基于ZigBee技術(shù)的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)宜居通終端產(chǎn)品的研究

摘要：Zigbee是一種低速、低功耗、低成本的短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要面向自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用。本文主要介紹zigt)ee技術(shù)用于TD.SCDMA網(wǎng)絡(luò)的宜居通設(shè)備，首先時(shí)宜居通的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，其次是研究其軟件設(shè)計(jì)，最后Zigbee技術(shù)成功用于宜居通產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：Zigbee;TD—SCDMA;宜居通;終端產(chǎn)品

TD—SCDMA是由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)(簡稱3G)。2008年，中同移動(dòng)正式獲得TD—SCDMA的牌照，正式啟動(dòng)TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，TD—SCDMA產(chǎn)品成功用于北京奧運(yùn)會。目前TD—SCDMA，比GSM/GPRS/EDGE數(shù)據(jù)帶寬大的優(yōu)勢，僅用于語音、短信等傳統(tǒng)通信方式無法體現(xiàn)其優(yōu)勢，中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)基地的建立，致力于推廣TD—SCDMA的應(yīng)用，與廣大老百姓密切相關(guān)的基于TD—SCDMA的宜居通、二維碼、物聯(lián)通、親情通、車務(wù)通等中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提上了議事日程。

目前TD—SCDMA的宜居通產(chǎn)品可以采用基于2.4 GHz的ZigBee技術(shù)。ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4 GHz，具有最高250 kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10～75 m的范圍內(nèi)。

本文主要研究基于ZigBee技術(shù)的TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)宜居通終端產(chǎn)品。

1 ZigBee技術(shù)在宜居通終端產(chǎn)品的應(yīng)用

宜居通終端是目前中國移動(dòng)大力推廣的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，是TD-SCDMA無線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的家庭信息化新產(chǎn)品，在現(xiàn)有TD-SCDMA無線座機(jī)基礎(chǔ)上，通過接入無線傳感設(shè)備，采集處理各類環(huán)境信息，經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)傳遞，方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。宜居通在具備TD無線移動(dòng)座機(jī)功能之余，更從安防預(yù)警、家電遠(yuǎn)程控制等方面全方位優(yōu)化生活方式和居住環(huán)境，滿足用戶對智能家居現(xiàn)代生活的需求。

ZigBee作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有低功耗，成本低，時(shí)延短，網(wǎng)絡(luò)容量大，可靠，安全的特點(diǎn)。

如圖1所示，宜居通產(chǎn)品通過ZigBee技術(shù)接收告警信息，通過TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)上傳中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營平臺，中國移動(dòng)運(yùn)營平臺通過短信方式下發(fā)通知事先設(shè)置手機(jī)號碼的用戶手機(jī)中，從而用戶在外可以完全、清楚的掌握到家中的而任何情況。

2 宜居通終端的硬件設(shè)計(jì)

2.1 宜居通終端的硬件原理

該宜居通終端實(shí)現(xiàn)短距離無線收發(fā)的ZigBee方案采用TI公司的CC2531+CC2590，完成各種告警信息、控制信息的編碼、解碼、無線傳輸?shù)取?/p>

宜居通與TD—SCDMA基站通信模塊采用某公司的基帶處理器平臺實(shí)現(xiàn)，支持TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)模式，通過USB接口與CC2531通訊，實(shí)現(xiàn)告警信息、各種控制信息的收發(fā)，也可以實(shí)現(xiàn)CC2531的升級維護(hù)。宜居通終端的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2 宜居通終端硬件結(jié)構(gòu)

本宜居通終端硬件主要包括幾個(gè)部分：ZigBee BB模塊，ZigBee RF FEM模塊，TD—SCDMA modem等。

2.2.1 ZigBee BB模塊

本模塊主要采用TI公司多處理器結(jié)構(gòu)的芯片CC2531，CC2531是TI公司針對2.4GHz ISM頻帶推出的第二代支持ZigBee/IEEE 802.15.4 協(xié)議的片上集成芯片。

其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核、256 KB Flash和8 KB RAM;具有1個(gè)USB全速接口、2個(gè)USART、8位和16位定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、8路輸入可配置的12位ADC、21個(gè)GPIO、AES128協(xié)同處理器;硬件支持CSMA—CA、數(shù)字化的RSSI/LQI和強(qiáng)大的DMA功能，具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。

