。其中32M晶振接的退偶电容式27PF，32.768K晶振接的退偶电容为15pf。 晶振电路如下图4-5所示；
图4-5 晶振电路
（2）巴伦匹配电路
巴伦匹配电路是为了匹配带天线输出端。天线输出端的电阻式50Ω。其电路图如下4-6所示；
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龙亮：基于太阳能供电的无线传感器节点设计
图4-6 巴伦匹配电路
4.2.2 二代WSN节点硬件电路设计
二代无线传感器在一代无线传感器的基础上加了射频前端放大芯片CC2591,其整个电路图如下图4-7所示；
图4-7 二代无线传感器节点原理图
由图可知，二代传感器比一代传感器只是增加了CC2591芯片部分，其余的晶振电路，退偶和旁路电路基本相同。对于CC2591电路部分，其原理图如下4-8所示；
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图4-8 功率放大模块
CC2591的2、4引脚分别接入从CC2530RF_N、NF_P端出来的射频信号,经过CC2591的功率放大后，由10号引脚出来匹配至天线。对于CC2591的使用，主要是要知道其5、6、7号引脚的配置。对于这几个引脚的配置前面已经有详细说明，在此不再赘述。
4.3 本章小结
本章详细介绍了传感器节点和太阳能供电电路的硬件设计部分，对硬件设计时所用器件、芯片和对应电路都做了相关介绍。在设计硬件电路时，首先应分析系统的功能，根据功能来确定所需硬件模块，再根据功能参数去选择相应元器件。
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