基于ZigBee 的无线多路信号检测系统模型设计

　　摘要：以ZigBee 技术为无线传输基础，以按键信号模拟多点信号，以集成增强型8051 MCU 的CC2430 芯片，设计了一种基于Zigbee 的多路无线信号检测系统模型，该模型可广泛用于基于开关量请求的无线响应处理系统。详细介绍了模型的软硬件设计方案和实现方法，实际运行表明该系统可以实时、准确响应和处理各节点请求信号。

　　0 引言

　　ZigBee 技术因其低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等诸多优势，在近距离无线连接应用场合被广泛应用。本文设计了一种以ZigBee 技术为无线传输基础，以按键信号模拟多点信号，以CC2430 芯片集成的增强型8051 MCU 为控制器的多路无线信号检测系统模型。

　　1 系统整体设计方案

　　系统包括节点控制子系统和协调控制子系统两个部分，其中节点子系统由CC2430 模块电路和按键电路组成，协调控制子系统由CC2430 模块电路和显示电路组成。节点子系统中的按键用于模拟产生需要处理的请求信号，CC2430 模块处理按键产生的请求信号后，以ZigBee 为基础将其发送出去，并负责接收协调控制器的响应信号；协调控制器用于处理多路节点请求信号，处理结果响应至节点子系统并给予显示。系统组成框图如图1.

　　

　　2 硬件电路设计和实现

　　2.1 CC2430 模块电路

　　系统主芯片CC2430F128 整合了业界的2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee RF 收发机以及工业标准的增强型 8051 MCU,具有卓越的射频性能、超低功耗、高灵敏度、出众的抗噪声和抗干扰能力，提供128KB 的大容量SRAM,CC2430 可用于ZigBee 协调器、路由器及终端设备。CC2430 器件模块电路如图2 所示。

　　

　　2.2 节点和协调器外部电路设计

　　节点和协调器外围电路主要包括电源电路、通信状态指示电路、按键电路和显示电路；节点和协调器的主芯片CC2430 为低功耗芯片，其所需的供电电源仅需2.0~3.6V,因此系统电源电路采用了LM1117 芯片来实现5V 转3.3V 供电。无线通信状态指示电路主要用于当系统有相互通信即发送或接收信号时的通信状态指示，设计时采用了较为简单和实用的普通的红绿LED ;按键电路主要用于模拟产生外部请求处理信号，为了消除按键抖动，采用了双稳态电路进行硬件消抖；显示电路使用了74LS245 实现段驱动，用三级管实现位驱动。节点和协调控制器外部电路图如图3所示。

　　

　　3 软件设计

　　3.1 ZigBee 协议栈和网络配置

　　在ZigBee 协议栈中，任何通信数据都是利用帧的格式来组织的。ZigBee 协议采用分层结构，每一层都有特定的帧结构，为其上层提供特定的服务；每个服务实体通过一个服务接入点为其上层提供服务接口，并且每个服务接入点（SAR）提供一系列基本服务指令来完成相应的功能。ZigBee 标准的分层架构体系结构包括：ZigBee 应用层、ZigBee 网络层、IEEE 802.15.4 媒介访问控制层（MAC）、IEEE 802.15.4 标准物理层和ZigBee 联盟在此基础上定义的网络层（NWK）与应用层（APL）架构。

　　ZigBee 设备通过NLME-NETWORK-FORMATION.request 来启动一个新网络的建立过程。仅当具有ZigBee 协调器能力且当前无网络连接的设备，才可尝试建立一个新网络。只有当设备为ZigBee 协调器或路由器时，才能试图允许设备与网络的连接。可以通过NLME-PERMIT-JOINING.request 原语允许连接。

　　3.2 协调器和节点的工作流程

　　打开电源后，协调器端的按键没有按下的情况下，协调器（主控端）处于休眠状态，只有当主控端的按键按下，协调器才被唤醒，即允许节点加入网络，系统开始工作。当测试点的按键按下时，协调器将个接收到的节点的组别数据送显示，并关闭接收器屏蔽其他信号再次进入休眠，直到复位后有按键再按下，如此循环。

　　节点（ 选手端） 的电源接通时，节点也是处于休眠状态。只有当按键按下时，节点才发送申请加入网络信号和组别信息，当确认接收到入网成功的信号时，节点再次进入休眠状态，直到有按键再次按下，如此循环。

　　3.3 数据的发送与接收

　　发送数据时，首先按照协议中规定的帧形式构建帧数据。

　　帧构建好后，调用MAC 层的原语MCPS-DATA.confirm 返回。在Z-Stack 中，数据的发送和接收都必须通过应用层调用。下面给出具体的发送和接收函数程序片段。

　　

　　4 结束语

　　系统提供了一种基于ZigBee 的多路无线信号检测系统模型，该模型可以稳定的进行数据的无线传输，能实时、准确的监测并响应按键模拟的请求信号并将处理结果显示，该模型系统对于基于ZigBee 技术的无线网络设计、基于无线传输的环境监测和信号处理有着很强的借鉴和参考价值，经过简单的拓展后可广泛应用于无线近距离多点信号的采集和传输。