2.2.2 ZigBee RF FEM模塊

本模塊采用TI公司的CC2590，CC2590是TI高集成度2.4GHz RF前端，能將低功耗無線系統(tǒng)覆蓋范圍擴(kuò)展8倍。CC2590是一款高性能的低成本前端，適用于諸如ZigBee網(wǎng)絡(luò)、傳感器、工業(yè)、消費(fèi)類電子。

2.2.3 TD-SCDMA modem模塊

本模塊采用某公司的TD—SCDMA基帶處理器，TD—SCDMA RF以及MCP存儲器(NAND+DDR)。其中TD—SCDMA基帶處理器支持HSPA+;上行2.2 Mbps(HSUPA)、下行2.8 Mbps(HSDPA);支持豐富的外設(shè)接口：UART、GPIO、USB2.0、LCD、SPI等;支持3G特色業(yè)務(wù)：包括可視電話、移動(dòng)互聯(lián)等;支持MP3、MP4、照相、攝像等多媒體功能。

與CC2531采用USB接口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)宜居通終端接收外設(shè)告警信號，以及下發(fā)各種控制信號，通過該模塊把告警信息上傳中國移動(dòng)運(yùn)營平臺，支持的TD—SCDMA頻段是1880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz。

3 宜居通終端的基本軟件設(shè)計(jì)

宜居通終端軟件設(shè)計(jì)主要由兩部分組成，一是TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)終端的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，本文不做介紹，二是ZigBee芯片CC2531的軟件設(shè)計(jì)，是本文研究的重點(diǎn)。

3.1 ZigBee軟件主流程

本軟件設(shè)計(jì)基于TI公司的ZStack 2007協(xié)議棧。ZStack2007足TI公司專門為CC2531芯片設(shè)計(jì)的ZigBee協(xié)議棧。它是由一個(gè)簡單的單線程操作系統(tǒng)管理，該系統(tǒng)基于任務(wù)調(diào)度的機(jī)制。各個(gè)任務(wù)的事件處理函數(shù)按照任務(wù)的優(yōu)先級被放入函數(shù)指針數(shù)組tasksArr[idx]中，事件以16位的變量形式存放在數(shù)組tasksEvents[idx]中，因此每個(gè)任務(wù)最多可定義16個(gè)事件。

操作系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示。主函數(shù)在完成宜居通終端相關(guān)的初始化之后會進(jìn)人操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是一個(gè)無限循環(huán)，一直在檢測各個(gè)任務(wù)中的事件tasksEvents[idx]，當(dāng)它不為零時(shí)就會調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)tasksArr[idx]。處理完一個(gè)事件會將代表此事件的位清零，同時(shí)返回未處理的事件，直到這個(gè)任務(wù)中所有的事件處理完畢(即所有的事件位都被清零)，操作系統(tǒng)就會跳向下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行事件處理。

3.2 ZigBee軟件模塊化設(shè)計(jì)

宜居通終端軟件采用的是功能模塊化設(shè)計(jì)，不同功能用不用模塊表示，不同模塊間用接口連接，通過接口來調(diào)用其他模塊的功能。如圖4所示，宜居通終端主要南TD—SCDMA網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、ZigBee數(shù)據(jù)處理模塊、ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。

CC2531專門提供一個(gè)I/O口對供電電壓進(jìn)行A/D采樣，當(dāng)供電的電源電壓不足(即低于設(shè)定的某一個(gè)值)時(shí)，通過軟件控制進(jìn)行切換，先讓另一組電源對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電，再打開太陽能充電電路對本組電源充電。節(jié)點(diǎn)在通信和采集數(shù)據(jù)時(shí)功耗很大，因此在每一次的通信和采集數(shù)據(jù)完成之后都會檢測當(dāng)前供電電壓值和當(dāng)前的充電電壓值，根據(jù)兩個(gè)電壓值決定是否進(jìn)行電源切換、對電源進(jìn)行充電，以及充電是否完成。

4 結(jié)束語

基于ZigBee技術(shù)，使用CC2531的宜居通終端設(shè)備的硬件、軟件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，本文僅就宜居通終端的硬件原理，各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)作了介紹。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：宜居通終端工作狀態(tài)穩(wěn)定，故障率低，可以按照用戶設(shè)置準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)安防告警、智能家電控制。整個(gè)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)可靠、功耗低、可遠(yuǎn)程控制等顯著優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。