CN104426573A - 基于Zigbee的远程无线收发全功能设备及其收发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备及其收发方法，其包括MCU主控电路、无线通信模块电路、信号收发处理电路、按键模块电路、显示模块电路、串口通信电路、USB下载电路、调试电路、存储电路、IO口扩展电路和电源模块所述的设备采用MSP430FG439+A7153+RFX2411的远程无线收发方案，不仅改变了传统的Zigbee无线通信方案，使得MCU不再绑定在射频收发芯片中，增强了系统的灵活性以及MCU的处理能力，易于实现外围设备的扩展；另外，A7153的应用还降低了设备复杂度，节省元器件，降低成本，并大大降低了MCU的负担及功耗；而REX2411的应用则有效增大了信号发射功率，降低了系统的噪声系数NF，延长了无线信号传输距离。

Description

基于Zigbee的远程无线收发全功能设备及其收发方法
技术领域
本发明属于无线通信的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备及其收发方法。
背景技术
对于家庭控制、工业自动化等应用来说，现在常用的无线通信方案有Wi-Fi，UWB，IrDA，NFC以及ZigBee技术。Wi-Fi的传输速率快，可达到百米，但是成本高、功耗大；UWB的传输速率高，发射功率低，但通信距离短；蓝牙传输速率高，但传输范围小，节点功耗大；IrDA传输距离较短，而且只能同时连接两台设备，无法进行灵活组网；NFC传输距离短。而ZigBee技术在无线通信应用领域具有低成本、低功耗、低复杂度的特点。
Zigbee芯片的种类已经越来越多，如使用较广泛的CC2530，以及MC13192、AT86RF230、MRF24J40，而这些芯片都有一个共同特点，即芯片本身带有MCU，由于芯片本身既要负责信号收发又要负责信号处理，这就导致MCU的处理能力很有限，功耗大，而且功能扩展能力也较差。其次，在应用这些芯片进行无线通信研究时，由于芯片本身的发射功率都很小，加上其接收灵敏度也固定在一定的范围之内，这样就限制了无线传感器网络的通信距离，实际的传输距离也只有几百米不等。而有些特定的场合中，要求无线通信节点间的距离要有1Km或者更远。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备及其收发方法。本发明所述的设备不仅能够实现远程无线有效接收信号及发送信号，而且还减少了设备成本，降低了装置复杂度。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，用于远程无线接收各类传感器所采集的信号以及远程无线发送指令信号，其包括MCU主控电路、无线通信模块电路、信号收发处理电路、按键模块电路、显示模块电路、串口通信电路、USB下载电路、调试电路、存储电路、IO口扩展电路和电源模块；所述的MCU主控电路分别与无线通信模块电路、按键模块电路、显示模块电路、串口通信电路、USB下载电路、调试电路、存储电路、IO口扩展电路和电源模块11相连；所述的无线通信模块电路分别与MCU主控电路、信号收发处理电路、IO口扩展电路、电源模块相连；所述的信号收发处理电路分别与无线通信模块电路和电源模块相连；所述的显示模块电路分别与MCU主控电路和电源模块相连；所述的串口通信电路分别与MCU主控电路和电源模块相连；所述的USB下载电路分别与MCU主控电路和电源模块相连；所述的IO口扩展电路分别与MCU主控电路和无线通信模块电路相连；所述的电源模块分别与MCU主控电路、无线通信模块电路、信号收发处理电路、显示模块电路、串口通信电路和USB下载电路相连。
其中，所述的MCU主控电路核心处理器选用MSP430FG439。MSP430FG439是一款具有超低功耗的MCU，在便携式测量应用中延长了电池寿命，具有面向各种应用的不同外设集架构，允许唤醒低功耗模式，具有16位寄存器和常数发生器、数控振荡器(DCO)、配置A/D转换器，双12位D/A转换器、三个可配置的运算放大器，一个同步/异步通信接口(USART)、DMA和液晶显示(LCD)驱动器。MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收、发送，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作，也可以将上位机传来的指令信号经无线通信模块、信号收发处理电路发送出去达到远程控制设备的目的。
