引言
ZigBee技術的應用方向定位于家庭自動化、樓宇自動化、傳感器應用等。該系統(tǒng)的無線網絡通信模塊采用CC2430,它是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)COMS解決方案,這種方案能夠提高性能并滿足ZigBee為基礎的2.4GHzISM波段應用對低成本和低功耗的要求。也包含一個DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)核心和一個工業(yè)級小巧高效的8051控制器。無線數傳模塊采用DL6200模塊,用戶只需要擁有以前所熟悉的串口通信知識就可通過GPRS網絡進行通信。
1 ZigBee的技術優(yōu)勢
ZigBee的技術優(yōu)勢表現(xiàn)為以下幾個方面:
?。?)省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低,并且采用了休眠模式,因此ZigBee技術可以確保2節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間。不同的應用對應的功耗自然是不同的。
(2)可靠。ZigBee技術采用了碰撞避免機制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙,避免了發(fā)送數據時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制,每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。
?。?)成本低。模塊價格低廉,且ZigBee協(xié)議是免專利費的。
(4)時延短。針對時延敏感的應用作了優(yōu)化,通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設備搜索時延典型值為30ms,休眠激活時延典型值是15ms,活動設備信道接入時延為15ms。
?。?)節(jié)點通信設置易于配置。
(6)網絡容量大。ZigBee可以采用星形、網狀、樹狀結構組網,而且可以通過任一節(jié)點連接組成更大的網絡結構。從理論上講,其可連接的節(jié)點多達64000個。1個ZigBee網絡最多可以容納254個從設備和1個主設備,1個區(qū)域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡。
?。?)安全。ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,加密算法采用AES-128,同時各個應用可以靈活地確定其安全屬性。
?。?)全球通用性和完好的開放性。ZigBee標準協(xié)議,使ZigBee設備間的通信成為輕而易舉的事情。
2 CC2430的技術特點
CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構,在單個芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用1個8位MCU(8051),具有128KB可編程閃存和8KB的RAM,還包含模擬數字轉換(ADC)、幾個定時器(Timer)、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時器(Watchdogtimer)、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(PowerOnReset)、掉電檢測電路(BrownOutDetection),以及21個可編程I/O引腳。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝;在接收和發(fā)射模式下,電流損耗分別低于27mA和25mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性,特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
3 GPRS數傳模塊DL6200
DL6200模塊的核心硬件是使用世界知名移動通信產品廠商生產的GPRS芯片而設計生產的,具有很高的可靠性。使用DL6200時,只需要熟悉串口通信知識就可通過GPRS網絡進行通信。不必關心模塊的射頻電路部分(使用移動運營商的公網)及相關硬件連接;不必關心AT指令集,所有與AT響應有關的操作都由DL6200模塊在模塊的內部完成;不必關心TCP/IP協(xié)議及互連網絡的相關知識:由于GPRS模塊是基于互連網絡的通信方式,在使用中就要與INTERNET網絡打交道,所有與網絡的信息交換都由DL6200模塊在內部自動完成,無需用戶參與;不必用戶單獨擁有一個固定的IP地址;具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式;具有一般工作模式和省電工作模式;與各種組態(tài)軟件直接連接無需專用的驅動程序;支持總線式的被動傳輸數據方式。
4 系統(tǒng)結構和工作原理
4.1 系統(tǒng)的結構和功能
系統(tǒng)由外網和內網兩部分組成。外網是由GPRS數傳模塊和PC組成,兩者之間可通過TTLRS232RS485傳輸信息,該系統(tǒng)采用上位機電平接口為TTL,如圖1所示。GPRS數傳模塊的組網如圖2所示。
內網由PC機和ZigBee無線數據通信模塊組成,它們之間通過串口連接。ZigBee網絡由協(xié)調器、路由器和終端設備三部分組成。協(xié)調器和路由器稱為全功能設備FFD,終端設備稱為精簡功能設備RFD。由于該系統(tǒng)設備比較簡單,采用星型組網方式,將窗磁、門磁等看作終端設備,ZigBee無線模塊為協(xié)調器,該系統(tǒng)結構簡單,所以不需要路由器。如圖3所示。
該系統(tǒng)的控制流程如下:
(1)用戶通過外網GSM手機發(fā)送短信命令給GPRS數傳模塊DL6200,DL6200收到命令后,解釋該命令。解釋完后發(fā)給內網中ZigBee無線通信模塊CC2430,由該模塊把命令發(fā)給相應的終端設備,終端設備收到命令后作出相應的的動作。
?。?)終端設備收到命令后,一是作出相應的動作后向上層作出應答,二是把上層需要的數據通過CC2430模塊傳送給上層設備。上層設備收到終端設備的信息,通過DL6200以短信的形式發(fā)送到用戶手機上。
?。?)當有中斷響應時,如家中有小偷,觸發(fā)了報警設備,該終端設備將第一時間向用戶發(fā)送信息,以示報警。
4.2 系統(tǒng)的硬件設計
DL6200不需要關心AT指令集。不需要關心TCP/IP協(xié)議及互連網絡的相關知識,所有與網絡的信息交換都由DL6200模塊自動完成。與各種組態(tài)軟件直接連接,無需專用的驅動程序。DL6200的這些特點使得硬件設計很容易,它的RXD、TDX必須與ZigBee的RX、TX相連進行數據的收發(fā)。整個系統(tǒng)的結構框圖如圖4所示。
4.3 系統(tǒng)的軟件設計
該系統(tǒng)軟件主要通過ZigBee網絡協(xié)議操作完成數據采集和數據收發(fā),包括初始化、發(fā)射和接收程序設計,以及對報警信號的監(jiān)控、對遠程控制指令的處理和執(zhí)行等。
系統(tǒng)的收發(fā)采用PingPang發(fā)送函數,程序如下:
系統(tǒng)的報警流程圖如圖5所示。
5 結語
ZigBee無線模塊具有低功耗、低成本的優(yōu)勢,在滿足人們需求的傳輸速率的情況下,將會在不久的將來普及到各家各戶中。此外,使用無線網絡省去了重新裝修的負擔,采用ZigBee無線網絡隨時可以添加或減少它的節(jié)點,它對網絡有自組能力。所以,商品的經濟程度以及技術的容易程度,成為發(fā)展的必然條件。