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基于Zigbee无线通信技术的智能配电仪表的研究与设计

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基于Zigbee无线通信技术的智能配电仪表的研究与

设计

朱永祥1

1河海大学电气学院，江苏南京(210098)

E-mail:zhuyongxiang2003@https://www.wendangku.net/doc/e518420450.html,

摘要：传统的电力设备绝缘在线监测系统,采用有线的RS485连接方式,现场施工时存在着布线困难、施工周期长、成本高等缺点，而且人员操作不规范易损坏485通讯口，这样就造成大的损失。本文论述了Zigbee无线通信技术的原理及应用优点,基于此技术设计了基于Zigbee的智能配电仪表，此仪表应用在无线连接的分布式电力设备绝缘在线监测系统中,克服了传统的有线连接的缺点,在达到了对电力设备进行在线监测的目的的同时,节约了系统的成本,提高了系统的效益。该系统经过现场调试及运行后,工作正常,达到了预期的设计目的与应用要求。

关键词

关键词::Zigbee；DSP；智能配电仪表；电力设备在线监测系统

中图分类号：

1.引言

在工业控制环境下的短距离无线网络技术已成为近年来业界的研究热点之一,基于Bluetooth(IEEE802.15.1)、Wi-Fi(IEEE802.11)和Zigbee(IEEE802.15.4)等协议的无线网络技术相继问世。其中Zigbee短程无线网技术以其数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、低功耗等优势,在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力。

Zigbee和802.15.4标准[1]都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；Zigbee无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。Zigbee技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。

无线网络的市场发展在逻辑上可分为面向语音的市场和面向数据的市场两类。在许多以数据传输为主的无线网络中，小型、低成本、低复杂度的无线网络的应用场合十分广泛。Zigbee是其中一种具有代表性的短距离无线通信技术，其网络标准由IEEE802.15.4规定。ZigBee协议比蓝牙、高速率PAN(个人局域网)或者IEEE802.11x无线局域网更加简单实用。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。

本文利用Freescale的MC13123芯片与DSP芯片MC56F8346设计的基于Zigbee无线通讯的电力系统测控装置，以及监控系统组网方式的探讨。

2.Zigbee主要技术及主要应用趋势

2.1Zigbee主要技术

IEEE802.15.4[1]满足ISO(国际标准化组织)OSI(开放系统互连)参考模式。它定义了单一的MAC(媒体访问控制)层和多样的物理层，如图1所示。

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图1802.15.4协议架构

Zigbee技术的优点：

a.省电。Zigbee网路节点设备工作周期较短、收发信息功率低，并且采用休眠模式，所有Zigbee技术特别省电，避免了频繁的更换电池或充电，从而可以减轻网路的维护的负担。

b.可靠。由于MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，因此从根本上保证了数据传输的可靠性。

c.廉价。由于Zigbee协议栈设计简练，因此它的研发和生产成本相对较低，普通网路节点硬件上只需8位微处理器，最大32kbyte的ROM，软件上实现也比较简单，预计Zigbee通信模块价格能降到1.5~2.5美元。

d.时延短。Zigbee技术与蓝牙技术的时延非常短。

e.网路容量大。1个Zigbee网路最多可以容纳254个从设备和1个主设备，1个区域内最多可以同时存在100个Zigbee网路。

f.安全。Zigbee技术提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法，并且各应用可以灵活的确定其安全属性，使网路安全能够得到有效的保障。

2.2Zigbee在电力监控配电仪表中的应用[2]

Zigbee技术特别使用于数据吞吐量小、网路建设投资少、网路安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合，可以广泛的应用在工业自动化、家庭智能化、消费电子、医用设备等领域。

基于Zigbee通信模块的可靠性、网路容量大及安全性等特点，可以看到Zigbee技术几乎是给电力监控系统中的无线通讯技术量身设计的。可靠性可以保障电力监控系统的可要通讯，无丢包、无误码等等。网路容量大保障了电力监控系统中大量仪表、装置的接入，满足系统中可靠的通讯。

并且作为无线通信设备,基于Zigbee技术的通信模块几乎无须布线,可随意摆放。无线通信网络建立之后,在信号覆盖区域内任何一个位置都可以无线接入网络,并且可以“漫游”。因此,Zigbee无线通信网络具有很强的可扩展性。充分显示了它的灵活性。

在电力设备在线监测系统中,实时性是另一项重要指标。Zigbee无线通信网络新增节点的典型网络参与时间为30ms,节点从休眠状态激活进入工作状态的典型时延为15ms,处于工作状态的节点的典型存取时间15ms,对于最长等待时间在10ms量级以上的控制环境,Zigbee技术完全可以满足实时性的要求[3]。

3.系统设计及实现

智能配电仪表主要由微处理器、信号采集电路、电源、键盘和液晶显示电路、执行机构以及Zigbee射频收发模块等部分组成,组成框图如图2所示。此智能配电仪表是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控需求而设计的智能配电仪表，可以监测所

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有的电力参数，具备完善的通信联网功能，性价比高，适合于实时电力监控系统，广泛运用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中。智能配电仪表是一种采集多种配电信息，具备数据传输的数字仪表。它集数据采集与控制功能为一身。它可以代替多种仪表、继电器、变送器和其它元件。智能配电仪表可以安装在配电系统内的不同位置。

图2系统组成框图

3.1Zigbee射频收发芯片MC13213[4]

Freescale的MC1321x系列是第二代Zigbee平台,在9x9x1mm71引脚LGA封装中集成了低功耗的2.4GHz RF收发器和8位微控制器.MC13213器件具有60KB的闪存.MC1321x解决方案能在简单的点对点连接到完整的Zigbee网状网络中用作无线连接.小占位面积封装中的无线电收发器和微控制器的组合使它成为成本效益的解决方案.MC1321x中的RF收发器工作在2.4GHz ISM频段,和802.15.4标准兼容.收发器包括低噪音放大器,1mW输出功率,带VCO的功率放大器(PA),集成的发送/接收开关,板内的电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码. MC1321x中的微控制器是基于HCS08系列微控制器单元(MCU),HCS08A版本,高达60KB的闪存和4KB的RAM.