其中，所述的无线通信模块电路核心处理器选用A7153，A7153是一款高性能，低功耗的2.4GHz IEEE802.15.4收发器(直接序列扩频在IEEE802.15.4定义的)。它集成了PHY和MAC功能的单芯片解决方案。A7153集成了低噪声放大器(LNA)，混频器，片上滤波器，功率放大器(3.5dBm)，频率合成器和基带调制解调器，A7153主要用于无线信号的接收和发送处理。
其中，所述的信号收发处理电路3核心处理器选用RFX2411，RFX2411是一个完全集成的射频前端单芯片，集成了所有的RF功能所需要的ZigBee应用。RFX2411架构集成了PA，低噪声放大器(LNA)，发送和接收切电路，相关的匹配网络。它还包括旁路模式，以提高系统的灵活性。此芯片专为使用2.4GHz ISM频段，支持802.15.4ZigBee标准。RFX2411具有简单和低电压CMOS控制逻辑，集成了PA功率检测电路，RFX2411的作用主要是通过功率放大增大发射功率、降低系统噪声系数NF，改善无线信号传输性能，提高信号接收灵敏度。
其中，所述的按键模块电路选用5个按键经上拉电阻与所述的MCU主控电路相连，主要作用是辅助系统完成复位功能、设定全功能设备状态为路由器、协调器或者传感器节点功能以及设置数据的发送和接收功能。
其中，所述的显示模块电路5由5个LED指示灯以及1个LCD液晶显示屏组成，LCD显示屏采用JXD1602E，并通过2个NPN三极管MJE13003组成电路控制LCD背光灯的开与关，LCD液晶屏主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息。LED指示灯部分主要用来指示设备工作状态。
其中，所述的串口通信电路6采用1个PNP三极管、1个NPN三极管、5个电阻、1个电解电容以及2个二极管组成电路作为TTL电平与RS232-EIA电平转换电路，采用此种电路代替传统电平转换芯片，电路简单，成本低廉，易于实现TTL电平与RS232-EIA电平之间的转换。
其中，所述的USB下载电路转换芯片选用CH341T，CH341T是一款提供异步串口、打印口、并口和同步串行口的转换芯片，在UART模式下，CH341T提供了交互式的速率控制信号，如串口发送使能，串口接收准备等，还提供常用的MODEM通信信号，CH341T还支持一些常用的同步串行接口，如2线(SCL，SDA)和4线接口(CS，SCK，MISO/CLK/SDI/DIN和MOSI/SDO/DOUT)，CH341T主要结合MCU完成USB功能，用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器。
其中，所述的存储电路核心芯片选用AT45DB161，AT45DB161是一款串行接口的FLASH存储器，AT45DB161支持RapidS串行接口，适用于要求高速操作的应用，RapidS串行接口兼容SPI，最高频率可达66MHz，AT45DB161的存储容量为17,301,504位，AT45DB161还包含2个512/528字节的SRAM缓冲区，DataFlash通过RapidS串行接口顺序访问数据，简单顺序访问机制极大的减少了有效引脚的数量，AT45DB161低功耗的特点适合本系统需要，在此作用主要是作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能。
其中，所述的IO口扩展电路10包括MCU扩展以及A7153扩展，主要用于连接各类型传感器及开关设备，使全功能设备作为传感器节点时功能不单一。
其中，所述的电源模块提供两组供电方式，一是外接直流5V电源转3.3V方式，此方式中采用电阻电容及NPN三极管、二极管组成5V转3.3V电路，采用此种电路稳压性能良好，可有效降低成本，二是直接电池供电方式，电源模块主要用于为系统供电，保证系统正常运行。
本发明的第二方面，还涉及一种基于上述Zigbee的远程无线收发全功能设备的收发方法：所述的MCU主控电路通过所述的IO口扩展电路10连接各类型传感器及开关，所述的无线通信模块电路核心处理器A7153，此模块作为所述的MCU主控电路与所述的信号收发处理电路的中间桥梁，在接收部分，所述的信号收发处理电路核心芯片RFX2411内部的LNA使得所述的无线通信模块电路核心处理器A7153内部收发器前端增加一级LNA，若RFX2411内部LNA工作在高增益，将有效的抑制系统噪声系数NF，优化传输性能，进一步改善接收灵敏度，提高无线传输距离。