摘要：本文介紹了ZigBee技術(shù)并基于ZigBee無線傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)，提出了一種基于ZigBee無線傳輸協(xié)議的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊方案，方案中包括了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了傳輸模塊與上位機(jī)通信的全過程。經(jīng)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好。實(shí)踐證明，基于ZigBee無線傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊來傳輸數(shù)據(jù)具有耗資少、安全性高、靈活性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ZigBee 無線傳輸模塊 設(shè)計(jì)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，人們對無線通信的需求越來越高，也越來越迫切。隨著通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，市場上出現(xiàn)了應(yīng)用GPRS、GSM、藍(lán)牙等通信技術(shù)，但這些技術(shù)設(shè)備造價(jià)比較昂貴，運(yùn)營和維護(hù)的費(fèi)用也比較高[1]。目前，短距離無線通信技術(shù)作為無線通信技術(shù)領(lǐng)域的重要分支之一，在無線數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

ZigBee技術(shù)是一種現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點(diǎn)。主要工作在2.4GHz頻段,傳輸速率10kbps-250kbps，傳輸距離10-100m，作為一宗新興得無線通信技術(shù)， ZigBee技術(shù)傳輸?shù)乃俣瓤�、成本較低、操作比較簡單，在目前市場上具有廣闊的市場前景，也成為目前無線技術(shù)研究的熱點(diǎn)課題之一[3-4]。目前，已廣泛應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)、自動控制和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。

1 總體設(shè)計(jì)

基于ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊基礎(chǔ)架構(gòu)主要包括無線收發(fā)電路、電源電路、JTAG電路和串口轉(zhuǎn)換電路四個(gè)部分。其中，串口轉(zhuǎn)換電路可實(shí)現(xiàn)RS232串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)模塊與計(jì)算機(jī)的通信。JTAG電路可以實(shí)現(xiàn)對CC2430的編程和測試。

2 硬件設(shè)計(jì)

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊主要包括射頻芯片CC2430及其相關(guān)的外圍電路。射頻芯片CC2430通過設(shè)計(jì)JTAG電路實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行編程和測試。該芯片是是Chipcon公司推出的嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，它支持2.4GHz IEEE 802.15.4協(xié)議。整個(gè)芯片整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器三個(gè)部分。它使用了1個(gè)8位MCU(8051)，包含了數(shù)字轉(zhuǎn)換器、AES128協(xié)同處理器、休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測電路以及可編程I/O引腳。射頻芯片CC2430通過配合少數(shù)外圍元器件就可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)信號的功能。

為了實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)模塊與計(jì)算機(jī)的通信，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了RS232電平轉(zhuǎn)換電路。采用了電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)串口間的連接，電壓為5V，采用干電池供電。為保證電壓穩(wěn)定，選用AH805升壓穩(wěn)壓器。CC2430模塊和JTAG模塊供電電壓為3V電壓。此外，在系統(tǒng)模塊中設(shè)計(jì)了復(fù)位電路，可通過復(fù)位開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位。

3 軟件設(shè)計(jì)

無線傳輸模塊中的軟件設(shè)計(jì)主要分為兩部分程序。其中，一部分程序是在芯片CC2430上通過串行接口向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。另一部分程序是通過串口接收數(shù)據(jù)，將處理數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。

3.1 芯片CC2430向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中主程序?yàn)樾酒珻C2430向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，具體流程見圖1。

程序需要開始運(yùn)行時(shí)首先要判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，如果數(shù)據(jù)沒有發(fā)送完畢，需要繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)緩沖器。具體數(shù)據(jù)的發(fā)送是由硬件完成的。當(dāng)發(fā)送函數(shù)等待到中斷標(biāo)志時(shí)，會將一個(gè)字節(jié)送回緩沖器，從而說明完成了一次數(shù)據(jù)傳送，然后才可以再次向緩沖器送入數(shù)據(jù)，同時(shí)中斷標(biāo)志清零。

3.2 各串口向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中子程序?yàn)楦鞔�口向�?jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，具體流程見圖2。

收發(fā)數(shù)據(jù)的程序先對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果非零就將數(shù)據(jù)送入，進(jìn)行傳入數(shù)據(jù)。當(dāng)緩沖器數(shù)據(jù)放滿后，就進(jìn)入中斷子程序。在此程序中，數(shù)據(jù)也是以單個(gè)字符形式接收。當(dāng)判斷數(shù)據(jù)傳入后，就開始接收數(shù)據(jù)，同時(shí)存放數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。發(fā)送完成后，清空接收的數(shù)據(jù)，再次恢復(fù)到接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，繼續(xù)等待數(shù)據(jù)的傳入。

4 討論

ZigBee是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)，主要用于近距離的無線連接。ZigBee還開發(fā)了安全層，以保證不會意外泄露其標(biāo)識，也不會被其他節(jié)點(diǎn)截獲[5]。ZigBee集數(shù)據(jù)采集量化、處理、融合及傳輸于一身，以獨(dú)立的工作節(jié)點(diǎn)為依托，可形成星狀、片狀或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)[6]。雖然其傳輸速率還不高，但目前基于ZigBee的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在檢測和控制領(lǐng)域，在不久的將來會有更大的發(fā)展?jié)摿�。也將大大改善人們的生活和生產(chǎn)方法，讓無處不在的網(wǎng)絡(luò)得以真正實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂鑫，王忠,ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J] 安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,4(33):332-333。

[2] 李中豪，基矛ZigBee的油井無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J] 電子設(shè)計(jì)工程，2011,6(19)：111-113。

[3] 魏平芬，基于ZigBee的液位無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]信息技術(shù)，2010,10:87-91。

[4] 楊曉健，基于ZigBee協(xié)議和ARM9的嵌入式無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] 自然科學(xué)學(xué)科研究，2011,1:84-86。

[5]The LAN/MAN Stan dards Committee of The IEEE Computer Society，IEEE Standard for Information technology Telecommunications andinformation exchange between systems Local and metropolitanarea networks Specific requirements -Part15.4：Wireless Medium Access Control (MAC) and Physica1 Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) [M]

[6]郭濤，嚴(yán)家明，基于CC2430的Zigbee無線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)[J]微處理機(jī)，2010,4:105-108。

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