CN103095856A - 基于Zigbee的USB接口的适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Zigbee的USB接口的适配器，属于适配器，解决现有适配器中信息收集产品存在价格高的问题，本发明包含发射机以及接收发射机发射信号的接收机，其中发射机包含：数据采集器，ZigBee终端设备及发射天线；接收机包含：协调天线，ZigBee协调器，单片机及USB；接收机与发射机实现数据的双向通信。本发明通过ZigBee技术采集现场数据，用单片机把数据转换成USB能够识别的数据，通过USB接口传入控制计算机，实现对各项采集数据指标通过计算机进行快捷检测，此外，单片机采用CC2430芯片和PDIUSBD12芯片组成，使适配器具有成本低廉、设备适应性好、工作可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种适配器，尤其是指一种基于Zigbee的USB接口的适配器。
背景技术
在工业、汽车、医学、办公和家庭等各种环境下，能否快速对某些信息作出反应，将直接关系到人们的工作和生活质量，因此信息的迅速收集对人们的影响越来越大了。但现有适配器中的信息收集产品都存在价格高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种基于Zigbee的USB接口的适配器，该适配器采用成本低廉、工程周期短而且适应性好、可靠性高、扩展性又好的无线Zigbee技术采集现场信号。Zigbee是IEEE 802.15.4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。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于Zigbee的USB接口的适配器，包含发射机以及接收发射机发射信号的接收机，其中：
所述发射机包含：
数据采集器，由数个传感器组成，数个传感器分别采集现场的的数据参数，并转化为数字信号；
ZigBee终端设备，与所述数据采集器连接，其将所述数据采集器输出的数字信号调制成可发送的信号；
发射天线，与所述ZigBee终端设备连接，发射ZigBee终端设备输出的可发送信号；
所述接收机包含：
协调天线，接收所述发射机的发射信号；
ZigBee协调器，与所述协调天线连接，对协调天线接收的信号进行协调；
单片机，与所述ZigBee的协调器连接，对ZigBee协调器输出的协调信号进行再次调制转化为符合USB的数据帧结构；
USB，与所述单片机通过USB协议连接，将USB的数据帧结构向控制计算机传输，实现了数据从现场到控制计算机的传输过程；
所述接收机将控制计算机的控制信号经过所述USB、单片机和ZigBee协调器通过协调天线发送到所述发射机，发射机通过所述发射天线接收该控制信号，实现对现场设备的远程控制，并实现数据的双向通信。
所述现场的数据参数包含现场的温度、湿度和各种气体浓度的数据参数。
所述ZigBee终端设备符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，实现高效率发射、高灵敏度接收，无线数据速率达250kbit/s。
所述ZigBee协调器符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，实现高效率发射、高灵敏度接收。
所述单片机采用Chipcon公司的高度整合的系统级射频收发器CC2430芯片和Philips公司生产的PDIUSBD12芯片连接组成。
所述PDIUSBD12芯片和CC2430芯片连接组成的结构如下：
PDIUSBD12芯片的INT_N引脚与CC2430芯片的INTO/3.2引脚连接；
PDIUSBD12芯片的A0引脚与CC2430芯片的P3.3引脚连接；
PDIUSBD12芯片的DATA[7:0]引脚与CC2430芯片的P[0.7:0.0]/AD[7:0]引脚连接；
PDIUSBD12芯片的WR_N引脚与CC2430芯片的-WR/P3.6引脚连接；
PDIUSBD12芯片的RD_N引脚与CC2430芯片的-RD/P3.7引脚连接；
PDIUSBD12芯片的CLKOUT引脚与CC2430芯片的XTAL1引脚连接；
PDIUSBD12芯片的CS_N引脚接地；
PDIUSBD12芯片的ALE引脚接地。
本发明的有益效果：
本发明是通过ZigBee技术，把数据采集回来，然后用单片机把数据转换成USB能够识别的数据，通过USB接口传入控制计算机，这样就能够实现对各项采集回来的数据指标通过计算机进行快捷检测，给物联网中的数据采集提供了方便。此外，本发明中单片机23采用CC2430芯片和PDIUSBD12芯片组成，使适配器具有成本低廉、设备适应性好、工作可靠性高的优点。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明适配器的结构示意图；
图2为PDIUSBD12芯片和CC2430芯片引脚连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明是为低速率应用而设计的数据采集器，本系统主要采用了ZigBee技术进行组网和通信，系统通过数据发送和接受模块将数据采集回来，然后通过单片机转换为USB的数据格式，通过USB接口直接接入计算机，与计算机进行通讯，实现对现场的各项数据指标进行检测，本发明对于工作人员在物联网环境中(应用ZigBee的物联网网络)现场采集数据提供了方便。