在整个系统中，它的主要任务是将DSP发送过来的信息通过射频发射出去，同时将射频接收过来的信息通过SPI接口发送给DSP。

3.2数据采集处理模块的实现

该系统的主要的微处理器是采用了56F8346是基于56800E内核数字信号控制器的56F83xx系列的成员之一，融合了数字信号处理器(DSP)处理功率及微控制器(MCU)功能于一体。它具有156KB的片内闪存、脉宽调制（PWM）输出、模数转换器（ADC）输入和定时/计数通道、5V兼容的I/O接口、有两路SPI。它采用了144引脚的LQFP封装。

如图2，数字信号处理器通过SPI与Zigbee射频收发模块MC13213相连，该系统通过电压互感器（PT）、电流互感器（CT）以及信号处理电路将要监测的电压、电流量送入DSP的A/D 转换通道，然后处理器经过一系列的运算及逻辑判断得到相应的数据或信息，通过与射频收发模块相连的SPI接口发给监控中心，来实现并达到对电力系统进行监测的目的。

3.3系统的软件及任务调度

图3给出了系统的主要任务调度。该系统的软件主要分为主要的微处理器程序和射频收

发模块MC13213中的收发程序。均包括初始化程序、发射程序和接收程序。初始化程序主要是对DSP、A/D 转换器、射频芯片、SPI 等进行初始化;发射程序将所建立的数据包通过单片机SPI接口送至射频收发模块输出;接收程序完成数据的接收并进行处理。限于篇幅原因,

在此不在叙述。

图3任务调度示意图

4.测试结果及分析

对于此智能配电仪表，是要接入电力系统在线监测系统的，所以对此仪表的无线通讯测试主要是多机主从模式组网测试。

各测试设备属于无线传感器网络,通讯采用主从模式[5]。上位机发送的命令分为广播命令和单播命令。发送广播命令时,所有作为从机的下位机进行复位并进行软件升级,升级完毕后检查各从机的版本信息;发送单播命令时，以各设备号为标识发送,下位机在收到与自身设备号相同的单播命令时,马上发送已经存在本地的测量结果或遥信量给上位机，上位机同样也可以发送单播命令来实现对从机的遥控操作。针对基于Zigbee 无线技术的测试,主要是测试在发送广播命令和单播命令时,系统的响应的成功率。若发送广播命令时,所有下位机成功复位并进行软件升级,则认为通信成功,否则认为通信的数据包丢失;若发送单播命令时,下位机成功按着通信格式返回测量、遥信量或遥控结果,则认为通信成功,否则当下位机没有返回数据或返回的数据格式没遵守通信协议,则认为数据包丢失,通信失败。

测试时采用8台智能配电仪表和一台带有Zigbee射频收发模块的通讯管理机，其中通讯管理机作为主设备进行发射广播和单播命令，8台装置作为被查询的从机。测试结果,在发广播命令时，所有的8台装置均复位并进行软件升级，在对此8台装置进行间隔100ms的循环查询遥测及遥信信息量的时候（采用单播），均收到正常的遥测、遥信量。因此，基于Zigbee 协议设计的智能配电仪表[6]符合电力监控系统的在线监测要求,符合实际的应用要求。5.结论

本文针对电力设备在线监测系统的应用需求,指出了传统的RS2485等有线连接的网络存在的缺点与问题。并针对问题提出了用无线网路代替有线网络的解决方案，阐述了Zigbee 技术的特点及优势,得出了Zigbee 技术完全符合电力设备在线监测系统要求的结论,在此基础上设计并实现了基于Zigbee无线通信模块的智能配电仪表，并将此仪表在电力系统中进行了应用。

对于电力设备在线监测控制网络，无线网络可以大量节省成本和施工周期，并且更具灵活性。现场测试表明，有效地利用Zigbee技术，可以适应电力监控系统的无线化、低成本、易维护等一系列要求。

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参考文献

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for Low Rate Wireless Personal Area Networks(LR2WPANs)[S].IEEE Computer Society,2003.

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[4]田亚,郭爱煌.基于MC13193的Zigbee无线传感网络设计[J].现代电子技术,2006,29(21):77282.

[5]黄晓霞,宋志光.无线传感器网络与外网通信的研究[J].电子测量技术,2007,29(6):2092211.

[6]张立,张振江,等.GPRS在电力自动抄表中的应用[J].电信快报.2004(2),24～25.