2.4GHz射频信号从天线接收后，经所述的信号收发处理电路进入低噪声放大环节，经由混频、滤波、限幅、接收端信号强度指示等环节，最后进行数字解调处理，然后把接收的数据存入接收缓冲区，通过SPI通信传送至所述的MCU主控电路处理，所述的MCU主控电路其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作。在发送部分，所述的信号收发处理电路核心芯片RFX2411内部自带的PA使得A7153无线收发器的发射链路的外部增加一级PA，使送入天线的最大功率由A7153所送出的3.5dBm提升至21dBm，进而通过软件设置调节可使系统发射功率的范围为0dBm至21dBm；发送缓冲区内的数据信息经过压控振荡器与双点差异积分调制器调制，把调制后的射频信号通过功率放大器放大，最后经由所述的信号收发处理电路3至天线辐射出去。此时所述的MCU主控电路其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、发送，将上位机传来的指令信号经无线通信模块及信号收发处理发送出去达到远程控制设备的目的。所述的键模块电路，用于系统复位、设定全功能设备状态为路由器或者协调器功能以及设置数据的发送和接收。所述的显示模块电路，主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息。所述的串口通信电路，用于实现全功能设备与上位机PC的通信。所述的USB下载电路，用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器。所述的调试电路，用于验证程序，进行程序测试。所述的存储电路，作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能。所述的电源模块，为整个系统提供电源。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
本发明所述的设备采用MSP430FG439+A7153+RFX2411的远程无线收发方案，不仅改变了传统的Zigbee无线通信方案，使得MCU不再绑定在射频收发芯片中，增强了系统的灵活性以及MCU的处理能力，易于实现外围设备的扩展；另外，A7153的应用还降低了设备复杂度，节省元器件，降低成本，并大大降低了MCU的负担及功耗；而REX2411的应用则有效增大了信号发射功率，降低了系统的噪声系数NF，延长了无线信号传输距离。
附图说明
图1为实施例1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备的结构框图；
图2为实施例1所述远程无线收发全功能设备中MCU主控电路图；
图3为实施例1所述远程无线收发全功能设备中无线通信模块电路图；
图4为实施例1所述远程无线收发全功能设备中信号收发处理电路图；
图5为实施例1所述远程无线收发全功能设备中按键模块电路图；
图6为实施例1所述远程无线收发全功能设备中显示模块电路图；
图7为实施例1所述远程无线收发全功能设备中串口通信电路图；
图8为实施例1所述远程无线收发全功能设备中USB下载电路图；
图9为实施例1所述远程无线收发全功能设备中调试电路图；
图10为实施例1所述远程无线收发全功能设备中存储电路图；
图11为实施例1所述远程无线收发全功能设备中IO口扩展电路图；
图12为实施例1所述远程无线收发全功能设备中电源模块电路图；
图中各附图标记所表示的含义分别为：1、MCU主控电路，2、无线通信模块电路图，3、信号收发处理电路，4、按键模块电路，5、显示模块电路，6、串口通信电路，7、USB下载电路，8、调试电路，9、存储电路，10、IO口扩展电路，11、电源模块电路。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备的结构和功能做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
如图1至图12所示的本发明的结构，为一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，用于远程无线接收各类传感器所采集的信号以及远程无线发送指令信号控制相关设备。
