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          基于USB主機(jī)和ZigBee的無線音響系統(tǒng)

          作者: 時(shí)間:2013-08-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          4.2 協(xié)議

            協(xié)議棧建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上,該標(biāo)準(zhǔn)制定了物理層(PHY)和媒體接入控制層(MAC)規(guī)范。聯(lián)盟則定義了其上的網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)以及安全服務(wù)規(guī)范。

            物理層提供了基本的物理無線通信能力;MAC層提供設(shè)備間的可靠性授權(quán)和單跳通信連接服務(wù);ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層,主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能;應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和應(yīng)用對(duì)象。APS提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間的接口;ZDO負(fù)責(zé)所有設(shè)備的管理,如初始化設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和建立安全關(guān)系等功能。

            ZigBee采用自組織方式組網(wǎng),支持星形網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和簇狀網(wǎng)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于在智能家居中多采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 因而本論文主要對(duì)星型拓?fù)溥M(jìn)行組網(wǎng)和測(cè)試。

            5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

            5.1MSP430控制讀取U盤數(shù)據(jù)

            當(dāng)設(shè)備連接到USB總線時(shí),固件執(zhí)行USB處理程序,處理程序的流程如下:

           ?。?)FAT文件系統(tǒng)初始化。

            本系統(tǒng)采用的U盤是滿足FAT文件格式的,了解FAT文件系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

            FAT文件系統(tǒng)有固定的格式,主要分為主引導(dǎo)扇區(qū)、引導(dǎo)扇區(qū)、文件目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)等幾個(gè)部分。MP3文件的內(nèi)容存放在數(shù)據(jù)區(qū),但為了得到數(shù)據(jù)區(qū)的地址,首先要得到主引導(dǎo)區(qū)和引導(dǎo)扇區(qū)的內(nèi)容;文件目錄表中記錄著文件的信息,如文件名稱、類型和簇號(hào)等,可以通過得到文件目錄表來判斷分區(qū)中MP3格式文件的數(shù)目和每個(gè)文件的簇號(hào),這些都為正確地定位MP3文件打基礎(chǔ)。

           ?。?)獲得MP3文件個(gè)數(shù),在這個(gè)程序中僅僅查詢根目錄下MP3格式的文件個(gè)數(shù)。

            FAT文件系統(tǒng)的文件目錄表中包含分區(qū)中所存的文件信息,每個(gè)文件的文件目錄表占用32個(gè)字節(jié)空間,該空間的第9、10、11位為文件的擴(kuò)展名,可以把每個(gè)文件的擴(kuò)展名和MP3格式文件的擴(kuò)展名相比,進(jìn)而得到總的MP3格式文件個(gè)數(shù)。

           ?。?)通過文件目錄表找到MP3文件所在的簇號(hào)之后就可以得到文件的物理地址,進(jìn)而讀取MP3文件的幀頭并獲得該文件的信息。MP3文件由三部分組成,首先是ID3V2,然后是數(shù)據(jù)幀,最后為ID3V1,數(shù)據(jù)幀的幀頭包含MP3的采樣率信息,將這些信息通過無線方式傳送到接收端,進(jìn)而對(duì)解碼器和接口模塊進(jìn)行配置,這樣就可以讀取文件了。

            5.2 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)

            ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)由三種節(jié)點(diǎn)組成:協(xié)調(diào)器(ZC)、路由器(ZR)和終端設(shè)備(ZD)。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn),在本文中即為ZigBee 主節(jié)點(diǎn);路由器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息幀的路由;終端設(shè)備連接解碼器,實(shí)現(xiàn)音頻輸出。

            網(wǎng)絡(luò)組建過程主要包括以下三個(gè)過程:

           ?。?)網(wǎng)絡(luò)初始化過程:節(jié)點(diǎn)初始化后, 掃描信道檢查網(wǎng)絡(luò)是否存在;(2)主節(jié)點(diǎn)配置網(wǎng)絡(luò)過程:產(chǎn)生協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),開始配置網(wǎng)絡(luò);(3)從節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)過程:終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加人協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)。

            網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后,其它普通節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí),只要將自己的信道設(shè)置成與現(xiàn)有的協(xié)調(diào)器使用的信道相同,并提供正確的認(rèn)證信息,即可請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)若成功地接收一個(gè)子節(jié)點(diǎn),或者子節(jié)點(diǎn)成功脫離網(wǎng)絡(luò),都必須向協(xié)調(diào)器匯報(bào)[8].圖5 是節(jié)點(diǎn)加入及脫離網(wǎng)絡(luò)握手示意圖。

          基于USB主機(jī)和ZigBee的無線音響系統(tǒng)

          圖5 節(jié)點(diǎn)及脫離網(wǎng)絡(luò)握手示意圖。

            5.3 音頻解碼部分的軟件說明

           ?。?)MP3播放器初始化處理子函數(shù)。

            初始化程序完成對(duì)VS1003的PLL、MP3解碼器和AUDIO接口初始化,設(shè)定控制器的時(shí)鐘和采樣率,開啟MP3中斷等工作。

           ?。?)MP3播放子程序。

            找到MP3文件并且配置完MP3解碼器和AUDIO接口后,就可以播放MP3了。播放MP3的過程就是按照MP3解碼器的請(qǐng)求,把接收到的MP3數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇獯a器的輸入緩沖區(qū)的過程。

            6 結(jié)語

            本設(shè)計(jì)借助嵌入式USB 主機(jī)和ZigBee 無線通信技術(shù),為家用音響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種靈活、方便的無線解決方案,該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值。相信隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和ZigBee 無線通訊技術(shù)的不斷完善,ZigBee 技術(shù)將越來越好地融合在智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

            本文作者創(chuàng)新點(diǎn):將嵌入式USB 主機(jī)和ZigBee 技術(shù)創(chuàng)新性地應(yīng)用于家用,實(shí)現(xiàn)了音頻數(shù)據(jù)通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸,實(shí)驗(yàn)證明,系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,方便擴(kuò)展,價(jià)格低廉,是一種有效的解決方案。


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