A research and design of intelligent distribution instrument based on the wireless communications technology of Zigbee

Zhu Yongxiang1

1College of Electrical Engineering Hohai University,Nanjing,PRC,(210098)

Abstract

The traditional electric equipment on-line monitoring system adopts RS485connecting mode.The disadvantages of this mode are difficult route,long const ruction period,high cost,and the non-standard operation of some operators also can fragile485communications port,than causing great losses.This paper describes the principle and application advantage of Zigbee wireless communication protocol.Based on the technical we design a intelligent distribution instrument which based on Zigbee, This instrument used in the wireless connecting distributed power equipment insulation on-line monitoring system.This system features in overcoming the disadvantage of traditional wire connecting, achieving the goal of on2line monitoring,saving the cost and improving the benefit of the system.The filed debug and operation proved that this system meet s the demand of electric equipment on-line monitoring.

Keywords:Zigbee;DSP;intelligent distribution instrument;electric equipment on-line monitoring

ZigBee的未来发展趋势首先介绍了Zigbee技术的概念、特点及协议框架，在此基础上探讨了ZigBee技术的应用，最后对其发展趋势做了展望。关键词ZigBee技术IEEE802.15.4 发展趋势 1、简介 ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag 形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。ZigBee过去又称为“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。 2、ZigBee技术的特点自从马可尼发明无线电以来，无线通信技术一直向着不断提高数据速率和传输距离的方向发展。例如：广域网范围内的第三代移动通信网络（3G）目的在于提供多媒体无线服务，局域网范围内的标准从IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的数据速率。而当前得到广泛研究的ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点：功耗低：工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如：电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间（工作时间+休眠时间）之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。数据传输可靠：ZigBee的媒体接入控制层（MAC层）采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件：全功能器件（FFD）和简化功能器件（RFD）。对全功能器件，要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件，在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话，可以按3种方式工作，分别为：个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话，仅用于非

基于ZigBee的短距离无线通信网络技术近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大提高了人们的工作效率和生活质量。然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，能否在近距离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也比较高，并不适用于短距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得短距离无线通信成为可能，但是其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短距离无线接入技术——ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出，它能够满足小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等）的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。二、ZigBee技术的特点及应用 ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（MediaAccess Control，MAC）层；ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点：低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZigBee协议是免专利费的。

Zigbee无线通信技术摘要：ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定关键词：ZigBee技术特性标准协议应用系统引言 ZigBee作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，有效弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。我们有理由相信在不远的将来，将有越来越多的内置式ZigBee功能的设备进入我们的生活，并将极大地改善我们的生活方式和体验。一、Zigbee技术简介什么是Zigbee？ Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。ZigBee联盟成立于2001年8月，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司

zigbee芯片与zigbee模块的区别和优缺点对比 ZigBee在个人网络中越来越被称为短距离无线通信协议。它的最大特点是具有低功耗，低网络，特别是可路由的网络功能，并且在理论上可以无限扩展ZigBee期望的通信范围。对于蓝牙，红外点对点通信和WLAN星型通信，ZigBee协议要复杂得多。因此，我应该选择ZigBee芯片自行开发协议，还是应该直接选择具有ZigBee协议的模块直接应用？芯片研发：需要足够的人力和技术储备以及长时间的开发市场上的ZigBee无线收发器“芯片”实际上是符合物理层标准的芯片。因为它仅调制和解调无线通信信号，所以必须将其与单片机结合使用以完成数据收发器和协议的实现。另一方面，单片机仅集成了射频部分和单片机部分，并且不需要额外的单片机。它的优点是节省成本和简化电路。在这两种情况下，用户都需要自己通过微控制器的结构和寄存器的设置自行开发所有软件部分，还要参考物理层部分的IEEE802.15.4协议和网络层部分的ZigBee协议。对于实际应用用户而言，这种工程量很大，开发周期和测试周期都非常长，并且由于它是无线通信产品，因此不容易保证其产品质量。目前，许多ZigBee公司都在提供自己的芯片ZigBee协议栈，它仅提供该协议的功能，并不意味着它具有真正的适用性和可操作性。没有提供用户数据界面的详细描述。用户为什么可以忽略芯片中的程序，而只使用芯片来传输自己的数据？这不仅可以简单地实现包含ZigBee协议栈的芯片，也不能仅实现包含ZigBee协议栈的芯片。所有这些都要求用户基于完整的协议代码和他们自己的上层通信协议，完整的简单

数据无线发送和接收，完整的路由，完整的网络通信以及调试步骤，来修改协议栈的内容。因此，对于实际应用的用户来说，开发周期大大延迟了，具有如此复杂协议的无线产品具有更多不确定因素，并且容易受到外部环境条件的影响。实际的发展问题是多种多样的，难以解决。模块生产的成本通过节省ZigBee开发周期，或许可以抓住项目推广的第一个机会。ZigBee模块已经包括所有外围电路和完整的协议栈。这是一种即用型产品。经过制造商的优化设置修订和老化测试，具有一定的质量保证。出色且可靠的zigBee应用程序“模块”紧凑，硬件小巧，具有芯片焊盘设置校正功能，能够内置芯片和外部SMA天线，通信距离范围为100米至1200米。该软件包括完整的ZigBee协议栈。它在PC上具有自己的部署工具。它可以使用串行端口与用户的产品通信并部署模块的网络拓扑参数，例如发射功率和信道，使用方便快捷。透传模块的优点在于，用户无需考虑其程序的工作方式，只要用户通过串行端口将其数据发送到模块，模块就会根据预设的网络自动无线传输数据结构体。