如图1所示，所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备包括MCU主控电路1、无线通信模块电路2、信号收发处理电路3、按键模块电路4、显示模块电路5、串口通信电路6、USB下载电路7、调试电路8、存储电路9、IO口扩展电路10、电源模块11；所述的MCU主控电路1分别与无线通信模块电路2、按键模块电路4、显示模块电路5、串口通信电路6、USB下载电路7、调试电路8、存储电路9、IO口扩展电路10、电源模块11相连，所述的无线通信模块电路2分别与MCU主控电路1、信号收发处理电路3、IO口扩展电路10、电源模块11相连，所述的信号收发处理电路3分别与无线通信模块电路2、电源模块11相连，所述的按键模块电路4与MCU主控电路1相连，所述的显示模块电路5分别与MCU主控电路1、电源模块11相连，所述的串口通信电路6分别与MCU主控电路1、电源模块11相连，所述的USB下载电路7分别与MCU主控电路1、电源模块11相连，所述的调试电路8与MCU主控电路1相连，所述的存储电路9与MCU主控电路1相连，所述的IO口扩展电路10分别与MCU主控电路1、无线通信模块电路2相连，所述的电源模块11分别与MCU主控电路1、无线通信模块电路2、信号收发处理电路3、显示模块电路5、串口通信电路6、USB下载电路7相连。
所述的MCU主控电路1核心处理器选用MSP430FG439，所述的MSP430FG439的P3.0、P3.2、TCK、P5.0、P5.1分别与所述的无线通信模块电路2所用A7153的SCS、SDIO、CKO、GIO1、GIO2相连，所述的MSP430FG439的P2.0～2.3、RST与所述的按键模块电路4相连，所述的MSP430FG439的P1.0～P1.3、P4.0～4.7、P5.2、P5.4～P5.7与所述的显示模块电路5相连，所述的MSP430FG439的P6.2、P6.3、RST、P6.5、P6.6、P6.7分别与所述的存储电路9所用AT45DB161的SI、SCK、RESET、CS、SO、WP相连，所述的MSP430FG439的P2.4、P2.5分别与所述的USB下载电路7所用的CH431T的RXD、TXD相连，所述的MSP430FG439的TCK、TMS、TDI、TDO分别与所述的调试电路8所用JTAG口的1、5、9、3引脚相连，所述的MSP430FG439的UTXD0、URXD0与所述的串口通信电路6相连，所述的MSP430FG439的P1.4～P1.7、P2.6、P2.7、P3.4～P3.7与所述的IO口扩展电路10相连，所述的MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收、发送，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作，也可以将上位机传来的指令信号经无线通信模块、信号收发处理电路发送出去达到远程控制设备的目的。
所述的无线通信模块电路2核心处理器选用A7153，所述的A7153的SCS、SDIO、CKO、GIO1、GIO2分别与所述的MSP430FG439的P3.0、P3.2、TCK、P5.0、P5.1相连，A7153主要用于无线信号的接收和发送处理。
所述的信号收发处理电路3核心处理器选用RFX2411，所述的RFX2411的TXRX与所述的无线通信模块电路2所用的A7153的RFIO相连，RFX2411的作用主要是通过功率放大增大发射功率、降低系统噪声系数NF，改善无线信号传输性能，提高信号接收灵敏度。
所述的按键模块电路4选用5个按键经上拉电阻与所述的MCU主控电路1所用的MSP430FG439的P2.0～2.3、RST相连，主要作用是辅助系统完成复位功能、设定全功能设备状态为路由器或者协调器功能以及设置数据的发送和接收功能。
所述的显示模块电路5由5个LED指示灯以及1个LCD液晶显示屏组成，所述的显示模块电路5与所述的MSP430FG439的P1.0～P1.3、P4.0～4.7、P5.2、P5.4～P5.7相连，LCD液晶屏主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息。LED指示灯部分主要用来指示设备工作状态。
所述的串口通信电路6采用1个PNP三极管、1个NPN三极管、5个电阻、1个电解电容以及2个二极管组成，所述的串口通信电路6与所述的MSP430FG439的UTXD0、URXD0相连，主要功能是实现全功能设备与上位机PC的通信。
所述的USB下载电路7转换芯片选用CH341T，所述的USB下载电路7所用的CH431T的RXD、TXD分别与所述的MSP430FG439的P2.4、P2.5相连，主要功能是用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器或者是传感器节点。
所述的调试电路8采用JTAG调试，所述的调试电路8所用JTAG口的1、5、9、3引脚分别与所述的MSP430FG439的TCK、TMS、TDI、TDO相连，主要功能是验证程序，进行程序测试，如断点测试等操作。
