一種與ZigBee協(xié)議兼容的RF模塊XBee_XBeePro及其應(yīng)用

1、一種與zigbee/802.15.4協(xié)議兼容的rf模塊xbee/xbee pro及其應(yīng)用播 要：介紹了一種與zigbee/802. 15.4協(xié)議兼容的maxstream公司推出的rf模塊xbee/xbeepro的性能特點、引腳功能、操作模式及其在小型無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用°該摸塊設(shè)計滿足ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)具有dsss（列擴煩）功能;咬件采用標(biāo)浪uart按口；具有按收、發(fā)遇、睡眼、命令和空模式等5種操作摸式。該摸塊具有體枳小、功耗低、接口簡單、易于姐網(wǎng)以及升級方便等優(yōu)點適用 于校低數(shù)拆速舉的短距離通仕應(yīng)用尤其在智能無餞傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中有著廣朗的應(yīng)用就錄。關(guān)詞:xber/xbee

2、 pro；uart 4 口；操作模氏；無線傳感網(wǎng)絡(luò)中圖分類號:tn925xbee pro 匚ii ad0/dio0 adi/dioiad2-v10：advdiq1 rts/dio6 a»ociaioad5di05vrhf_qngteefct5dio7ad4dio40引言智能無線傳悠網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感技術(shù)、嵌入式計算 技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通倍技術(shù)、分布式種能倚息 處理技術(shù)零圧當(dāng)何國際上備受關(guān)注的新w前沿研究 熱點。zigbee/802. 15.4作為一種新興的矩距離、低速 率標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在這個新w研究較域中得到了 廣泛關(guān)注和應(yīng)用。市場上也相應(yīng)出現(xiàn)了大址與zigbee/802. 15

3、.4 相關(guān)的各種產(chǎn)品例如：microchip公司 研制的免費zigbee protocal stack （協(xié)議棧），并提供 了帶右以u/2400為孩心的rf模塊的picdem z開發(fā) 板。同時,maxstream公nj也推出（與zigbee兼容的 以 freewaie mc1319x 芯片組為孩心的 xbee/xbee pro rf «?塊并提供了 usb接11、rs-232接11的開發(fā)板及 免費xctu器試軼件。xbee/xbee pro怏塊體枳小. 功耗低傳輸距離最大可達(dá)1 500 m（宰外）接i】簡 單容易使用年常適用于較低數(shù)據(jù)速率的短趾離通信 應(yīng)用尤其是無線傳想網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)用。

4、該模塊還町以 通過f載該公司最新的周件（firmware）.使用戶在原 有硬件模塊的基礎(chǔ)上得到瑕新的功能為設(shè)計提供了 極大的靈活性c本文介紹xbee/xbee pro的性能特點、接口應(yīng)用、 操作模式及在小罰無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實例。1 xbee/xbee pro性能特點及接口應(yīng)用xbee/xbee pro 模塊設(shè)計滿足 ieee 802. 15.4 標(biāo) 準(zhǔn)工作頻率2.4chzo xbee模塊的基本性能參數(shù)如 下:發(fā)送功率1 mw接收靈敏度-92 dbm空內(nèi)傳輸 距離30叫空外傳輸距離100m, rf數(shù)據(jù)傳輸速率為 250 kbit/s；在3.3 v電源f發(fā)送電流45 ma,接收電 流50 ma

5、；在網(wǎng)絡(luò)性能方啲具右dsss（ a接序列擴 頻）功能可以組成對等網(wǎng)、點對點及點對多點網(wǎng)絡(luò), 12個軟件可選的戌接序列信道毎個信逍具冇65 000 個可用網(wǎng)絡(luò)地址零。xbee pro是xbee的加強型產(chǎn) 品，其傳輸趾離大t xbee,同時發(fā)送功率、工作電流導(dǎo) 也比xbee大但是二者在引腳、操作模式尊方ifi完全 兼容。如圖i所示，xbee/xbee pro模塊右20個引腳,引腳名稱及其功能如表1所示。vccdq«rketpwmarssihomed _ _rescn cddtifslkfcp rqdi8-gnd圖1 xbee/xbee pro模塊引腳在maxstream公司當(dāng)詢發(fā)布的fi

6、rmware版本中. 暫不支持引腳ado ad5、d100 di07以及d08的 功能。在xbee/xbee pro模塊中集成了一個uart接 11,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)串行數(shù)據(jù)通過d1引腳 進(jìn)入xbee/xbee pro模塊后數(shù)據(jù)會存儲在d1緩沖器 中到被發(fā)送器通過夭線發(fā)送出去；出rf數(shù)據(jù)山大 線接收品，接收數(shù)據(jù)進(jìn)入ix）緩沖器然肩再串行送入 主機中。和用于皎件流程控制防止緩沖器數(shù)據(jù)溢出 而丟失數(shù)據(jù)。引騰引腳名稱仃號力向引誨描述2doit輸出3din/config輸入4jk)8輸出5beset輸人6pum0/rssi輸出7kesrrved8reserved9nfft/s!£ep