由于国内暂时还没有该文献的中文版本，而ZigBee Wireless Networks and Transceivers又是ZigBee界的葵花宝典，为了自己更好的学习，所以决定将比较多的蛋疼的时间拿出来做点有意义的事，虽然翻译水平不是很高，但是在翻译的过程中肯定能得到进步，最关键的就是检验自己的毅力，看看能否坚持。在这个过程中，如果还能帮到一些正在入门ZigBee的朋友那就更好了。废话不多说，开始 ZigBee Wireless Networks and Transceivers ZigBee无线网络和收发器 1第一章ZigBee基础本章主要介绍了短距离无线网络通信的ZigBee标准，本章的主要目的就是对ZigBee的基础特性进行一下简单的概述，包括它的网络拓扑、信道访问机制和每个协议层所扮演的角色，在后续章节中对本章所讨论的内容有详细的解释。 1.1 什么是ZigBee? ZigBee是为低数据速率、短距离无线网络通信定义的一系列通信协议标准。基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ, 915MHZ和2.4Z频带。其最大数据速率是250Kbps. ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。 ZigBee的其中一个应用就是室内病人监控。例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析。另一个ZigBee的应用例子就是大型楼宇结构安全的监控。在此应用中，一个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如加速度计），所有的这些传感器形成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。而传感器收集到的数据有助于加速和减少检测的花费。在第二章中还提供了一些其他ZigBee的应用例子。 ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件开发者到原始设备生产商、安装商。ZigBee联盟是2002年创立的

基于ZigBee技术的无线考勤系统设计作者姓名：郭帅指导老师：金中朝摘要：系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统，使刷卡设备和考勤统计系统分离，具有组网方便，安装拆卸简单，扩容性好，无需布线等特点，可以减少因线路故障带来的损失和不便，提高了系统的稳定性和可靠性。并完成了ZigBee网络的搭建与优化，嵌入式数据库Sqlite的移植以及嵌入式QT的开发等。关键字：ZigBee, 射频卡考勤，嵌入式网关 1 绪论随着信息化时代的到来，我们生活的各方面都和信息化息息相关。社会的管理和资金的流通也已经进入信息化的革命。非接触IC卡“一卡通”便是信息化革命的产物之一。本系统设计的目的是为了实现考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的无线化和自动化。方便用户对考勤数据的保存和导出。ZigBee是进入21世纪后来出现的一种新型无线通信技术，该协议具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点，在智能家居、智能楼宇自动化、工业智能监等控领域具有非常宽广的市场空间。随着多家芯片制造商推出支持ZigBee协议的片上系统解决方案，越来越多的无线控制系统采用ZigBee技术。系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统，使刷卡设备和考勤统计系统分离，与目前广泛使用的有线考勤系统相比，具有组网方便，安装拆卸简单，扩容性好，无需布线等特点，可以减少因线路故障带来的损失和不便，提高了系统的稳定性和可靠性。本文首先介绍了系统的总体拓扑结构，然后详细阐述了刷卡设备和网关设备的硬件设计和软件开发过程，其中包括刷卡驱动电路设计，ZigBee协议栈应用程序设计，QT应用软件设计，Sqlite数据库移植方法等。

基础知识：ZigBee是什么意思? Zigbee：全新无线网络数据通信技术 Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。 Zigbee的由来：在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，......而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年中通过后，于2004正式问世了。 Zigbee是什么： Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，而移动通信网主要是为语音通信而建立；每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee"基站"却不到1000元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。每个Zigbee网络节点（FFD和RFD）可以可支持多到31个的传感器和受控设备，每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。 Zigbee技术的应用领域： Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。（成都西谷曙光数字技术公司的专利技术）。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输： 1．需要数据采集或监控的网点多； 2．要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；

Zigbee无线网络通信的软件实现 ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本无线网络技术。ZigBee 采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；在此基础上，ZigBee增加了网络层和应用层。它的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、精准农业，汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。 ZIGBEE的组网方式有三种：星型网，树状网，网状网。星型网络的各节点只能通过协调器相互通信。树状网把各个通信节点串成了一条线路，各节点只能延着这条线路，以传递的方式进行通信。前两种通信方式只能进行一些简单的应用，这里不加讨论。网状网具有强大的功能，网络各节点之间可灵活的进行相互通信，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。充分发挥了无线网络通信的优势。下面以ZIGBEE协议建立网状网络的工作流程来说明其通信的具体实现。 ZIGBEE协议栈较复杂，但ZIBEE联盟为我们的具体应用封装了一些编程接口。如APS层，ZDO层，AF层，OSAL操作系统层。我们的具体应用大部分功能都可以通过这些高层接口来实现，它们封装了网络层及物理层的实现细节。这些复杂的工作对程序开发变得透明和方便。 ZIGBEE2006协议栈为应用开发提供了程序框架，就象使用VC++一样，我们只须关心应用的建立。先让我们认识一下ZIGBEE2006协议栈，打开协议栈，在工程文件的左边Workspace 中可以看到整个协议栈的构架，如图所示： APP：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。

基于zigbee无线数据收发的设计和实现

1.总的设计方案图 1.上位机与平板电脑之间无线数据传送模块的总体设计注释：（1）射频模块采用cc2530该模块是现成的，可以直接利用；（2）工作流程：下位机发送指令通过RS232传给连接下位机的射频模块，该模块经过处理后将信息传给连接在平板电脑上的射频模块，该模块通过USB接口将信息传给平板电脑；而平板电脑传送给下位机的信息传递方式与上述的类似。 2 .硬件原理框图

