CN102387520A - 一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器 - Google Patents

一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器 Download PDF

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许洪华
刘科
许尤
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Suzhou University of Science and Technology
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Suzhou University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器，包括16个单信道ZigBee通信前端、控制器和接口电路和通用计算机系统，所述16个ZigBee通信前端均与所述控制器和接口电路连接，所述16个ZigBee通信前端均包含一以MC13213为核心的第一单芯片，所述第一单芯片连接天线电路和第一外围电路；所述控制器和接口电路包含一以MCF52233为核心的第二单芯片，所述第二单芯片分别连接第二外围电路和以太网接口电路，所述以太网接口电路通过以太网连接所述通用计算机系统。该发明解决了ZigBee应用过程中亟待解决的全信道侦听和信号发生技术；实现数据处理和人机交互；系统实现方便，具有应用和推广价值。

Description

一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器
 
技术领域
本发明涉及一种仪器仪表，具体的涉及ZigBee通信全信道监测与信号发生器。
背景技术
无线传感网络逐步开始应用。其中，ZigBee以其低功耗、组网灵活、技术成熟等特点，已经应用于军事、工业、医疗、以及环境监测和智能家居等各个层次领域。与其它无线一样，建立无线通信链路，以及保证无线通信链路质量，是ZigBee应用的关键问题。如何有效监测系统中ZigBee信道通信情况，进而为系统调度和设计提供数据，已经成为ZigBee应用和推广过程中基础而重要的问题。
ZigBee工作在工业科学医疗(ISM)频段，定义了2.4 GHz频段和868/915 MHz频段。在我国，ZigBee通信采用2.4 GHz，16个速率为250kb/s的信道。一般监测ZigBee通信信道分为两种请况：对于单一信道的通信网络，基于通用的ZigBee前端对固定信道通信数据进行监测；对于多信道网络，采用连续的频谱扫描方法。实际应用中，由于WiFi、蓝牙等均处于2.4 GHz ISM频段，为避免同频干扰等，单一信道网络的工作信道需要调整或动态变化，或者直接构建动态多信道网络。采用监测固定信道通信的方法常常不能满足应用需要，采用频谱扫描要求高端仪器，而且频谱检测和分析时间长，难于做到在线实时监测。
传统的基于通用ZigBee前端对固定信道通信数据进行监测方式，不能满足信道变化或多信道网络，而连续的频谱扫描方法实时性差，成本高，也不能满足ZigBee应用推广需求。同样，如何灵活地在ZigBee工作信道产生干扰或测试用的数据，采用单信道前端和频谱仪也不能满足应用需求。
发明内容
为解决ZigBee应用过程中亟待解决的全信道侦听和信号发生技术的问题，本发明旨在提供一种ZigBee通信全信道监测仪/信号发生器，该发明实时、在线监测ZigBee所有信道通信，也可以灵活地在指定信道或多信道上产生ZigBee通信信号，为ZigBee通信分析、应用提供有效途径。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器，包括16个单信道ZigBee通信前端、控制器和接口电路和通用计算机系统，所述16个ZigBee通信前端分别与所述控制器和接口电路连接，所述16个ZigBee通信前端均包含一以MC13213为核心的第一单芯片，所述第一单芯片连接天线电路和第一外围电路；所述控制器和接口电路包含一以MCF52233为核心的第二单芯片，所述第二单芯片分别连接第二外围电路和以太网接口电路，所述以太网接口电路通过以太网连接所述通用计算机系统。
进一步的，所述16个ZigBee通信前端中的第1个前端通过所述第一单芯片的串行通信口与所述第二单芯片连接，并以DMA方式通信。
进一步的，所述16个ZigBee通信前端中除第1个以外的其它15个前端均通过所述第一单芯片的PTA口与所述第二单芯片的PORT TA口直接并行连接，同时每个所述第一单芯片还分别通过PTB.0连接到所述第二单芯片。
进一步的，所述通用计算机系统配置Labview软件和Modbus/TCP驱动。
本发明的原理如下: ZigBee通信全信道监测与信号发生器组成包括16个单信道ZigBee通信前端、控制器和接口电路、通用计算机系统三个部分组成。16个单信道ZigBee通信前端分别侦听16个ZigBee通信信道，通过控制器和接口电路传送给计算机，也可以由计算机通过控制器和接口电路控制，在一个或多个信道产生ZigBee通信信号。
ZigBee通信前端以MC13213为核心。MC13213为freescale公司新推出的一款高性能ZigBee芯片，集成了8位CPU和无线前端芯片。系统中设计了天线和基本的外围电路，构成紧凑型高性价比ZigBee前端。
控制器和接口电路以freescale公司的MCF52233为核心。MCF52233是Freescale单芯片32位控制器芯片，在ColdFire V2内核上集成了256Kflash、32KRAM、通用I/O和10M/100M以太网控制器。系统中设计了基本的外围电路和以太网接口电路。由于MCF52233片内已经集成了以太网物理层模块，本系统设计中采用了内置以太网隔离变压器的 RJ45 接口（PRJ-005A），构成简捷的10M/100M以太网接口，直接与计算机连接。
ZigBee通信前端与控制器接口设计上，第1个ZigBee通信前端通过串行通信口与MCF52233连接，以DMA方式通信，其它15个前端均通过MC13213的PTA口与MCF52233PORT TA口直接并行连接，同时每个MC13213的PTB.0作为中断申请信号连接到MCF52233的外部中断输入引脚                                                。
工作中，每个ZigBee通信前端侦听各自设定的信道，接收有效数据并通过串口或并口传送给控制器，控制器进行基本的数据融合后，通过以太网传送给计算机。计算机要发送的ZigBee通信信号通过以太网传送到控制器，控制器提取要发送到对应信道的数据，然后通过串口或并口发送到对应的ZigBee通信前端，产生ZigBee通信信号。
计算机配置Labview软件和Modbus/TCP驱动，可方便灵活地与控制器通信，实现数据读写和数据处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明解决了ZigBee应用过程中亟待解决的全信道侦听和信号发生技术；系统采用16个高性能/价格比ZigBee 前端分别侦听16个ZigBee信道，也可以在全信道上发生ZigBee信号；通过高性能32位处理器进行数据处理，通过标准以太网与计算机通信，并在计算机中以labview软件实现数据处理和人机交互；系统设计采用了标准的软件和硬件，实现方便，具有应用和推广价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明组成结构示意图。
图中标号说明：1、ZigBee通信前端，2、控制器和接口电路，3、通用计算机系统，4、第一单芯片，5、天线电路，6、第一外围电路，7、第二单芯片，8、第二外围电路，9、以太网接口电路。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1所示，一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器，包括16个单信道ZigBee通信前端1、控制器和接口电路2和通用计算机系统3，所述16个ZigBee通信前端1均与所述控制器和接口电路2连接，所述16个ZigBee通信前端1均包含一以MC13213为核心的第一单芯片4，所述第一单芯片4连接天线电路5和第一外围电路6；所述控制器和接口电路2包含一以MCF52233为核心的第二单芯片7，所述第二单芯片7分别连接第二外围电路8和以太网接口电路9，所述以太网接口电路9通过以太网连接所述通用计算机系统3。
进一步的，所述16个ZigBee通信前端1中的第1个前端通过所述第一单芯片4的串行通信口与所述第二单芯片7连接，并以DMA方式通信。
进一步的，所述16个ZigBee通信前端1中除第1个以外的其它15个前端均通过所述第一单芯片4的PTA口与所述第二单芯片7的PORT TA口直接并行连接，同时每个所述第一单芯片4还分别通过PTB.0作为中断申请信号连接到所述第二单芯片7外部中断输入引脚。
进一步的，工作中，每个ZigBee通信前端侦听各自设定的信道，接收有效数据并通过串口或并口传送给控制器，控制器进行基本的数据融合后，通过以太网传送给计算机。计算机要发送的ZigBee通信信号通过以太网传送到控制器，控制器提取要发送到对应信道的数据，然后通过串口或并口发送到对应的ZigBee通信前端，产生ZigBee通信信号。
进一步的，所述通用计算机系统3配置Labview软件和Modbus/TCP驱动。

