CN101969318B - 一种用于Zigbee无线通信装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Zigbee无线通信装置的方法，所述Zigbee无线通信装置，包括型号为CC2530的单芯片、天线、频率为32MHz的晶振、以及终端，其中：在所述型号为CC2530的单芯片中，RFN端及RFP端，与天线连接；P2.3端及P2.4端，与频率为32MHz的晶振连接；P0.2端及P0.3端，与终端连接。本发明技术方案，可以克服现有技术中通信距离短、通信速率慢与穿透能力弱等缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。

Description

一种用于Zigbee无线通信装置的方法

技术领域

本发明涉及通信技术，具体地，涉及一种Zigbee 无线通信装置。

背景技术

Zigbee 是IEEE802.15.4 协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

Zigbee 是一个由可多到65000 个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA 网或GSM 网，每一个Zigbee 网络数据传输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 网络不仅可以“无限”扩展开来，而且还可以与现有的其它的各种网络连接。

Zigbee 网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。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。低功耗，低数据量（250KPS），低成本，使用免费的ISM 频段（2.4G），高的抗干扰性能的直序扩频通信方式（DSSS），高保密性（64位出厂编号和支持AES-128 加密），高集成度和高的可靠性；节点模块之间具有自动动态组网的功能，采用了包括网状网在内的拓扑结构，使用了碰撞避免机制，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。Zigbee 网络还可以通过接口卡等多种方式，与互联网、GPRS 网、CDMA1x 网以及其它通信系统线连接，从而实现远程操控；也可以通过其它网络，将两个或多个局部Zigbee 网络连接在一起。

但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：

⑴通信距离短：Zigbee 基于IEEE802.15.4 网络技术，低功耗的特性使它的传播距离大概在100 米以内，即使加上功放芯片，距离也不能很大的延长。只适合做短距离的通信和数据传输；

⑵通信速率慢：Zigbee 工作在2.4GHz 的频段下，较高的频率，致使Zigbee 无线通信装置之间通信的速率会相对较低，峰值将会是250Kbps ；

⑶穿透能力弱：Zigbee 较高的频段，使Zigbee 通信时所产生的电磁波波长较短，不利于穿透较厚的物体，例如楼板、钢筋水泥等。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种用于Zigbee 无线通信装置的方法，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于Zigbee 无线通信装置的方法，所述Zigbee 无线通信装置，包括型号为CC2530 的单芯片、天线、频率为32MHz 的晶振、以及终端，其中：

在所述型号为CC2530 的单芯片中，RFN 端及RFP 端，与天线连接；P2.3 端及P2.4 端，与频率为32MHz 的晶振连接；P0.2 端及P0.3 端，与终端连接；

所述终端包括PLC、触摸屏、变频器与PC；

发送数据时：所述CC2530 的单芯片通用UART 串口与所述终端的的RS232 串口相连；

发送数据时，CC2530 的单芯片 将检测到与TXD 相连的UARTRX 上的信号，立即产生中断，将UARTRX 端的数据写入UART0 的DEBUFF 中，当收到数据满足UART 配置的数据格式时，将立即交给RFN，经由天线，产生2.4G 频段的一个波，并发出，同时P1.7 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的发送；

接收数据时：当TXD 没有电平信号的时候， CC2530 的单芯片将只运行在接收模式，此时当底层代码中配置的2.4G 频段的频道中有数据的时候，RFP 将会收到由天线接收到的数据，并立即存入UART0 的DEBUFF 中，与此同时，P2.0 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的接收。

本发明各实施例的Zigbee 无线通信装置，由于包括型号为CC2530 的单芯片、天线、频率为32MHz 的晶振、以及终端，其中：在型号为CC2530 的单芯片中，RFN 端及RFP 端，与天线连接；P2.3 端及P2.4 端，与频率为32MHz 的晶振连接；P0.2 端及P0.3 端，与终端连接；可以将Zigbee 无线通信装置通过UART 串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC 等终端设备的RS232 串口相连，通过协调器（Coordinator）建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee 的路由器（Router）或者终端设备（Enddevice）带入Zigbee 网络，形成一个无线通信网；有利于摒弃设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网；从而可以克服现有技术中通信距离短、通信速率慢与穿透能力弱的缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实

施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1 为根据本发明Zigbee 无线通信装置的结构示意图；