图2.zigbee无线收发模块的硬件工作原理框图注释：（1）串口转换电路：实现RS232 串口数据转换. 因此,可以实现无线模块与PC 机之间的串口数据通信（2）无线收发模块：采用zigbee射频部分；工作原理：CC2430的接收器是基于低-中频结构之上的，从天线接收的RF信号经低噪声放大器放大并经下变频变为2MHz的中频信号。中频信号经滤波、放大，在通过A/D转换器变为数字信号。自动增益控制，信道过滤，解调在数字域完成以获得高精确度及空间利用率。集成的模拟通道滤波器可以使工作在2.4GHz ISM波段的不同系统良好的共存。在发射模式下，位映射和调制是根据IEEE 802.15.4的规范来完成的。调制(和扩频)通过数字方式完成。被调制的基带信号经过D/A转换器再由单边带调制器进行低通滤波和直接上变频变为射频信号。最终，高频信号经过片内功率放大器放大以达到可设计的水平。（3）JTAG接口电路：在线编程，实现对常常

cc2430的编程和测试。引脚定义： TCK——测试时钟输入； TDI——测试数据输入，数据通过TDI 输入JTAG口； TDO——测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出； TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。可选引脚TRST——测试复位，输入引脚，低电平有效。（4）电源模块：选用了AH805 升压稳压器,这样就可以将干电池提供的3V 电压变压至5V ,满足MAX232 电路的供电. 而3V 电压为CC2430 模块和J TAG模块提供稳定电压.。小注：MAX232是专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片。 3.硬件设计电路图（1）cc2430的典型应用电路使用一个非平衡天线,连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及

Zigbee模块型号：DRF1605H，主要功能：串口(UART)转Zigbee无线数据透明传输（与DRF1605 PIN脚完全兼容，传输距离1.6公里）（模块出厂默认设置为Router，用户可自行切换为Coordiantor）

Zigbee模块主要特点自动组网：所有的模块上电即自动组网，网络内模块如掉电，网络具自我修复功能数据传输：通过串口即可在任意节点间进行数据传播： 1，数据透明传输：Coordinator从串口收到的数据会自动发给所有的节点；某个节点从串口收到的数据会自动发送给Coordinator；

2，指令方式，任意节点间数据传输：数据传输的格式为：0xFD（数据传输命令）+ 0x0A（数据长度）+ 0x73 0x79（目标地址）+ 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x10（数据，共0x0A Bytes）。简单易用：用户不用考虑ZigBee协议，像使用串口线一样使用无线模块该模块可配合USB底板使用，无需外部供电，USB口供电及数据传输（USB转串口），强烈建议购买DRF1605H Zigbee模块时，购买至少1片USB底板，以便于调试及配置模块。

该模块可配合RS485底板使用，将DRF1605H的UART口传换成标准的半双工RS485接口，可直接连接到RS485设备（PIN脚与DRF1605完全兼容，下图为DRF1605实拍照片）。 DRF1605H的管脚间距是标准的2.54或2.54*n，所以可以直接插在万用板上使用，便于开发（PIN 脚与DRF1605完全兼容，下图为DRF1605实拍照片）。 DRF1605H与MCU很方便的连接，全面支持51，ARM，X86，MIPS....等内核MCU，只要MCU有串口即可： Zigbee模块参数

2009年第6期总第147期林区教学 T each i ng of F orestry R eg i on N o .62009 G eneral N o .147 Z i g Bee 无线通信技术及其应用前景白国亮 (黑龙江工程学院,哈尔滨150050) 摘要:网络和通信技术的发展,使人们对无线通信的要求越来越高,短程、低速、廉价的无线通信技术正成为关注的焦点。目前一种新的无线通信技术引起了人们的关注,这就是所谓的/Z i gBee 0技术。Z i gBee 这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式,蜜蜂通过跳Z i gZag 形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。有了Z igBee 这种低速率通信技术,其所支持的应用更贴近人们的日常生活。就Z i gBee 技术及其特点、应用前景等方面的问题作一介绍。关键词:无线通信;Z igBee 技术;前景中图分类号:TN801 文献标志码:A 文章编号:1008-6714(2009)06-0079-02 收稿日期:2009-03-12 作者简介:白国亮(1971-),男,黑龙江哈尔滨人,电信中心主任,工程师,硕士。一、Z i gBee 技术 11Z i gBee 技术简介 Z i g B ee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术,是一组基于I EEE 批准的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术,主要适合于承载数据流量较小的业务,可嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本无线通信的应用。相对现有的各种无线通信技术,Z i gBee 技术是最低功耗和成本的技术。 21Z i gBee 的特点 (1)低功耗:由于Z i gBee 的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此Z i gBee 设备非常省电。据估算,Z i g B ee 设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其他无线设备望尘莫及的。 (2)成本低:Z i gBee 模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5美元~2.5美元,并且Z i gBee 协议是免专利费的。低成本对于Zi gBee 也是一个关键的因素。 (3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延为30m s ,休眠激活的时延是15m s ,活动设备信道接入的时延为15m s 。因此Z i g B ee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。 (4)网络容量大:一个星型结构的Z i gBee 网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,而且网络组成灵活。 (5)可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC 层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。 (6)安全:Zi gBee 提供了基于循环冗余校验(CRC )的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。 31Zi gBee 网络的形成一个Zi gBee 网络的形成,必须由FFD 率先担任网络协调器,由协调器进行扫描搜索以发现一个未用的最佳信道来建立网络;再让其他的FFD 或是RF D 加入这个网络,需要注意的是RFD 只能与FFD 连接。事实上,人们可根据装置在网络中的角色和功能,预先对装置编制好程序。如协调器的功能是通过扫描搜索,以发现一个未用的信道来组建一个网络;路由器(一个网络中的M esh 装置)的功能是通过扫描搜索,以发现一个激活的信道并将其连接,然后允许其他装置连接;而末端装置的功能总是试图连接到一个已存在的网络。 41采用Z i g B ee 技术的条件通常符合下列条件之一的应用,均可考虑采用Zi gBee 技术。装置成本很低,传输的数据量很小;装置体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块;没有充足的电源支持,只能使用一次性电池;频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难;要求数据传输的可靠性、安全性高;需要较大范围的通信覆盖,网络中的装置非常多,但仅仅用于监测或控制;使用GPS 效果差,或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。二、Z ig B ee 技术应用前景展望 11在传感器网络领域传感器网络被称作未来十大技术之一,由传感器和 ) 79)