所述的存储电路9核心芯片选用AT45DB161，所述的存储电路9所用AT45DB161的SI、SCK、RESET、CS、SO、WP分别与所述的MSP430FG439的P6.2、P6.3、RST、P6.5、P6.6、P6.7相连，主要功能是作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能。
所述的IO口扩展电路10包括MCU扩展以及A7153扩展，所述的IO口扩展电路10与所述的MSP430FG439的P1.4～P1.7、P2.6、P2.7、P3.4～P3.7相连，主要功能是用于连接各类型传感器及开关设备，使全功能设备作为传感器节点时功能不单一。
所述的电源模块11提供两组供电方式，一是外接直流5V电源转3.3V方式，此方式中采用电阻电容及NPN三极管、二极管组成5V转3.3V电路，二是直接电池供电方式，电源模块主要用于为系统供电，保证系统正常运行。
利用上述基于Zigbee的远程无线收发全功能设备的收发方法，如下：所述的MCU主控电路1通过所述的IO口扩展电路10连接各类型传感器及开关，所述的无线通信模块电路2核心处理器A7153，此模块作为所述的MCU主控电路1与所述的信号收发处理电路3的中间桥梁，在接收部分，所述的信号收发处理电路3核心芯片RFX2411内部的LNA使得所述的无线通信模块电路2核心处理器A7153内部收发器前端增加一级LNA，若RFX2411内部LNA工作在高增益，将有效的抑制系统噪声系数NF，优化传输性能，进一步改善接收灵敏度，提高无线传输距离。2.4GHz射频信号从天线接收后，经所述的信号收发处理电路3进入低噪声放大环节，经由混频、滤波、限幅、接收端信号强度指示等环节，最后进行数字解调处理，然后把接收的数据存入接收缓冲区，通过SPI通信传送至所述的MCU主控电路1处理，所述的MCU主控电路1其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作。在发送部分，所述的信号收发处理电路3核心芯片RFX2411内部自带的PA使得A7153无线收发器的发射链路的外部增加一级PA，使送入天线的最大功率由A7153所送出的3.5dBm提升至21dBm，进而通过软件设置调节可使系统发射功率的范围为0dBm至21dBm；发送缓冲区内的数据信息经过压控振荡器与双点差异积分调制器调制，把调制后的射频信号通过功率放大器放大，最后经由所述的信号收发处理电路3至天线辐射出去。此时所述的MCU主控电路1其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、发送，将上位机传来的指令信号经无线通信模块及信号收发处理发送出去达到远程控制设备的目的。所述的键模块电路4，用于系统复位、设定全功能设备状态为路由器或者协调器功能以及设置数据的发送和接收。所述的显示模块电路5，主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息。所述的串口通信电路6，用于实现全功能设备与上位机PC的通信。所述的USB下载电路7，用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器。所述的调试电路8，用于验证程序，进行程序测试。所述的存储电路9，作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能。所述的电源模块11，为整个系统提供电源。
在本实施例中各模块的功能可总结如下：
1、MCU主控电路，连接传感器及开关，MCU控制器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收、发送，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作，也可以将上位机传来的指令信号经无线通信模块、信号收发处理电路发送出去达到远程控制设备的目的。
2、无线通信模块电路，核心处理器A7153，此模块作为MCU主控电路与信号收发处理电路的中间桥梁，在接收部分，2.4GHz射频信号从天线接收后，经信号收发处理电路进入低噪声放大环节，经由混频、滤波、限幅、接收端信号强度指示等环节，最后进行数字解调处理，然后把接收的数据存入接收缓冲区，通过SPI通信传送至MCU处理。在发送部分，发送缓冲区内的数据信息经过压控振荡器与双点差异积分调制器调制，把调制后的射频信号通过功率放大器放大，最后经由信号收发处理电路至天线辐射出去。
