Android與ZigBee的遠(yuǎn)程控制無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
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ZigBee技術(shù)是基于IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的一種近距離無線通信技術(shù)，具有功耗低、成本低、容量大、安全性高、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭控制、安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。如何將ZigBee網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)、WiFi網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)備(如手機(jī)、平板電腦等)對小型區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控?本文提出了一種基于Android系統(tǒng)的ZigBee無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案。
1 系統(tǒng)概述
智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是使用戶可以通過手機(jī)或者PC機(jī)上網(wǎng)遠(yuǎn)程控制終端設(shè)備或?qū)Νh(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。其中網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)上行各無線終端結(jié)點(diǎn)信息的管理和處理，以及下行控制各無線終端結(jié)點(diǎn)運(yùn)作，具有完成不同網(wǎng)絡(luò)間協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能。本文網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)主要完成ZigBee協(xié)議與TCP／IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換功能，利用WiFi網(wǎng)絡(luò)將手持設(shè)備連接到以太網(wǎng)，用于控制家電、燈光等，分別完成手機(jī)和以太網(wǎng)信息與ZigBee信息之間的相互通信。網(wǎng)關(guān)在智能監(jiān)控系統(tǒng)中的位置如圖1所示。
網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)采用模塊化方案，由硬件層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成，如圖2所示。硬件層描述了網(wǎng)關(guān)的硬件組成；系統(tǒng)層是以SAM9M10為核心處理器的網(wǎng)關(guān)所移植的Android操作系統(tǒng)；應(yīng)用層包括網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序、應(yīng)用協(xié)議層和應(yīng)用地址適配層。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要模塊包括SAM9M10核心處理模塊、ZigBee模塊、以太網(wǎng)模塊、LCD模塊、WiFi模塊、電源模塊等。
SAM9M10核心處理模塊包括一個(gè)基于ARM926的400 MHz微處理器，支持133 MHz的雙數(shù)據(jù)率DRAM(DDR2)，并且集成了高速(480 Mbps)USB主機(jī)和設(shè)備端口、片上收發(fā)器、以太網(wǎng)MAC、兩個(gè)用于MMC 4．3和SDIO／SD Card 2．0的接口，以及CMOS攝像頭、音頻接口和支持電阻式觸摸屏的LCD控制器。SAM9M10核心處理模塊負(fù)責(zé)ZigBee數(shù)據(jù)收發(fā)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)、LCD數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。
ZigBee模塊的主芯片采用TI公司的第二代片上系統(tǒng)CC2530，相比以前的產(chǎn)品，CC2530具有更卓越的RF性能、可編程的256 KB閃存、更小的封裝尺寸和IR產(chǎn)生電路。ZigBee模塊負(fù)責(zé)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)其他無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，采用USART或SPI與主控制器通信，本文選擇SPI方式。
以太網(wǎng)模塊采用DAVICOM的DM9161芯片。DM9161是一款單芯片快速以太網(wǎng)PHY，DM9161通過可變電壓的MII或RMII標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口連接到MAC層，支持HPAuto—MDIX，是目前常見的一款物理層收發(fā)器。
WiFi模塊由AP(Access Point)和無線網(wǎng)卡組成，其主要特性為：速度快，可靠性高，在開放區(qū)域覆蓋范圍廣，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合，組網(wǎng)的成本更低。
觸摸屏LCD模塊采用臺(tái)灣群創(chuàng)公司的AT102TN03模組，顯示尺寸為10．2寸，顯示比例為16：9，分辨率為800×480，采用LED背光，工作電壓為5 V。
電源模塊由外接5 V電源進(jìn)行供電，由NS公司的芯片LP38692轉(zhuǎn)換為3．3 V、LP2983AIM5—1．0轉(zhuǎn)換為1．0 V，再由Anisem公司的芯片AS1301EHT-ad轉(zhuǎn)換為1．8 V。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
無線網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)主要從Android操作系統(tǒng)的移植、無線網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)協(xié)議模型與網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序3方面介紹。
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