基于ZigBee网络的无线联网解决方案【摘要】本测试是针对没有以太网接口的PLC无线联网解决方案。ZigBee模块连接PLC的485端口，通过紫蜂协议收发数据，自动联网，可以点到点或广播模式，最长距离可以达到2km，模块价格较低，是短距离无线联网的高性价比解决方案。PLC仅仅需要普通的Modbus主从模式通讯即可，无需其他配置和附件。关键词：ZigBee，紫蜂协议，超级终端，485通讯，点到点，广播，频段，PLC 1.ZigBee简介（百度百科） ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee的基础是IEEE 802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个 Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：需要数据采集或监控的网点多；要求传输的数据量不大，而要求设备成本低；要求数据传输可靠性高，安全性高；设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；电池供电；地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖；现有移动网络的覆盖盲区；使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统；使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。 ZigBee联网的缺点是信号传输对于空间洁净度要求较高，任何实体在站点之间都会影响到信号的接收，如果阴天下雨等气候变化也会影响信号传输，因此应用ZigBee设备联网时需要注意系统的安装环境。 2. 为什么选择ZigBee联网 ZigBee技术在数据采集及物联网领域已经广泛应用，在OEM客户中，有些应用场合与物联网的应用是相似的，比如物流行业、仓储、空调、起重等，这些场合通常不方便布设有线网络，用wifi联网会有成本压力，要么需要PLC有以太网接口，要么需要网管设备，这样的应用场合中ZigBee设备就显示了它的独特优势。

基于Zigbee无线技术的家用电器自动控制的研究摘要：随着时代的发展，人们对于日常生活的智能化要求越来越迫切。随着上世纪80年代美国康乃迪克州哈特佛市的第一栋智能建筑稍微的诞生，全世界掀起了智能家居的建设热潮。当今时代可以说是信息时代，当今时代最重要的特点就是信息的数字化、网络化。互联网的飞速发展，互联网骨干网的带宽每半年的发展速度倍增。宽带接入网络的日益普及，信息高速公路的最后一个问题已经得到解决。目前智能家电正在不断普及，大多数智能家电都有自动控制部件，即所有的信息已经数字化，这为家电的网络化打下了技术基础。关键词：嵌入式ARM；Zigbee；家电控制 1 研究现状和发展趋势 1.1 国外发展状况在欧洲，数字家庭网络的核心主要是指建设的多媒体家庭平台，它的核心是电视网络，利用机顶盒对卫星广播和有线信号的接收和发送，实现完整的电子商务，银行的交互式操作转让等服务。美国数字家庭网络主要是在运营商带动的情况下提供智能信息服务。英国电信利用家庭网关技术控制数字家庭网络，家庭网关技术可以为用户提供有线，无线上

网，调制解调器，防火墙，家长控制等服务。 1.2 国内发展状况我们的家庭网络处于起步阶段，随着家庭网络产品和产业的成熟，在国内的发展家庭网络系统显示以下特点：（1）市场潜力。因为房地产是热点，因为其下游产业的一部分，家庭网络市场前景非常乐观。（2）市场竞争的无序阶段。家庭网络行业正处于导入期，没有统一的标准，大多数产品都是相似的。（3）市场是一个需要逐步培育和引导阶段。大规模的价格战，广告战，服务战还没有爆发，比较分散，市场认知和接受，市场占有率不高。与服务供应商争先恐后的产品相比，智能家居产品到用户终端的步伐有点慢。（4）为面向家庭网络市场的巨大需求，市场区域存在不均衡的状态。 1.3 智能家庭的问题与发展趋势智能家居的发展面临着以下四个主要方面的问题：（1）产品成本：目前的高价位的智能家居市场。（2）系统功能。复杂的操作系统，产品性能缺乏稳定性和可靠性。（3）标准协议：设备厂商的接口标准和协议有很大的不同，使他们生产的家庭设备不能与智能家居系统兼容更好。（4）售后服务：中国的智能家居厂家配套还不成熟，未能形成售后服务匹配系统，当出现问题时，该产品销售和维修是不能够满足用户的需要。未来的智能家居管理终端将基于嵌入式Linux，Android

