基于EM250的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡解決方案

圖4 全功能設備的軟件功能模塊圖

EM250集成的射頻收發(fā)器支持四種功率工作模式，即爆發(fā)模式、高功率模式、正常模式和最小功率模式，可根據(jù)設備類型及相鄰節(jié)點距離，利用功率管理來合適設置工作模式

硬件組成及設計

EM250集成了MCU、射頻收發(fā)器、內存以及通信端口，只需要極少的外圍元器件就可構成ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點硬件，以作為全功能設備、簡化功能設備以及協(xié)調器參考設計功能模塊見圖2

外圍元器件包括：射頻不平衡到平衡轉換器(RF BALUN 50/200Ω)、諧波濾波、晶振與負載電容構成的振蕩器、電源去耦電容電路、電源板阻容濾波、上拉和下拉電阻、異步復位信號的阻容濾波、諧波濾波的輸出端外接的 50Ω非平衡天線等

圖5 簡化功能設備的軟件功能模塊設計

網(wǎng)絡節(jié)點采用Future技術設備公司USB轉UART芯片F(xiàn)T232R作為與PC通信接口FT232R無須編程即可完成USB協(xié)議到RS232串口通信協(xié)議的轉換，F(xiàn)T232R驅動可以支持在以PC端建立起虛擬通信端口（VPC），VPC驅動將完成USB信號與RS232信號的自動轉換系統(tǒng)的電源可由3～3.3V直流源提供或由USB接口5V電源經(jīng)FT232R轉換為3.3V電源提供，3～3.3V直流源可以是電池或AC/DC變換器兩種電源可由跳線來進行選擇

系統(tǒng)的軟件設計

一個ZigBee只能有唯一的協(xié)調器，其主要功能是初始化及維護整個ZigBee網(wǎng)絡，其維護著所有直接連接的節(jié)點及未直接連接但允許加入網(wǎng)絡的節(jié)點的表，加入到此ZigBee網(wǎng)絡的設備必須得到協(xié)調器的批準協(xié)調器需要不間斷地監(jiān)聽其他節(jié)點加入或退出網(wǎng)絡請求及消息，在不發(fā)送消息時就需進入接收狀態(tài)，因此協(xié)調器不能進入“睡眠”模式典型的協(xié)調器軟件功能模塊設計見圖3

ZigBee網(wǎng)絡中的路由器為全功能設備，它完成各個全功能設備、簡化功能設備、協(xié)調器等節(jié)點間數(shù)據(jù)的路由，是構建網(wǎng)絡結構ZigBee網(wǎng)絡所必須的，同協(xié)調器一樣，全功能設備也維護著網(wǎng)絡中節(jié)點的相關信息表，且由于它必須連續(xù)不斷的監(jiān)聽路由消息，所以也不可進入“睡眠”模式全功能設備的軟件功能模塊設計見圖4

簡化功能設備是ZigBee網(wǎng)絡的終端設備，它可以同協(xié)調器和路由器進行通信，但不能作為中間路由器，RFD可以進入睡眠模式，以減少功率消耗，大大延長電源使用時間

在簡化功能設備進入睡眠模式時，相鄰的協(xié)調器或路由器會緩存發(fā)送它的相關數(shù)據(jù)在退出睡眠模式時，它會向相鄰的協(xié)調器或路由器詢問是否有發(fā)送到它的數(shù)據(jù)，相鄰的協(xié)調器或路由器則返回是否有其數(shù)據(jù)包的響應簡化功能設備在處理完發(fā)送到它的數(shù)據(jù)后，可重新進入睡眠模式簡化功能設備的軟件功能模塊設計見圖5

各節(jié)點的管理可采用超級終端撥號到相連的單個節(jié)點或用統(tǒng)一的集中網(wǎng)絡管理界面來完成集中網(wǎng)絡管理界面安裝于與協(xié)調器相連接的PC，用于用戶同ZigBee網(wǎng)絡進行交互，主要功能有網(wǎng)絡拓撲顯示、節(jié)點狀態(tài)顯示、節(jié)點數(shù)據(jù)、告警信息、網(wǎng)絡日志等

小結

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡具有廣泛的應用前景，已越來越得到業(yè)界的重視并逐步開始廣泛應用基于EM250實現(xiàn)的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡具有實現(xiàn)簡易、方便，同時利用Ember的InSight集成開發(fā)環(huán)境，可快速地進行系統(tǒng)的開發(fā)、調試、編譯，具有很強的實際應用價值