Claims (4)

1.一种ZigBee通信全信道监测与信号发生器，包括16个单信道ZigBee通信前端（1）、控制器和接口电路（2）和通用计算机系统（3），其特征在于：所述16个ZigBee通信前端（1）均与所述控制器和接口电路（2）连接，所述16个ZigBee通信前端（1）均包含一以MC13213为核心的第一单芯片（4），所述第一单芯片（4）连接天线电路（5）和第一外围电路（6）；所述控制器和接口电路（2）包含一以MCF52233为核心的第二单芯片（7），所述第二单芯片（7）分别连接第二外围电路（8）和以太网接口电路（9），所述以太网接口电路（9）通过以太网连接所述通用计算机系统（3）。
2.根据权利要求1所述的ZigBee通信全信道监测与信号发生器，其特征在于：所述16个ZigBee通信前端（1）中的第1个前端通过所述第一单芯片（4）的串行通信口与所述第二单芯片（7）连接，并以DMA方式通信。
3.根据权利要求1所述的ZigBee通信全信道监测与信号发生器，其特征在于：所述16个ZigBee通信前端（1）中除第1个以外的其它15个前端均通过所述第一单芯片（4）的PTA口与所述第二单芯片（7）的PORT TA口直接并行连接，同时每个所述第一单芯片（4）还分别通过PTB.0连接到所述第二单芯片（7）。
4.根据权利要求1、2和3所述的ZigBee通信全信道监测与信号发生器，其特征在于：所述通用计算机系统（3）配置Labview软件和Modbus/TCP驱动。
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