1.支持Zigbee短距离无线通信技术的是（B） A .IrDA B. Zigbee联盟 C. IEEE802.11b D.IEEE802.11a 2.下面哪个不是Zigbee技术的优点（B） A .近距离 B .高功耗 C .低复杂度 D .低数据速率 3作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是（A）。 A IEEE802.15.4协议 B IEEE802.11b C IEEE802.11a D IEEE802.12 4. ZigBee中每个协调点最多可连接（）个节点，一个ZigBee网络最多可容纳（）个节点（D）。 A 255 65533 B 258 65534 C 258 65535 D255 65535 5. ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类（D） A周期性的，间歇性的、固定的数据 B 周期性的，间歇性的 C周期性的，发复兴的、反应时间低的数据 D周期性，间歇性，反复性的、反应时间低的数据 6.下列哪项不是FFD通常有的工作状态（D） A.主协调器 B.协调器 C.终端设备 D.从设备 7.下列哪项不是WPAN的特点（B） A有限的功率和灵活的吞吐量B可靠性监测 C网络结构简单D成本低廉 8.下列哪项不属于ZigBee技术的体系结构（A） A应用层 B.网络/安全层 C.媒体接入控制层 D.物理层 9下列哪项不是低速无线个域网的功能（D） A帧结构B鲁棒性C数据传输模式D可靠性 10.Confirm的意思是（D） A请求原语B指示原语C响应原语D确认原语 11下面哪项不是FFD的工作状态（D） A作为一个主协调器B、作为一个协调器C、作为一个终端设备D、作为一个服务器12下列哪项不是PAN网络结构中的帧结构（C） A信标帧B、数据帧C、链路帧D、确认帧 13.下列哪项不属于密钥提供的安全服务（B） A接入控制B、输出控制C、数据加密D、有序刷新 14.下列哪项不是ZigBee工作频率范围（A） A、512~1024 B、868~868.6 C、902~928 D、2400~2483.5 15通常ZigBee的发射功率范围为（C） A、0~15dBm B、10~20dBm C、0~10dBm D、15~20dBm 16. ZigBee，这个名字来源于_______使用的赖以生存和发展的通信方式。（B） A.狼群 B.蜂群 C.鱼群 D.鸟群 17.ZigBee具体如下技术特点：低功耗，低成本,_______，网络容量大，可靠，安全。（A） A.时延短 B.时延长 C.时延不长不短 D.没有时延 18.ZigBee适应的应用场合___________。（D） A.个人健康监护 B.玩具和游戏 C.家庭自动化 D.上述全部 19.下面哪些是ZigBee产品？(D) A.菲利普楼宇无线照明控制 B.韩国Pantech&Curitel 手机 C.日立的压力检测传感器 D.上述都是

1.总的设计方案下位机RS232射频模块射频模块平板电脑 USB 图1.上位机与平板电脑之间无线数据传送模块的总体设计注释：（1）射频模块采用cc2530该模块是现成的，可以直接利用；（2）工作流程：下位机发送指令通过RS232传给连接下位机的射频模块，该模块经过处理后将信息传给连接在平板电脑上的射频模块，该模块通过USB 接口将信息传给平板电脑；而平板电脑传送给下位机的信息传递方式与上述的类似。 2 .硬件原理框图下位机串口转换电路JTAG 接口电路无线收发模块电源模块 COM 接口图2.zigbee 无线收发模块的硬件工作原理框图注释：（1）串口转换电路：实现RS232 串口数据转换. 因此,可以实现无线模块与PC 机之间的串口数据通信（2）无线收发模块：采用zigbee 射频部分；工作原理：CC2430的接收器是基于低-中频结构之上的，从天线接收的RF 信号经低噪声放大器放大并经下变频变为2MHz 的中频信号。中频信号经滤波、放大，在通过A/D 转换器变为数字信号。自动增益控制，信道过滤，解调在数字域完成以获得高精确度及空间

利用率。集成的模拟通道滤波器可以使工作在2.4GHz ISM波段的不同系统良好的共存。在发射模式下，位映射和调制是根据IEEE 802.15.4的规范来完成的。调制(和扩频)通过数字方式完成。被调制的基带信号经过D/A转换器再由单边带调制器进行低通滤波和直接上变频变为射频信号。最终，高频信号经过片内功率放大器放大以达到可设计的水平。（3）JTAG接口电路：在线编程，实现对常常cc2430的编程和测试。引脚定义：TCK——测试时钟输入； TDI——测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG口； TDO——测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出； TMS——测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。可选引脚TRST——测试复位，输入引脚，低电平有效。（4）电源模块：选用了AH805 升压稳压器,这样就可以将干电池提供的3V 电压变压至5V ,满足MAX232 电路的供电. 而3V 电压为CC2430 模块和J TAG模块提供稳定电压.。小注：MAX232是专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片。 3.硬件设计电路图（1）cc2430的典型应用电路使用一个非平衡天线,连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50Ω)的要求。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。R221和R261 为偏置电阻，电阻R221主要用来为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz 的石英谐振器（XTAL1）和2个电容（C191 和C211）构成一个32 MHz 的晶振电路。用1个32.768 kHz 的石英谐振器（XTAL2）和2个电容（C441 和C431）构成一个32.768 kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1.8 V 电压的引脚和内部电源供电，C241和C421电容是去耦合电容,用来电源滤波,以提高芯片工作的稳定性。