7、 - rq/di8輸人10gndiiad4/dio4雙向12cfs/i)l()7雙向13on/sleep輸出14vkef輸人15az 訕 e/ai)5/l)io5雙向16r1s/di06雙向17ad3/dio3雙向18a 1)2/1)102雙向19adi/p1o1雙向20ado/dioo雙向i vcc模塊電淞2.8 v-3.4 v tartft據(jù)楡出通常崎處 理器的uart接收端kx 相連vakt數(shù)據(jù)輸出通常與處 理器的lart接收端tx 相連數(shù)字輸出8模塊址位通常與處理器的 更位瑞相連pu m輸出0/接收佰號強度 指示保陽保射數(shù)據(jù)終瑙就緒信號/并眠模 式控制倍號/數(shù)字輸人8地植擬俗號輸人4/

8、數(shù)了輸人 綸出4浦除發(fā)送制仿號/數(shù) 了輸人輸出7俠塊狀態(tài)折示a/d轉(zhuǎn)換的圣準(zhǔn)電壓輸人關(guān)聯(lián)指示/棋擬俗用輸人5/ 數(shù)字輸入輸出5譏求發(fā)送淹程控制侑號/數(shù) 字人出6棋拔輸人侑號3/數(shù)字綸入 楡岀3棋擬輸人信沿2/數(shù)字輸人 出2如剜 s i /v k1 4 1rxwwi /in v « rwi z輸出丨模擬輸人ttvo/數(shù)7輸人 輸出0a 1 xbee/xbee pro模塊引腳名稱功能di cts vcc gnddo圖2 xbee/xbee pro 塊的dart內(nèi)部數(shù)據(jù)控制潦程r卜開天天線玄口捲收!3rf確收 煩沖器rf發(fā)運do 拔沖3xbee/xbee pro模塊町以通過uart接口代接

9、與 控制器的uart接口相連硬件接口簡單實用。圖3 給出了 microchip公司的微控制器pic18if4620與 xbee/xbee pro的連接方法。除/將控制器和xbee/ xbee pm的uart發(fā)送和接收互連之外用控制器的portc的笫0個引腳rc0控制xbee/xbee pro的 sleep_rq信號町以在'需耍時控制xbee/xbee pro 模塊進(jìn)入睡眠模式。由于沒右使用件流程控制為 了防止緩沖器溢出在進(jìn)行模塊參數(shù)配置時必須便 lart接口的傳輸速半小于xbee/xbee pm模塊的數(shù) 據(jù)傳輸速率。picixlf4620xfke；xbce prohr 3pic18lf

10、4620 呂 xree/xree pro 鮒逹擁肯決 壬一三 * . 三 三壬 w 不 k 2 xbee/xbee pro的操作模式xbee/xbee pro有空模式、接收模式、發(fā)送模式、 睡眠模式和命令模式5種操作模式，如圖4所示。對 于每一種操作模式透明方式和api方式兩種操作 方式。前者為缺省操作方式以字卩為單位操作各種 佶息;后者定以一定格式的數(shù)據(jù)檢為m位操作各種信 息。這里給出的揆式操作實例均以透明方式操作。2.1空模式當(dāng)沒右發(fā)送數(shù)據(jù)操作和接收數(shù)據(jù)操作發(fā)生時. xbee/xbee pro模塊進(jìn)入空操作模式；當(dāng)仃數(shù)據(jù)進(jìn)入 01緩沖器、大線端接收到右效數(shù)據(jù)、蠅眠條件満足、命 令模式序列（

11、“+”）發(fā)布時.xbee/xbee pm模塊分 別h動進(jìn)入發(fā)送、接收、睡眠、命令模式。2.2發(fā)送模式在發(fā)送模式下，發(fā)送數(shù)據(jù)包完全遵循ieee 805. 15.4標(biāo)準(zhǔn)包含源地址域和冃的地址域j源地址域表 示發(fā)迭數(shù)據(jù)的xbee/xbee pro模塊的地址，彳門6位地 址方式（來自my命令參數(shù)）和64位地址方式（來|'| sh.sl命令參數(shù)）。冃的地址表示要接收該傳送數(shù)據(jù) 的xbee/xbee pro模塊地址（來門dh, dl命令參 數(shù)）。發(fā)送操作有直接發(fā)送和間接發(fā)送兩種方式。代接 發(fā)送下，數(shù)據(jù)曲發(fā)送模塊宜接發(fā)送給具冇11的地址的 h標(biāo)模塊;間接發(fā)送足只冇當(dāng)ii標(biāo)模塊發(fā)出諸求時，再 將保持在

12、源模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送比去間接發(fā)送只能用 于協(xié)調(diào)器而不能用于終端設(shè)備。發(fā)送信息一般采用杳詢方式實現(xiàn)，其c語畝代碼 段如下(采用pic mcci8編譯器編譯實現(xiàn)):/uart發(fā)送字節(jié)處理int uart_put_byte(unsigned char ch)iwhile ( busy usa rt( ); /wait for empty transmit buffer writcusart (ch) : /transmitrrtum 0;i2.3接收模式當(dāng)犬線接收到冇效數(shù)據(jù)時.xbee/xbee pro模塊 進(jìn)入接收模式將犬線接收數(shù)據(jù)存入ix)緩沖器再山 控制器讀取。采用中斷方式接收數(shù)據(jù)的c諂許程用