3、信号收发处理电路，核心处理芯片RFX2411，在发射端，RFX2411内部自带的PA使得A7153无线收发器的发射链路的外部增加一级PA，使送入天线的最大功率由A7153所送出的3.5dBm提升至21dBm，进而通过软件设置调节可使系统发射功率的范围为0dBm至21dBm；在接收端，RFX2411内部的LNA使得A7153内部收发器前端增加一级LNA，若RFX2411内部LNA工作在高增益，将有效的抑制系统噪声系数NF，优化传输性能，进一步改善接收灵敏度，提高无线传输距离。
4、按键模块电路，辅助系统完成复位功能、设定全功能设备状态为路由器、协调器或者是传感器节点功能以及设置数据的发送和接收功能。
5、显示模块电路，此模块包括两部分，一是LCD液晶显示部分，二是LED指示灯部分。LCD液晶屏主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息。LED指示灯部分主要用来指示设备工作状态。
6、串口通信电路，实现全功能设备与上位机PC的通信。
7、USB下载电路，用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器。
8、调试电路，验证程序，进行程序测试，如断点测试等操作。
9、存储电路，作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能。
10、IO口扩展电路，连接各类型传感器及开关设备，使全功能设备作为传感器节点时功能不单一。
11、电源模块，为整个系统提供电源。
本实施例所述的远程无线收发全功能设备，采用MSP430FG439+A7153+RFX2411的远程无线收发方案。A7153内建的PA及LNA的脚位型态上采用单端输出入合并设计，可省去外部昂贵的平衡非平衡适配器，A7153集成了晶体振荡器的负载电容及PLL滤波组件，大幅减少了外部元件，A7153提供很容易实现符合Zigbee(IEEE802.15.4)安全标准的CCM*模块，并支持载波侦测多重存取/碰撞避免(CSMA/CA)机制沟通方式，具有自动应答(Auto ACK)功能，大幅降低了MCU的负担及功耗。A7153为进一步降低平均功耗，内建了无线唤醒机制。RFX2411是一个完全集成的射频前端单芯片，集成了所有的RF功能所需要的ZigBee应用，可以有效增大无线发射功率，降低噪声系数NF，延长信号传输距离；其次利用MCU-MSP430FG439的处理能力增强对收发信号的处理，以及轻松实现连接外扩设备，如按键模块、显示模块、USB模块、JTAG调试模块、串口通信模块、存储器扩展模块、IO口扩展模块等；最后本发明中将传统的Zigbee芯片中的MCU分解出来，利用MCU加独立射频收发芯片的方案，也改变了传统Zigbee方案的格局，使系统的灵活性更强，性能更佳。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：包括MCU主控电路(1)、无线通信模块电路(2)、信号收发处理电路(3)、按键模块电路(4)、显示模块电路(5)、串口通信电路(6)、USB下载电路(7)、调试电路(8)、存储电路(9)、IO口扩展电路(10)和电源模块(11)；所述的MCU主控电路(1)分别与无线通信模块电路(2)、按键模块电路(4)、显示模块电路(5)、串口通信电路(6)、USB下载电路(7)、调试电路(8)、存储电路(9)、IO口扩展电路(10)、电源模块(11)相连，所述的无线通信模块电路(2)分别与MCU主控电路(1)、信号收发处理电路(3)、IO口扩展电路(10)、电源模块(11)相连，所述的信号收发处理电路(3)分别与无线通信模块电路(2)、电源模块(11)相连，所述的按键模块电路(4)与MCU主控电路(1)相连，所述的显示模块电路(5)分别与MCU主控电路(1)、电源模块(11)相连，所述的串口通信电路(6)分别与MCU主控电路(1)、电源模块(11)相连，所述的USB下载电路(7)分别与MCU主控电路(1)、电源模块(11)相连，所述的调试电路(8)与MCU主控电路(1)相连，所述的存储电路(9)与MCU主控电路(1)相连，所述的IO口扩展电路(10)分别与MCU主控电路(1)、无线通信模块电路(2)相连，所述的电源模块(11)分别与MCU主控电路(1)、无线通信模块电路(2)、信号收发处理电路(3)、显示模块电路(5)、串口通信电路(6)、USB下载电路(7)相连。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的MCU主控电路(1)核心处理器选用MSP430FG439。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的无线通信模块电路(2)核心处理器选用A7153。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的信号收发处理电路(3)核心处理器选用RFX2411。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的按键模块电路(4)选用5个按键经上拉电阻与所述的MCU主控电路(1)相连。