图2 为根据本发明Zigbee 无线通信装置中协调器建立网络的流程示意图；

图3 为根据本发明Zigbee 无线通信装置中路由器加入网络收发信息的流程示意图；

图4 为根据本发明Zigbee 无线通信装置中终端加入网络的流程示意图；

图5 为根据本发明Zigbee 无线通信装置应用实施例的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1- 型号为CC2530 的单芯片；2- 天线；3- 频率为32MHz 的晶振；4- 终端。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，提供了一种Zigbee 无线通信装置。如图1- 图5 所示，本实施例包括型号为CC2530 的单芯片1、天线2、频率为32MHz 的晶振3、以及终端4，其中：在型号为CC2530 的单芯片1 中，RFN 端及RFP 端，与天线2 连接；P2.3 端及P2.4 端，与频率为32MHz 的晶振3 连接；P0.2 端及P0.3 端，与终端4 连接。

进一步地，在上述实施例中，上述终端4 包括PLC、触摸屏、变频器与PC。

在上述实施例中，Zigbee 无线通信装置采用型号为CC2530 的单芯片1（即TI 公司的Zigbee 芯片CC2530）来实现，采用3.3V 电压进行供电，可以有相关设备进行直接供电；当CPU 供电运行时，P2.3、P2.4 引脚所接的32MHz 晶振将开启，并稳定运行，通过软件的编程配置，来控制型号为CC2530 的单芯片1 的时钟、相关波和电平的配置，同时P1.6 引脚将会产生低电平并保持，从而点亮LED1 ；同时，终端4 供电运行的初始化时，将会检测P0.0 引脚和P0.1 引脚对应的拨码开关的状态，由此来决定该Zigbee 无线通信装置运行的类型是协调器、路由器或者是终端4 设备。

现在的工业设备，例如信捷、西门子、欧姆龙等品牌的PLC、触摸屏、变频器、以及监控和编程使用的PC，均采用了RS232 串口相连接的方式。在上述实施例中，将利用型号为CC2530 的单芯片1 的两个通用UART 串口，对其进行配置和使用，将UARTRX 与RS232 的TXD相连，将UARTTX 与RS232 的RXD 相连，对应的型号为CC2530 的单芯片1 引脚采用P0.2 和P0.3，即使用内部的UART0 串口。

当相关的终端4 设备发出数据，便会在TXD 上产生电平信号，通过软件编程和对UART 配置寄存器的操作，型号为CC2530 的单芯片1 将会检测到与TXD 相连的UARTRX 上的信号，立即产生中断，将UARTRX 端的数据写入UART0 的DEBUFF 中，当收到数据满足UART 配置的数据格式时，将立即交给RFN，经由天线2，产生2.4G 频段的一个波，并发出，以此来完成数据的发送；通过软件的配置，P1.7 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的发送。

数据接收的方式，与数据发送正好相反，Zigbee 无线通信装置默认是工作在接收方式的状态中，即当TXD 没有电平信号的时候，型号为CC2530 的单芯片1 将只运行在接收模式，此时当底层代码中配置的2.4G 频段的频道中有数据的时候，RFP 将会收到由天线2 接收到的数据，并立即存入UART0 的DEBUFF 中，与此同时，P2.0 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的接收。当UARTTX 接收到信号，将会立即产生一个UART 的发送中断，DEBUFF的数据将经由UARTX 进行发送，此时相关设备的RXD 端，将收到Zigbee 无线通信装置接收到的数据，从而完成了Zigbee 无线通信装置数据的接收。

可见，在上述实施例中，Zigbee 无线通信装置，将用其UART 串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC 等设备的RS232 串口相连，通过Zigbee 无线通信装置的Coordinator协调器建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee 的Router 或者Enddevice 设备带入Zigbee 网络，形成一个无线通信网。从而摒弃了设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网。

上述Zigbee 无线通信装置所组成的网络还具有以下特性：

⑴低功耗：Zigbee 设备工作时所需的功耗极小，普通电池也可满足；

⑵网状网优势：Zigbee 无线通信装置只需要一个协调器建立网络，形成一个Mesh 网，MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通，Mesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护，MESH 网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模；MESH 网络还具备自组织、自愈功能；

⑶抗干扰性强：ZigBee 在低信噪比的环境下ZigBee 具有很强的抗干扰性能，ZigBee

技术在相同的环境中，Zigbee 抗干扰性能远远好于蓝牙和WLAN ；ZigBee 的抗干扰性能是蓝牙、WLAN 和FSK 的1000 倍。从而可以有效保障工业设备之间的通信和群控的稳定；

⑷短时延：Zigbee 的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能；相比较，蓝牙需要3 ～ 10s、WiFi 需要3s ；极高的响应度，可以满足工业设备之间高速率的响应和动作。

例如，在上述实施例中，利用Zigbee 无线通信装置，可以实现PLC 设备程序的远程编程和下载：传统的PLC 设备通过串口进行程序编程调试和下载，而Zigbee 无线通信装置的出现，将之与PLC 设备相连，在远端的PC 上连接一个Zigbee 无线通信装置就可以进行远端的链接，实现程序的远程下载和调试。

