基于ZigBee Mesh網(wǎng)絡(luò)的無線串口設(shè)計
摘要:利用ZigBee技術(shù),組成具有可“自愈”能力的Mesh網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)無線串口通信。ZigBee技術(shù)的Mesh網(wǎng)絡(luò),單個模塊的傳輸距離在10~100 m之間,加功放在1 km以上。傳輸速率為250 kb·s-1,完全能滿足一般用戶的要求。
關(guān)鍵詞:ZigBee技術(shù);Mesh網(wǎng)絡(luò);“自愈”能力;無線串口
RS-232串行通信是異步通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線,在沒有Modem的情況下,一般傳輸距離限制在15 m內(nèi),使得遠(yuǎn)距離串口通信受到較大限制。無線技術(shù)是當(dāng)今設(shè)備通信中取代有線技術(shù)的必然趨勢。
本文利用ZigBee無線技術(shù)組成Mesh網(wǎng)絡(luò)實施串口通信,網(wǎng)絡(luò)中任意兩個模塊的傳輸距離可達(dá)100 m,如果模塊有功放,傳輸距離可上升至1.5 km。因為Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳性,數(shù)據(jù)能夠多跳傳輸,所以數(shù)據(jù)的傳輸距離取決于跳數(shù)的多少,如圖1所示S4經(jīng)過3跳把數(shù)據(jù)傳送到S1,如果每一跳距離是1 km,則傳輸距離達(dá)3 km,這有效地解決了有線串口傳送的距離限制問題。同時,ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最大的數(shù)傳速率為250 kb·s-1,完全能滿足一般用戶的要求。
1 ZigBee無線串口設(shè)計原理
1.1 節(jié)點入網(wǎng)后的初始化
根據(jù)ZigBee技術(shù)的要求,ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在3種角色,協(xié)調(diào)器、路由和終端設(shè)備,協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò),路由器負(fù)責(zé)路由,終端設(shè)備只能收發(fā)數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器和路由統(tǒng)稱為全功能設(shè)備(FFD)。
在此,所有的設(shè)備都統(tǒng)稱為節(jié)點(node),只是所扮演的角色不一樣,每個節(jié)點都人為地在程序里給它們?nèi)∶?,如?1、02、03表示節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3,00保留給協(xié)調(diào)器。
協(xié)調(diào)器(00)加電后組建網(wǎng)絡(luò),各節(jié)點自動發(fā)現(xiàn)并加入網(wǎng)絡(luò),根據(jù)本文的設(shè)計,節(jié)點在加入網(wǎng)絡(luò)后都會自動地向網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點廣播其16位網(wǎng)絡(luò)地址和名字,網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點接收到這廣播數(shù)據(jù)后將該數(shù)據(jù)儲存在數(shù)組NodeAddress[]中,然后以單播的方式向新加入節(jié)點反饋自己的網(wǎng)絡(luò)地址和名字,新節(jié)點也將該數(shù)據(jù)保存在數(shù)組NodeAddress[]中,從而保證網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都知道其他節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址和名字。具體流程如圖2所示。
1.2 串口數(shù)據(jù)的格式
當(dāng)節(jié)點串口有數(shù)據(jù)要發(fā)送的時候,必須要指明,數(shù)據(jù)的發(fā)送目的地,所以從串口輸入的數(shù)據(jù)必須滿足一定的格式,本設(shè)計規(guī)定該格式為:××……;××為要發(fā)送的目的節(jié)點名字,……為要發(fā)送的數(shù)據(jù)。譬如向節(jié)點01發(fā)送數(shù)據(jù)“ZigBee”,格式為:01 ZigBee。因為節(jié)點在加入網(wǎng)絡(luò)的時候,已經(jīng)建立了名字和網(wǎng)絡(luò)地址的對應(yīng)表,所以發(fā)送節(jié)點會自動將01解釋為網(wǎng)絡(luò)地址0x0023,從而將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地發(fā)送到節(jié)點01上。
2 無線串口硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)框圖
串口接收、發(fā)送系統(tǒng)可以是PC或者其他嵌入式系統(tǒng),ZigBee控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)組網(wǎng)和接收發(fā)送數(shù)據(jù)。這里主要研究ZigBee控制系統(tǒng)。
2.2 芯片選擇
選擇TI公司的2.4 GHz片上系統(tǒng)解決方案CC2530。CC2530是用于IEEES02.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個片上系統(tǒng)解決方案。它能以較低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能,業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU,使操作更容易,具備不同的運行模式,尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。
評論