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判自や
基于 Zigbee的数据传输系统的研究设计
Based on zigbee data transmission system study design
杨福宝
YANG Fu-bao
(武汉理工大学马房山校区信息学院电子工程系,武汉430070)
摘要:随着 Zigbee技术的不断发展, Zigbee以其近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本
的特点,越来越多的用于无线传感器网络数据传输系统中,而本设计就是以8位微处理器为核
心,结合 Zigbee技术和以太网技术来买現数据传系统的研究设计。
关键词; Zigbee;以太网;数据传输
中R分类号:TN914
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2011)1(下)-0060-03
Doi:10.3969/」.iSsn.1009-0134.2011.1(下).20
0引言
是一种短距离、低功耗的无线通信技术。该技术
随着网络技术的不断发展, Internet几乎遍布
主要是为低速率传感器和控制网络设计的标准无
于千家万户,借助 Internet传送各种测量和控制
线网络协议截,是最适合无线传感器网络的标准。
信息,具有快速、方便、可靠等优点。以太网和
无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息
TCP/IP协议已成为世界范围内的标准,基于TCP处理于一体的综合智能信息系统,具有低成本
P协议的以太?可满足远程网络控制基本需求,低功耗、低数据速率、自组织网络等突出特点。
因此将嵌入式系统接入网络不但成本低、可靠性
简而言之, Zigbee就是一种功耗低,价格低
高,而目还可以有效地实现现场设备层和企业管廉的近距离无线组网通信技术。
理层的无缝连接,能更好地改善故障检测和设备2数据传输系统概述
维护的远程访问能力。
结合 Zigbee和以太网的数据传输系统,包括
如何对现场设备进行有效的远程网络管理成 Zigbee网络和以太网两部分。 Zigbee p网络通过网
为开发候入式系统的一个重要方面。嵌入式系统络节点将采集数据以多跳变的方式传送到 Zigbee
中8位微处理器目前品种最为丰富、应用最为广汇节点,汇节点将数据发送到网关,网关进行
泛,但以8位微处理器为核心的嵌入式系统,因 Zigbee数据包解析,从数据包中提取有效信息数
其系统硬件资源有限、处理速度慢等因素,接入据,进行协议转换和数据包重新封装打包成TCP
nternet必然会面临很多困难,如果将其排斥在外,IP数据包,经过以太网传输将数据送到控制中
又必将会影响嵌入式 Internet的发展。
完成整个网络的数据传输。图1给出了结合
所以本文研究的以8位微处理器为核心,结ZgBe阙络和以太网的数据传输网络系统结构。
合 Zigbee技术和以太网的数据传输系统设计,是
个完整的数据传输系统硬件系统由微处理
一种很好的低端嵌入 Internet p的解决方案,实现无器、存储器、网络接口等硬件组成。微处理器负
线传感器网络远程接人网络,实现远程监控和检责整个系统的运行和管理,存储器用来存储程序
测,具有一定的现实意义和一定的研究意义。
代码和数据,网络接口实现与网络的连接。
1 Zigbee技术简述
网关是建立在传输层以上的协议转换器,是
Zigbee技术,这个名字来源于蜜蜂通过跳网络传输的纽带,连接ZgBe和以太网两个相互
Zig Zag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置
独立的网络,实现 Zigbee和以太网之间的数据传
距离和方向等信息,蜂群使用的生存和发展的通输。从系统结构图可抽象出结合 Zigbee和以太网
信方式?
的网关结构,如图2所示
Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词,它
收日期:2010-10-29
作者筒介:杨福宝(1962-),男,副教授,本科,研究方向为电子信息工程。
60)第33卷第1期20111(下)
higbee p络
制芯片选取控制芯片RTL8019AS。
以太网)4网关设计
通过对 Zigbee和以太网两块芯
片的工作方式的分析,本系统的硬
件接口采用8位的数据总线方式。
O
O
网关?
鉴于CC2430的I/O的限制和系统
设计的整体的成本的考虑,采用口
线模拟的方式来实现数据的读取
Zigbee节点
服务器
管理者
C2430有21个数字I/O口,能
图1结合 Zig Bee/和以太网的数传网络系统结构
够配置为通用的I/O口、计时器或
串行通信口,输入的上下拉能力以
Zig Bce网络
MCU
以太网
及外部中断功能。作通用的I/O口时,可分配成
3个8位的I/O,分别命名为PO,P1和P2。PO
图2结合 Zigbee和以太网的网关结构
和P1为完全的8位数据口,而P2口只有5位可用
设计的整体思路
所有的I/O口通过特殊功能寄存器,既可以位寻址
也可以字节寻址。CC2430提供的三个IO口,分
本系统设计中要设计实现网关和终端节点两种别作8位数据,地址和控制。具体分配如下:
硬件实物,其中网关的设计较为复杂,是本设计的
数据总线:PO口(PO.0~PO.7)
重点。设计中网关的设计思想是采用 Zigbee芯片
地址总线:P1口的低5位(P1.0~P1.4)
中集成的8051内核作为主处理芯片,与以太网控
读信号线:P2.2,通过该引脚实现对芯片内部
制芯片相结合,将 Zig Bee传感器网络采集的数据
程序和数据的读操作;
与外部网络互联,实现数据在不通网络中传输。
雪信号线:P2.1,通过该引脚实现对芯片内部
请求和控制信息从以太网的网络中传来,经
程序和数据的写操作;
过RJ-45接口送到以太网控制器中,以太网控制器
中断口:P2.0为中析的申请信号线,作为
主要是将接收到的数据包进行解析,得到原始的RTL8019AS的中断申请信号端口。
请求和控制消息,并送到微处理器中,微处理器
RTL8019AS使用的是跳线的方式,它的外
根据相应请求进行处理,将处理后的消息再通过
部接口形式已经选定为数据地址总线方式,而
相反的过程传到以太网网络中,最后反映给用户
CC2430没有提供数据地址总线口,而只提供了普
终端节点设计是利用 Zigbee芯片的I/O口外
通I/O口功能,UART串行接口以及SPI的总线模
接传感器,并辅助设计它的外围电路,编程口
式[3]。在不增加外囝器件的前提下,本设计选用
电源供电等电路。设计中主要是设计并验证系统
了口线模拟的方式,用软件的方式来模拟数据总
的可行性及正确性,传感器类型的选择可以根据线的读写时序,这样节约了硬件成本。
不同的应用需求选择和改变相应的传感器,增加
系统的通用性。
5终端节点设计
设计的目标是实现2 Zhig Bec网络的数据包转换
本设计采用温湿度传感器在室内环境中进行
为以太网的TCP/P协议的数据包,数据在两个网数据采集,考虑到传感器的体积大小、成本、训
络之间的透明转换和传输。具体工作是设计结合量精度等因素,选用了较为常见的温湿度传感器