引言
ZigBee技術(shù)是一種近距離,、低復(fù)雜度、低功耗,、低數(shù)據(jù)速率,、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),。它的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要規(guī)范了物理層和MAC層的協(xié)議,。ZigBee聯(lián)盟制定了應(yīng)用規(guī)范層和應(yīng)用匯聚層,。
它的應(yīng)用方向定位于家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化,、傳感器應(yīng)用等,。該系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用CC2430，該模塊是TI公司收購(gòu)無(wú)線(xiàn)單片機(jī)先鋒Chipon公司后推出的新一代Zig-Bee無(wú)線(xiàn)單片機(jī),，它是一顆真正的系統(tǒng)芯片（SoC）COMS解決方案,，這種方案能夠提高性能并滿(mǎn)足ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHzISM波段應(yīng)用對(duì)低成本和低功耗的要求。也包含一個(gè)DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)核心和一個(gè)工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器,。無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊采用DL6200模塊,，用戶(hù)只需要擁有以前所熟悉的串口通信知識(shí)就可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
1 ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
ZigBee的技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
?。?）省電,。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低,，并且采用了休眠模式,，因此ZigBee技術(shù)可以確保2節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。不同的應(yīng)用對(duì)應(yīng)的功耗自然是不同的,。
?。?）可靠。ZigBee技術(shù)采用了碰撞避免機(jī)制,，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙,，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息,。
（3）成本低,。模塊價(jià)格低廉,，且ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的。
?。?）時(shí)延短,。針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用作了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為30ms,，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms,。
?。?）節(jié)點(diǎn)通信設(shè)置易于配置,。
（6）網(wǎng)絡(luò)容量大,。ZigBee可以采用星形,、網(wǎng)狀、樹(shù)狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng),，而且可以通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)連接組成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。從理論上講，其可連接的節(jié)點(diǎn)多達(dá)64000個(gè),。1個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)主設(shè)備,，1個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
?。?）安全。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能,，加密算法采用AES-128,，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活地確定其安全屬性。
?。?）全球通用性和完好的開(kāi)放性,。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使ZigBee設(shè)備間的通信成為輕而易舉的事情,。
2 CC2430的技術(shù)特點(diǎn)
CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu),，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器,。它使用1個(gè)8位MCU（8051）,，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）,、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）,、AES-128協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器（Watchdogtimer）,、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器,、上電復(fù)位電路（PowerOnReset）、掉電檢測(cè)電路（BrownOutDetection）,，以及21個(gè)可編程I/O引腳,。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝；在接收和發(fā)射模式下,，電流損耗分別低于27mA和25mA,。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用,。
3 GPRS數(shù)傳模塊DL6200
DL6200模塊的核心硬件是使用世界知名移動(dòng)通信產(chǎn)品廠(chǎng)商生產(chǎn)的GPRS芯片而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的,，具有很高的可靠性,。使用DL6200時(shí)，只需要熟悉串口通信知識(shí)就可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信,。不必關(guān)心模塊的射頻電路部分（使用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)）及相關(guān)硬件連接,；不必關(guān)心AT指令集，所有與AT響應(yīng)有關(guān)的操作都由DL6200模塊在模塊的內(nèi)部完成,；不必關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)：由于GPRS模塊是基于互連網(wǎng)絡(luò)的通信方式,，在使用中就要與INTERNET網(wǎng)絡(luò)打交道，所有與網(wǎng)絡(luò)的信息交換都由DL6200模塊在內(nèi)部自動(dòng)完成,，無(wú)需用戶(hù)參與,；不必用戶(hù)單獨(dú)擁有一個(gè)固定的IP地址；具有格式及透明傳輸兩種傳輸格式,；具有一般工作模式和省電工作模式,；與各種組態(tài)軟件直接連接無(wú)需專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)程序；支持總線(xiàn)式的被動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)方式,。
4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
4.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能
系統(tǒng)由外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)兩部分組成,。外網(wǎng)是由GPRS數(shù)傳模塊和PC組成，兩者之間可通過(guò)TTLRS232RS485傳輸信息,，該系統(tǒng)采用上位機(jī)電平接口為T(mén)TL,，如圖1所示。GPRS數(shù)傳模塊的組網(wǎng)如圖2所示,。
內(nèi)網(wǎng)由PC機(jī)和ZigBee無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信模塊組成,，它們之間通過(guò)串口連接。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器,、路由器和終端設(shè)備三部分組成,。協(xié)調(diào)器和路由器稱(chēng)為全功能設(shè)備FFD，終端設(shè)備稱(chēng)為精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD,。由于該系統(tǒng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單,，采用星型組網(wǎng)方式，將窗磁,、門(mén)磁等看作終端設(shè)備,，ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊為協(xié)調(diào)器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，所以不需要路由器,。如圖3所示。
該系統(tǒng)的控制流程如下：
?。?）用戶(hù)通過(guò)外網(wǎng)GSM手機(jī)發(fā)送短信命令給GPRS數(shù)傳模塊DL6200,，DL6200收到命令后，解釋該命令,。解釋完后發(fā)給內(nèi)網(wǎng)中ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊CC2430,由該模塊把命令發(fā)給相應(yīng)的終端設(shè)備,，終端設(shè)備收到命令后作出相應(yīng)的的動(dòng)作,。
（2）終端設(shè)備收到命令后,，一是作出相應(yīng)的動(dòng)作后向上層作出應(yīng)答,，二是把上層需要的數(shù)據(jù)通過(guò)CC2430模塊傳送給上層設(shè)備。上層設(shè)備收到終端設(shè)備的信息,，通過(guò)DL6200以短信的形式發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)上,。
（3）當(dāng)有中斷響應(yīng)時(shí),，如家中有小偷,，觸發(fā)了報(bào)警設(shè)備，該終端設(shè)備將第一時(shí)間向用戶(hù)發(fā)送信息,，以示報(bào)警,。
4.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
DL6200不需要關(guān)心AT指令集。不需要關(guān)心TCP/IP協(xié)議及互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí),，所有與網(wǎng)絡(luò)的信息交換都由DL6200模塊自動(dòng)完成,。與各種組態(tài)軟件直接連接，無(wú)需專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)程序,。DL6200的這些特點(diǎn)使得硬件設(shè)計(jì)很容易，它的RXD,、TDX必須與ZigBee的RX,、TX相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示,。
4.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)軟件主要通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議操作完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)收發(fā),，包括初始化、發(fā)射和接收程序設(shè)計(jì),，以及對(duì)報(bào)警信號(hào)的監(jiān)控,、對(duì)遠(yuǎn)程控制指令的處理和執(zhí)行等。
系統(tǒng)的收發(fā)采用PingPang發(fā)送函數(shù),，程序如下：
系統(tǒng)的報(bào)警流程圖如圖5所示,。
5 結(jié)語(yǔ)
隨著人們生活水平的不斷提高，追求更加舒適,、便捷的生活成為必然,。ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊具有低功耗、低成本的優(yōu)勢(shì),，在滿(mǎn)足人們需求的傳輸速率的情況下,，將會(huì)在不久的將來(lái)普及到各家各戶(hù)中。此外,，使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)省去了重新裝修的負(fù)擔(dān),，采用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)可以添加或減少它的節(jié)點(diǎn),，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)有自組能力。所以,，商品的經(jīng)濟(jì)程度以及技術(shù)的容易程度,，成為發(fā)展的必然條件。