参见图1，本发明包含发射机1以及接收发射机1发射信号的接收机2，其中：
所述发射机1包含：
数据采集器11，由数个传感器组成，数个传感器分别采集现场有关的温度、湿度和各种气体浓度等数据参数，并转化为数字信号；
ZigBee终端设备12，与所述数据采集器11连接，其符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，可实现高效率发射、高灵敏度接收，无线数据速率高达250kbit/s，其将数据采集器11输出的数字信号调制成可发送的信号；
发射天线13，与所述ZigBee终端设备12连接，发射ZigBee终端设备12输出的可发送信号。
所述接收机2包含：
协调天线21，接收发射机1的发射信号；
ZigBee协调器22，与所述协调天线21连接，对协调天线21接收的信号进行协调，其符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，可实现高效率发射、高灵敏度接收；
单片机23，与所述ZigBee的协调器22连接，对ZigBee协调器22输出的协调信号进行再次调制，把协调信号转化为符合USB的数据帧结构；
USB 24，与所述单片机23通过USB协议连接，将USB的数据帧结构向控制计算机传输，实现了数据从现场到控制计算机的整个传输过程。
反之接收机2也可以把控制计算机的控制信号经过USB 24、单片机23和ZigBee协调器22通过协调天线21发送到发射机1，发射机1通过发射天线13接收该控制信号，实现对现场设备的远程控制，从而实现了数据的双向通信。
上述单片机23是本系统设计中的重要部件，主要采用Chipcon公司推出的高度整合的系统级射频收发器CC2430芯片和Philips公司生产的PDIUSBD12芯片连接组成，PDIUSBD12芯片和CC2430芯片引脚连接的结构图参见图2。
PDIUSBD12芯片的ALE引脚接为低电平，表示一个独立的地址和数据总线配置。PDIUSBD12芯片的A0引脚与CC2430芯片的任意一个I/O口引脚相连，该端口控制PDIUSBD12芯片的命令和数据状态。CC2430芯片的多位地址和数据总线可直接与PDIUSBD12芯片的数据总线相连。CC2430芯片的频率输入可由PDIUSBD12芯片的CLKOUT提供。
本实施例中PDIUSBD12芯片和CC2430芯片引脚连接结构如下：
PDIUSBD12芯片的INT_N(中断引脚，在低电平时有效)与CC2430芯片的INTO/3.2(外部中断0引脚)连接；
PDIUSBD12芯片的A0(地址位引脚，A0＝1选择命令指令，A0＝0选择数据。该位在多路地址/数据总线配置时可忽略这一位，此时将其接高电平)与CC2430芯片的P3.3(准双向输入/输出口引脚，外部中断1的中断请求输入端)连接；PDIUSBD12芯片的DATA[7:0](8位双向数据引脚)与CC2430芯片的P[0.7:0.0]/AD[7:0](单片机的双向数据总线和低8位地址总线引脚，在访问外部存储器时实现分时操作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址被锁存；然后用作为数据总线，它也可以用作双向输入/输出口)连接；
PDIUSBD12芯片的WR_N(写信号引脚，在低电平时有效)与CC2430芯片的-WR/P3.6(外部数据存储器写信号引脚)连接；
PDIUSBD12芯片的RD_N(读信号引脚，在低电平时有效)与CC2430芯片的-RD/P3.7(外部数据存储器读信号引脚)连接；
PDIUSBD12芯片的CLKOUT(可编程时钟输出引脚)与CC2430芯片的XTAL1(晶体1引脚，是反相振荡放大器输入和内部时钟工作电路输入引脚)连接；
PDIUSBD12芯片的CS_N(片选引脚，在低电平时有效)接地；
PDIUSBD12芯片的ALE(地址锁存允许引脚，在多路地址/数据总线中，下降沿关闭地址信息锁存，将其固定为低电平用于单地址/数据总线配置)接地。
其中CC2430芯片包含有RF前端、闪存(128KB)、RAM(8KB)以及MCU(8051)核、模数转换器、定时器、AES128协同处理器、开门狗、32KHz晶振体休眠定时器、上电复位和掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。
CC2430芯片的主要特点如下：
高性能和低功耗的8051微控制器核；
集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机；
优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；
在休眠模式时仅0.9μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部的中断能唤醒系统；
硬件支持CSMA/CA功能；
较宽的电压范围(2.0～3.6V)；
数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能；
具有电池监测和温度感测功能；
集成了14位模数转换的ADC；
集成AES安全协处理器；
带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE 802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；