浅谈ZigBee无线传输模块的设计与应用摘要：本文介绍了zigbee技术并基于zigbee无线传输协议，实现无线传输数据，提出了一种基于zigbee无线传输协议的无线数据传输模块方案，方案中包括了硬件系统和软件系统，从而实现了传输模块与上位机通信的全过程。经调试，系统运行良好。实践证明，基于zigbee无线传输协议设计无线数据传输模块来传输数据具有耗资少、安全性高、灵活性较强等优点，值得推广和应用。关键词：zigbee无线传输模块设计随着社会经济发展和技术进步，人们对无线通信的需求越来越高，也越来越迫切。随着通信技术的蓬勃发展，市场上出现了应用gprs、gsm、蓝牙等通信技术，但这些技术设备造价比较昂贵，运营和维护的费用也比较高[1]。目前，短距离无线通信技术作为无线通信技术领域的重要分支之一，在无线数据传输中得到了广泛的应用[2]。 zigbee技术是一种现代网络技术，具有近距离、低功耗、低数据速率、低成本的特点。主要工作在2.4ghz频段,传输速率10kbps-250kbps，传输距离10-100m，作为一宗新兴得无线通信技术， zigbee技术传输的速度快、成本较低、操作比较简单，在目前市场上具有广阔的市场前景，也成为目前无线技术研究的热点课题之一[3-4]。目前，已广泛应用于无线传感器网、自动控制和远程控制等领域。 1 总体设计基于zigbee无线数据传输模块基础架构主要包括无线收发电路、电源电路、jtag电路和串口转换电路四个部分。其中，串口转换电路可实现rs232串口数据转换，可实现无线数据模块与计算机的通信。jtag电路可以实现对cc2430的编程和测试。 2硬件设计无线数据传输模块主要包括射频芯片cc2430及其相关的外围电路。射频芯片cc2430通过设计jtag电路实现对其进行编程和测试。该芯片是是chipcon公司推出的嵌入式zigbee应用的片上系统，它支持2.4ghz ieee 802.15.4协议。整个芯片整合了zigbee 射频前端、内存和微控制器三个部分。它使用了1个8位mcu(8051)，包含了数字转换器、aes128协同处理器、休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及可编程i/o引脚。射频芯片cc2430通过配合少数外围元器件就可以实现收发信号的功能。为了实现无线数据模块与计算机的通信，在系统中设计了rs232电平转换电路。采用了电平转换芯片max232实现串口间的连接，电压为5v，采用干电池供电。为保证电压稳定，选用ah805升压稳压器。cc2430模块和jtag模块供电电压为3v电压。此外，在系统模块中设计了复位电路，可通过复位开关实现手动复位。 3 软件设计无线传输模块中的软件设计主要分为两部分程序。其中，一部分程序是在芯片cc2430上通过串行接口向计算机发送数据。另一部分程序是通过串口接收数据，将处理数据发送给计算机。 3.1 芯片cc2430向计算机发送数据的软件设计软件设计中主程序为芯片cc2430向计算机发送数据，具体流程见图1。图1：发送数据的程序流程图程序需要开始运行时首先要判断数据是否发送完毕，如果数据没有发送完毕，需要继续发送数据，将数据发送至数据缓冲器。具体数据的发送是由硬件完成的。当发送函数等待到中断标志时，会将一个字节送回缓冲器，从而说明完成了一次数据传送，然后才可以再次向缓冲器送入数据，同时中断标志清零。 3.2 各串口向计算机发送数据的软件设计

ZigBee无线通信测试方案相比于之前使用PXI 射频向量信号分析仪来测量设备，使用ZigBee测量套件有助于您更快地测试ZigBee无线通信硬件设备使用PXI 射频向量信号发生器和分析仪，最新的美国国家仪器公司ZigBee测量套件有助于您测试ZigBee 无线通信和IEEE 802.15.4 协议设备。新的测试套件结合了NI公司的ZigBee 无线通信生成工具包和NI 公司的ZigBee 分析工具包，可以提供900兆赫兹和2.4 千兆赫兹工业上，科学上和医学上（ISM）的带宽。美国国家仪器公司的LabVIEW 软件示例代码包含在测试套件中，以帮助您自动化ZigBee无线通信测试，并可以使用软前面板进行交互式测量。 ZigBee无线通信生成工具包使用PXI 射频向量信号发生器帮助您产生各种高度自定义的IEEE 802.15.4协议信号。该生成工具包使您可以从不同的MAC层设置中选择各种设置选项，包括各种自定义数据帧类型，不同选项的子帧命令，甚至包括自定义加密数据包负载。此外，您还可以使用自定义信号损耗参数进行ZigBee测试，包括正交损耗，可加性高斯白噪声和内存非线性参数。您可以使用多种信号发生器损耗参数和自定义参数选项，执行更全面的接收机测试。针对使用NI 公司PXI向量信号分析仪进行ZigBee无线通信发射机的测试，ZigBee分析工具包为MAC层和物理层测试均提供了测试工具。对于MAC层的验证，该工具包可以将ZigBee 无线通信传输信号解码为码流——这样将有助于您验证负载和其他MAC层信息。对于物理层测量，ZigBee分析工具包提供了射频测量功能，包括功率谱密度测量，发射功率，误差向量幅度，以及互补累积分布函数。使用这些工具进行物理层测试，无论是为研发中心测试还是工厂生产测试，您都可以对ZigBee发射机性能进行有效的测试和验证。 SeaSolve软件公司是美国国家一起的联盟合作伙伴，有着很深的ZigBee测量套件的集成经验。该公司在验证和生成测试上的专业知识使得他们帮助了大量的公司，包括Ember公司， Radio Pulse公司和 SemIndia公司。“我们与SeaSolve公司的合作关系，为Ember 公司的芯片测试开发了生产测试解决方案，该解决方案在实现最高覆盖率和低成本的同时，还使得我们的客户开始在几天之内开始生产芯片。” Ember公司硬件工程部的主任John Loukota如此谈到。