基于ZigBee技術(shù)的無線數(shù)傳模塊設(shè)計

1、基于zigbee技術(shù)的無線數(shù)傳模塊設(shè)計短距離無線通信標準，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確定的低速個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(personal area net-work)標準。本文主要采納ti公司的系統(tǒng)級芯片(soc) cc2430來研發(fā)符合zigbee協(xié)議和ieee802154標準的24g ism頻段的移動自組網(wǎng)無線路由數(shù)傳模塊的設(shè)計辦法。1 zigbee無線通信標準的特點zigbee無線通信標準相對于其他的無線通信標準具有比較顯然的特點和優(yōu)勢，如極低成本、易實現(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，同時因為采納了低功耗模式，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；時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都十分短，典型的搜尋設(shè)備時延為30 ms，休眠激活時延為15 ms，活動設(shè)備信道接入時延為15 ms。因此，zigbee技術(shù)適用于對時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：因為采納碰撞避開策略，同時又為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了

3、專用時隙，因而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和矛盾。mlac層采納了徹低確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必需等待接收方確實認信息。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(crc)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認證，又采納了128位高等加密算法(aes：advanced enciyption standard)，因此，各個應(yīng)用可靈便確定其平安屬性。以上特點中，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)行機構(gòu)等領(lǐng)域中，對于無線網(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。針對功耗和高牢靠性這兩方面的要求，zigbee無線通信標準都有特地的設(shè)計。這也是zigbee無線通信標準最突出和最優(yōu)秀的地方。2 數(shù)傳模塊的詳細指標按照數(shù)傳模塊的敏捷度、噪聲系數(shù)、挑選性、傳輸延時、平安等級等各項性能要求，zigbee模塊的各項技術(shù)指標如下：頻率：24ghz；通道數(shù)：具有16個射頻通道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)遠距離型為18526 dbm可調(diào)；接收敏捷度：低功耗型為-90 dbm；遠距離型為-99 dbm；網(wǎng)絡(luò)拓撲：星狀、樹狀、網(wǎng)狀；每跳延時：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)計按照對數(shù)傳模塊技術(shù)指標的要求，系統(tǒng)的總體設(shè)計可分為無線數(shù)傳模塊、測試底板、計算機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個節(jié)點組成，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。50個節(jié)點之間可以相互發(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)計計劃2所示。4 無線數(shù)傳模塊的硬件設(shè)計無線數(shù)傳模塊的硬件設(shè)計主要分為cpu部分、射頻部分和接插件三個部分。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上，同時，也可以上自動貼片機。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，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)計又增強了pa、lna以及一些信號開關(guān)和開關(guān)控制信號的產(chǎn)生電路。lna的增益可達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20 dbm，故可大大提高傳輸距離。經(jīng)過實踐驗證，該模塊具有通信距離遠、運行穩(wěn)定牢靠等優(yōu)點。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來實現(xiàn)的，這樣可使uart的數(shù)據(jù)收發(fā)越發(fā)準時，同時也使得cpu運行更快。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)的進展，無線網(wǎng)絡(luò)通信標準得到了快速進展和應(yīng)用，本文主要針對zigbee無線數(shù)傳模塊的實現(xiàn)，提出了自己的硬件解決計劃。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)挑選ti的soc芯片cc2430