强大和灵活的开发工具。
所述PDIUSBD12是USB器件，它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口。它还支持本地的DMA传输。
这种实现USB接口的标准组件使得设计者可以在各种不同类型微控制器中选择出最合适的微控制器。这种灵活性减小了开发的时间、风险，从而用最快捷的方法实现最经济的USB外设的解决方案。
PDIUSBD12完全符合USB1.1版的规范。它还符合大多数器件的分类规格：成像类、海量存储器件、通信器件、打印设备以及人机接口设备。同样地PDIUSBD12理想地适用于许多外设，例如打印机、扫描仪、外部的存储设备(Zip驱动器)和数码相机等等。它使得当前使用SCSI的系统可以立即降低成本。
PDIUSBD12所具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPIOnNOW和USB电源管理的要求。低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设。
据此，本发明中单片机23采用CC2430芯片和PDIUSBD12芯片组成，使整个设备的功耗低，性能好，成本低，并能够实现对各项采集回来的数据指标通过计算机进行快捷检测，给物联网中的数据采集提供了方便。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种基于Zigbee的USB接口的适配器，包含发射机以及接收发射机发射信号的接收机，其特征在于：
所述发射机包含：
数据采集器，由数个传感器组成，数个传感器分别采集现场的的数据参数，并转化为数字信号；
ZigBee终端设备，与所述数据采集器连接，其将所述数据采集器输出的数字信号调制成可发送的信号；
发射天线，与所述ZigBee终端设备连接，发射ZigBee终端设备输出的可发送信号；
所述接收机包含：
协调天线，接收所述发射机的发射信号；
ZigBee协调器，与所述协调天线连接，对协调天线接收的信号进行协调；
单片机，与所述ZigBee的协调器连接，对ZigBee协调器输出的协调信号进行再次调制转化为符合USB的数据帧结构；
USB，与所述单片机通过USB协议连接，将USB的数据帧结构向控制计算机传输，实现数据从现场到控制计算机的传输过程；
所述接收机将控制计算机的控制信号经过所述USB、单片机和ZigBee协调器通过协调天线发送到所述发射机，发射机通过所述发射天线接收该控制信号，实现对现场设备的远程控制，并实现数据的双向通信。
2.如权利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的适配器，其特征在于：
所述现场的数据参数包含现场的温度、湿度和各种气体浓度的数据参数。
3.如权利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的适配器，其特征在于：
所述ZigBee终端设备符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，实现发射及接收，无线数据速率为250kbit/s。
4.如权利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的适配器，其特征在于：
所述ZigBee协调器符合ZigBee网络层标准，为IEEE.802.15.4标准兼容产品，实现发射及接收。
5.如权利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的适配器，其特征在于：
所述单片机采用Chipcon公司的高度整合的系统级射频收发器CC2430芯片和Philips公司生产的PDIUSBD12芯片连接组成。
6.如权利要求6所述的基于Zigbee的USB接口的适配器，其特征在于：
所述PDIUSBD12芯片和CC2430芯片连接组成的结构如下：
PDIUSBD12芯片的INT_N引脚与CC2430芯片的INTO/3.2引脚连接；
PDIUSBD12芯片的A0引脚与CC2430芯片的P3.3引脚连接；
PDIUSBD12芯片的DATA[7:0]引脚与CC2430芯片的P[0.7:0.0]/AD[7:0]引脚连接；
PDIUSBD12芯片的WR_N引脚与CC2430芯片的-WR/P3.6引脚连接；
PDIUSBD12芯片的RD_N引脚与CC2430芯片的-RD/P3.7引脚连接；
PDIUSBD12芯片的CLKOUT引脚与CC2430芯片的XTAL1引脚连接；
PDIUSBD12芯片的CS_N引脚接地；
PDIUSBD12芯片的ALE引脚接地。
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|---|---|---|---|---|
| CN104284403A (zh) * | 2013-07-12 | 2015-01-14 | 中南大学 | 一种无线传感器网络低功耗节点设计方法 |
| CN105933349A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-07 | 华南理工大学 | 用于Zigbee网络的智能终端通用扩展模块 |
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