6.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的显示模块电路(5)由5个LED指示灯以及1个LCD液晶显示屏组成，LCD显示屏采用JXD1602E，并通过2个NPN三极管MJE13003组成电路控制LCD背光灯的开与关。
7.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的串口通信电路(6)采用1个PNP三极管与1个NPN三极管组成电路作为TTL电平与RS232-EIA电平转换电路，所述的USB下载电路(7)转换芯片选用CHT341T。
8.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的存储电路(9)核心芯片选用AT45DB161，所述的IO口扩展电路(10)包括MCU扩展以及A7153扩展。
9.根据权利要求1所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备，其特征在于：所述的电源模块(11)提供两组供电方式：第一种方式是外接直流5V电源转3.3V方式，所述方式中采用电阻电容及NPN三极管、二极管组成5V转3.3V电路；二是直接电池供电方式。
10.利用权利要求1至9任一项所述的基于Zigbee的远程无线收发全功能设备进行无线收发的方法，其特征在于：所述的MCU主控电路(1)通过所述的IO口扩展电路(10)连接各类型传感器及开关；所述的无线通信模块电路(2)核心处理器A7153作为所述的MCU主控电路(1)与所述的信号收发处理电路(3)的中间桥梁；在接收部分，所述的信号收发处理电路(3)核心芯片RFX2411内部的LNA使得所述的无线通信模块电路(2)核心处理器A7153内部收发器前端增加一级LNA，若RFX2411内部LNA工作在高增益，将有效的抑制系统噪声系数NF，优化传输性能，进一步改善接收灵敏度，提高无线传输距离；2.4GHz射频信号从天线接收后，经所述的信号收发处理电路(3)进入低噪声放大环节，经由混频、滤波、限幅、接收端信号强度指示环节，最后进行数字解调处理，然后把接收的数据存入接收缓冲区，通过SPI通信传送至所述的MCU主控电路(1)处理，所述的MCU主控电路(1)其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、接收，可以将接收的数据进行处理以后通过RS232串口通信传至上位机PC进行相关操作；在发送部分，所述的信号收发处理电路(3)核心芯片RFX2411内部自带的PA使得A7153无线收发器的发射链路的外部增加一级PA，使送入天线的最大功率由A7153所送出的3.5dBm提升至21dBm，进而通过软件设置调节可使系统发射功率的范围为0dBm至21dBm；发送缓冲区内的数据信息经过压控振荡器与双点差异积分调制器调制，把调制后的射频信号通过功率放大器放大，最后经由所述的信号收发处理电路(3)至天线辐射出去；此时所述的MCU主控电路(1)其核心处理器MSP430FG439主要用于传感器采集数据的处理、发送，将上位机传来的指令信号经无线通信模块及信号收发处理发送出去达到远程控制设备的目的；所述的键模块电路(4)，用于系统复位、设定全功能设备状态为路由器或者协调器功能以及设置数据的发送和接收；所述的显示模块电路(5)，主要用来显示全功能设备为协调器或者路由器时的工作状态信息以及接收、发送数据的信息；所述的串口通信电路(6)，用于实现全功能设备与上位机PC的通信；所述的USB下载电路(7)，用于下载程序设置全功能设备的工作状态是路由器还是协调器；所述的调试电路(8)，用于验证程序，进行程序测试；所述的存储电路(9)，作为MCU的外扩存储器，扩展MCU的存储能力，提升MCU的性能；所述的电源模块(11)，为整个系统提供电源。
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