13、段如下(采用pic mcci8編譯器編譯實現(xiàn)): uart接收字筋中新處理pragma code rx_intrmipt =0x8 /interrupt vector (or serial data void rint ( void)i.asm goto rx.handlcr _mdasm / point to c codeitpragma code鴿pragma interrupt rx_handlrrchar ch；void rxhandler ( void)ich = readl'sart( ) ； /get characteri2.4睡眠模式睡眠枳式是一種低功耗匸作模式,對于必

14、須以電 池供電的無線傳想網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電源功耗是一個相當(dāng)敏 感的指標(biāo)當(dāng)模塊處于不工作狀杰時，將苴設(shè)7?為低功 耗的睡眠模式是非常必要的.對于xbee/xbee pro模 塊以控制sleep.rq引腳使梵強行進(jìn)入睡眠模 式也町以通過設(shè)置相應(yīng)的命令參數(shù)，使苴口動轉(zhuǎn)入睡 岷模式。按照圖3的件電路設(shè)計，強行將xbee/xbee pm模塊設(shè)?為睡眠模式的指令如下：portcbite. rcoi：2.5命令模a命令模式是xbee/xbee pro模塊操作的一個就嚶 模式。在該模式下所右傳送的信息都被解釋成郴關(guān) 命令從而町以修改或者讀出模塊的乞項命令參數(shù)。 在maxslream公訶于2006年7 ) 12 h址新

15、發(fā)布的 v1.x8x版本的說明中.xbee/xbee pm模塊的命令集 共冇52個命令分為5類命令:待殊命令、網(wǎng)絡(luò)命令、 rf接i命令、串行接口命令和診斷命令。xbee/xbee pro模塊的命令以采用離線和 在線兩種方式。前者是指在將xbee/xbee pro模塊裝 配到h標(biāo)板之前，利用開發(fā)板和免費x-ctu軟件進(jìn)行 命令參數(shù)的配置，簡單方便;后者是指在系統(tǒng)運行過程 中用戶通過程序修改各種命令。下面對此做一簡也介 紹。2. 5.1 xbee/xbee pm模塊的命令格式xbee/xbee pro模塊的命令格式如下：at ascii碼命令空蚩參數(shù)(町選)旦至 例如:atdl lbv回車2.5.

16、2進(jìn)入命令摸式控制器需向xbee/xbee pm模塊發(fā)送命令模式斥 列使其進(jìn)入命令模式。命令模式序列缺省fl: 用八也可以使用cc命令修改它。進(jìn)入命令模式的c 語吉代碼如下(采用microchip mcci8編譯器編譯通 過)： void startmcommand( void) iuart_put_bytr( 0 ； uart-put-.bytc( 令): uurl jul.bytr("- 0 ;i2.5.3退出命令模式退出命令模式冇自動退出和命令退出曲種方式。 在命令模式下，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有任何操作，則 口動退出命令模式，進(jìn)入空操作模式以防止誤操作。 用戶町以用命令gt來設(shè)

17、定具體等待時間。采用命令 cn也町以退出命令模式其c語言代碼如下(采用 microchip mcc18編譯器編譯通過): void exitcommand( void) iuart_put.bytc( *ar); uart_pul_bytr( t); uart.put.byte( c);uart.put_bytc( *nr) j uart_put_bytc(oxod);i2.5.4修改命令舉例以命令atol ib v冋乍為例下血給出該命令 的c語書代碼如下(采用microchip mcci8編祥器編 譯通過)： void dl.<t>mmand( void) iu4rt_put_b

18、ytc( 'a');uart_pul_bytc( t)； uan_pul.byf( iy);uart_put.byte( ); uart.put.byte(#r); uart_pul_bytu( t ); uart.put.byte( rbr); uart.put.bytecoxod );3 xbee/xbee pro模塊在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的 應(yīng)用xbee/xbee pm模塊h肋c經(jīng)在無線傳悠器網(wǎng)絡(luò) 中得到應(yīng)用圖5給出了該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)框圖。i,. 1pici8lf4620 終炭沒釜iuartxlkcll. cofr伽 i pici8lf4620pro模塊另一個uart接口通過電平轉(zhuǎn)換電路與上 控計算機申行i相連曲點設(shè)備采用microchip控制器 p1c18lf4620 控制，其 uart 接【i 應(yīng)接與 xbee/xbee pro模塊的uart連接。目詢該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，經(jīng)過 測試，數(shù)據(jù)傳輸正確率達(dá)95%以上。4結(jié)束語本文介紹了 maxstream公司的與zig bee/802. 15. 4協(xié)議兼容的xbee/xbee pro模塊的性能獵點及應(yīng)用 方法。不久前該公司發(fā)布的針對xbw/xber pm模塊 的網(wǎng)狀網(wǎng)firmware測試版，人大加強其組網(wǎng)功能;即 將完成的加密功能町以為網(wǎng)絡(luò)的安全性提供保障。 囚此.xbee/xbee