基于ZigBee技術(shù)的無線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)

1、基于zigbee技術(shù)的無線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)，如80211家族、irda、超寬帶無線通信、等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)是ieee 802154無線通信協(xié)議，它是新興的無線通信協(xié)議，是ieee確定的低速個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(personal area net-work)標(biāo)準(zhǔn)。本文主要采納ti公司的系統(tǒng)級(jí)芯片(soc) cc2430來研發(fā)符合zigbee協(xié)議和ieee802154標(biāo)準(zhǔn)的24g ism頻段的移動(dòng)自組網(wǎng)無線路由數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)辦法。1 zigbee無線通信標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)zigbee無線通信標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于其他的無線通信標(biāo)準(zhǔn)具有比較顯然的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，如極低成本、易實(shí)現(xiàn)、牢靠的數(shù)據(jù)傳輸、短距離操作、極低功

2、耗、各層次的平安性等等?，F(xiàn)總結(jié)解釋如下：功耗低：zigbee的傳輸速率低(10 kb秒250 kb秒)，且放射功率僅為lmw，同時(shí)因?yàn)椴杉{了低功耗模式，故其zigbee設(shè)備十分省電；成本低：zigbee模塊的初始成本在6美元左右，之后便很快降到了1525美元，zigbee的協(xié)議容易而且占用空間小，也降低了開發(fā)成本；時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都十分短，典型的搜尋設(shè)備時(shí)延為30 ms，休眠激活時(shí)延為15 ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15 ms。因此，zigbee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合)等應(yīng)用；牢靠性：因?yàn)椴杉{碰撞避開策略，同時(shí)又為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了

3、專用時(shí)隙，因而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和矛盾。mlac層采納了徹低確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必需等待接收方確實(shí)認(rèn)信息。假如傳輸浮現(xiàn)問題，還可重發(fā)，因此，zigbee技術(shù)非常牢靠；平安性：zigbee提供有基于循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(crc)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，又采納了128位高等加密算法(aes：advanced enciyption standard)，因此，各個(gè)應(yīng)用可靈便確定其平安屬性。以上特點(diǎn)中，最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò)的牢靠性和低功耗。由于在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、車載系統(tǒng)、家用網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療和伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域中，對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的要求與人們?nèi)粘Ｓ梅ǖ钠渌O(shè)備有很大區(qū)分。它通常要求是功耗十分低

4、，而牢靠性卻很高。針對(duì)功耗和高牢靠性這兩方面的要求，zigbee無線通信標(biāo)準(zhǔn)都有特地的設(shè)計(jì)。這也是zigbee無線通信標(biāo)準(zhǔn)最突出和最優(yōu)秀的地方。2 數(shù)傳模塊的詳細(xì)指標(biāo)按照數(shù)傳模塊的敏捷度、噪聲系數(shù)、挑選性、傳輸延時(shí)、平安等級(jí)等各項(xiàng)性能要求，zigbee模塊的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：頻率：24ghz；通道數(shù)：具有16個(gè)射頻通道24052485；通訊視距：牢靠傳輸距離在100米以上；放射功率：低功耗型為-250 dbm；可調(diào)遠(yuǎn)距離型為18526 dbm可調(diào)；接收敏捷度：低功耗型為-90 dbm；遠(yuǎn)距離型為-99 dbm；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌盒菭?、樹狀、網(wǎng)狀；每跳延時(shí)：不大于15 ms；數(shù)據(jù)平安：采納128-bit

5、 aes加密算法。3 數(shù)傳模塊的系統(tǒng)架構(gòu)與總體設(shè)計(jì)按照對(duì)數(shù)傳模塊技術(shù)指標(biāo)的要求，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)可分為無線數(shù)傳模塊、測試底板、計(jì)算機(jī)測試配置軟件等三部分。圖1所示是其系統(tǒng)框圖。該測試系統(tǒng)總共由50個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。50個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以相互發(fā)送數(shù)據(jù)，并可測試其數(shù)據(jù)通信功能、穩(wěn)定性及通信距離。其中無線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)計(jì)劃2所示。4 無線數(shù)傳模塊的硬件設(shè)計(jì)無線數(shù)傳模塊的硬件設(shè)計(jì)主要分為cpu部分、射頻部分和接插件三個(gè)部分。圖3所示是cpu部分的主要，它由cc2430及其輔助電路組成；射頻部分主要由功率(pa)和低噪聲放大器(lna)組成；作為通用產(chǎn)品，接插件的挑選也至關(guān)重要，為了便利模

6、塊的替換，本文挑選可插拔、間距為127 mm的插針作為接插件。該接插件使得模塊也可以像其他芯片一樣挺直焊接在目標(biāo)上，同時(shí)，也可以上自動(dòng)貼片機(jī)。圖4所示是系統(tǒng)中的射頻部分電路原理圖。為了使傳輸距離更遠(yuǎn)，就必需加大放射功率和提高接受敏捷度，所以，在射頻部分，本文的設(shè)計(jì)又增強(qiáng)了pa、lna以及一些信號(hào)開關(guān)和開關(guān)控制信號(hào)的產(chǎn)生電路。lna的增益可達(dá)13 db左右，因而大大提高了傳輸距離和牢靠性。圖5所示是系統(tǒng)射頻功放，其中pa的放射功率可達(dá)20 dbm，故可大大提高傳輸距離。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該模塊具有通信距離遠(yuǎn)、運(yùn)行穩(wěn)定牢靠等優(yōu)點(diǎn)。圖6所示是用agilent公司的測試的頻譜圖。5 無線數(shù)傳模塊的軟件設(shè)計(jì)本文是在ti的zigbee協(xié)議棧和一些應(yīng)用示例的基礎(chǔ)上編寫的應(yīng)用層代碼。其中uart部分用的是芯片的dma來實(shí)現(xiàn)的，這樣可使uart的數(shù)據(jù)收發(fā)越發(fā)準(zhǔn)時(shí)，同時(shí)也使得cpu運(yùn)行更快。其軟件流程圖7所示。圖8所示是其系統(tǒng)初始化流程圖。6 結(jié)束語隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)展，無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)得到了快速進(jìn)展和應(yīng)用，本文主要針對(duì)zigbee無線數(shù)傳模塊的實(shí)現(xiàn)，提出了自己的硬件解決計(jì)劃。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)挑選ti的soc芯片cc2430