又如，利用Zigbee 无线通信装置，可以将不同设备组成一个Zigbee 网络：将PLC、触摸屏、变频器等设备与Zigbee 无线通信装置相连，通过Zigbee 设备，将这些工业设备加入到Zigbee 网络，从而将这些设备结合成一个物联网，实现设备之间的同步和通信，取代原有的电缆连接。

再如，利用Zigbee 无线通信装置，可以实现远程监控：当PLC、触摸品、变频器与Zigbee 无线通信装置相连，远端的PC 上也只需要连上一个Zigbee 无线通信装置，就可以实现远端的监控，通过组态软件可以进行无人监控，大大解决了一些恶劣环境下的设备监控问题。

还有，利用Zigbee 无线通信装置，可以实现自动化领域的Zigbee 无线组网先例：Zigbee 技术在工业领域用途较多的在于传感器的链接和数据采集，然而在自动化设备和领域中，Zigbee 技术一直都没有被采用；但是Zigbee 网络的密集型和可拓展性，正好解决了自动化设备之间有限的通信和监控，它在自动化设备中一旦投入使用，将会有比普通电缆和双绞线更有优势；密集型的网络，将自动化设备和工业设备、PC 有效的相结合，形成一个可延伸、可维护的网络。将更好的把整个自动化流程组织的更为完善和高效，可以说这将是自动化领域、工业领域、通信领域以及物联网领域中一次很大的飞跃。

如图5 所示，由Zigbee 协调器建立起来的网络，周围分布了Zigbee 的路由器设备和Zigbee 的终端4 设备，这些Zigbee 无线通信装置都处在同一个Zigbee 网络中，通过无线2.4GHz 频段，连接在一起；每一个Zigbee 无线通信装置下面，通过UART 串口和工业设备PLC、触摸屏、变频器的MODBUS 串口相连，将终端4 设备的串口通信全部经由Zigbee 无线通信装置UART，并通过无线发出，这样一个网络中，将不会再有电缆连接实现通信；远端的PC，可以通过串口与Zigbee 无线通信装置相连，可以很方便的给所有网络中的任何设备发送信息，也能对每一台设备进行监控。这样，各个设备之间的协调工作也完全经过Zigbee无线通信装置进行通信，完全取代了传统意义上利用有线电缆进行通信和监控的方法。

此外，在上述实施例中，网络是可扩展的，再加入路由器设备或终端4 设备，便可以实现网络的延伸，实现更远距离、更广范围的数据传输，从而达到一个范围内的物联网概念。

综上所述，本发明各实施例的Zigbee 无线通信装置，由于包括型号为CC2530 的单芯片1、天线2、频率为32MHz 的晶振3、以及终端4，其中：在型号为CC2530 的单芯片1 中，RFN 端及RFP 端，与天线2 连接；P2.3 端及P2.4 端，与频率为32MHz 的晶振3 连接；P0.2 端及P0.3 端，与终端4 连接；可以将Zigbee 无线通信装置通过UART 串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC 等终端4 设备的RS232 串口相连，通过协调器（Coordinator）建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee 的路由器（Router）或者终端4 设备（Enddevice）带入Zigbee网络，形成一个无线通信网；有利于摒弃设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网；从而可以克服现有技术中通信距离短、通信速率慢与穿透能力弱的缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于Zigbee 无线通信装置的方法，所述Zigbee 无线通信装置，包括型号为CC2530 的单芯片、天线、频率为32MHz 的晶振、以及终端，其中：

在所述型号为CC2530 的单芯片中，RFN 端及RFP 端，与天线连接；P2.3 端及P2.4 端，与频率为32MHz 的晶振连接；P0.2 端及P0.3 端，与终端连接；

所述终端包括PLC、触摸屏、变频器与PC；

其特征在于，发送数据时：所述CC2530 的单芯片通用UART 串口与所述终端的的RS232 串口相连；

发送数据时，CC2530 的单芯片 将检测到与TXD 相连的UARTRX 上的信号，立即产生中断，将UARTRX 端的数据写入UART0 的DEBUFF 中，当收到数据满足UART 配置的数据格式时，将立即交给RFN，经由天线，产生2.4G 频段的一个波，并发出，同时P1.7 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的发送；

接收数据时：当TXD 没有电平信号的时候， CC2530 的单芯片将只运行在接收模式，此时当底层代码中配置的2.4G 频段的频道中有数据的时候，RFP 将会收到由天线接收到的数据，并立即存入UART0 的DEBUFF 中，与此同时，P2.0 引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的接收。