ZigBee技術在LED 燈控制中的應用研究論文
通信技術就是該領域中的“一員”。ZigBee 技術在“物聯(lián)網”領域中的身影隨處可見。除此之外ZigBee 技術還可以運用到智能電網中，提高電力系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
物聯(lián)網熱潮也影響到了各大芯片制造商， 它們都開始涉足具有實現(xiàn)ZigBee 最底層也就是物理層功能的芯片。作為最強大的芯片制造商， 德州儀器也推出了一系列有關ZigBee 的開發(fā)工具和芯片。最新的硬件平臺CC2530 開發(fā)板就是，它集成了加強型8051 單片機作為它的核心， 結合德州儀器Z-Stack 協(xié)議， 有著十分強大的功能， 能夠完成制作者各種各樣的制作要求。它還具有更優(yōu)良的RF 性能，可編程的256KB 內存，更小的封裝和IR 產生電路，并且不僅僅只支持ZigBee 一種協(xié)議，它所組成的通信網絡一般的傳輸距離可達百米以上。
1 ZigBee 無線通信技術
ZigBee 的來源是蜜蜂， 蜜蜂如果發(fā)現(xiàn)花蜜， 就會透過“ZigZag”字形飛舞的方式與同伴交流，從而傳遞信息，召集同伴過來采花蜜，由于這種生物信息的傳遞方式很有特點，有很高的效率， 因此將該技術系統(tǒng)命名為“ZigBee”。從本質上來說ZigBee 基于IEEE 發(fā)布的802.15.4 無線通信標準的技術。它不僅只是IEEE 802.15.4 的名字，因為其中IEEE 僅僅開發(fā)和處理低級介質存取層和物理層協(xié)議這兩層，而其他的層是由ZigBee聯(lián)盟在后期進行完善的，他們在IEEE 的基礎層上又加入了網絡層和應用規(guī)范層，并對他們進行了標準化。
完整的ZigBee 協(xié)議系統(tǒng)由高層的應用軟件層、應用規(guī)范層;底層由基本的物理層也就是所謂的硬件，介質存取層，也就是傳輸介質，一般是指電磁波，還有數(shù)據(jù)鏈路層組成。這樣才形成了一套完整的ZigBee 協(xié)議系統(tǒng)，它可直接用于一個網絡中的基本中樞或路由器上的協(xié)調器。
2 ZigBee 硬件電路設計
(1)網絡傳輸類型
ZigBee 的全功能型設備就是整個網絡中的中心，也就是主設備，它可以和以它為中心的網絡中的任何設備進行無線通信，就相當于是網絡中的神經中樞，這類設備一般都是功能比較多，比較強大的設備;相反的，還有一種簡化功能設備，它又被稱為子設備，它不具有成為整個網絡中樞的能力，它只被允許和中心主設備進行通信。
ZigBee 協(xié)調器在網絡中具有比網絡中其他設備和終端更為強大的功能，一般來說，在一個ZigBee 網絡中只能允許有一個ZigBee 協(xié)調器出現(xiàn)，就像汽車只能擁有一個發(fā)動機，把它作為整個網絡中的主控制中樞，主要是負責啟動網絡和配置網絡，允許各種終端加入網絡，這種傳輸方式被稱為廣播。
ZigBee 終端，就是子設備的一種，該設備需通過ZigBee 協(xié)調器的允許加入到網絡之中，之后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行相關的指令，還能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶退噙B接的設備上，當然這些終端還有協(xié)調器都處于同一個中樞控制的網絡中。ZigBee 終端設備只能被邀請進入網絡，而不能自身設置網絡，這種傳輸方式被稱為單播。
本文的系統(tǒng)，主要以協(xié)調器的廣播和終端單播為主。
(2)CC2530 開發(fā)板
CC2530 是用于2.4GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案。CC2530 模塊上有很多的擴展引腳，使得它可以很容易擴展自身的功能，所以這也使得它能夠適用各種功能的系統(tǒng)，比如看門狗，控制臺燈，報警裝置等。而且它運行模式之間的轉換非常容易，這也進一步降低了它的功率消耗。
(3)系統(tǒng)組成
一般在一個網絡中的可以有n 個CC2530 模塊， 但是其中必須有一個協(xié)調器，也就是ZigBee 網絡的中樞，和n-1 個終端模塊。協(xié)調器一般被設置為廣播模式，這個的實現(xiàn)就是用代碼來完成，協(xié)調器可以向其他n 個所有終端模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，即協(xié)調器廣播數(shù)據(jù)，其他n 個終端都可以收到數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)。終端一般被設置單播模式，就是所有的n-1 個終端，都向協(xié)調器中樞發(fā)送數(shù)據(jù)，單播的設置可以通過編程來完成。
設計的網絡系統(tǒng)就是由一個協(xié)調器模塊和一個終端模塊組成，該系統(tǒng)的功能就是由終端向協(xié)調器進行單播，發(fā)送控制協(xié)調器模塊上四個LED 燈的亮滅的指令， 實現(xiàn)了ZigBee 網絡最基本的通信和控制功能。
3 ZigBee 無線通信軟件實現(xiàn)
當協(xié)調器和終端搭建好以后， 最主要的工作就是系統(tǒng)的軟__件實現(xiàn)問題。網絡組網的工作過程如下： 先給協(xié)調器模塊通過USB 數(shù)據(jù)線上電，它就會自動啟動，并創(chuàng)建一個ZigBee 網絡，此時模塊上面的黃色LED 燈會亮，然后會等待終端的加入。當終端也上電后，會自動自動查找周圍的網絡頻道信號，找到后就會申請加入網絡，并把該終端的物理地址發(fā)送給協(xié)調器。協(xié)調器把終端的地址信息保存， 以上這些過程都是通過代碼編程來完成的，一定要注意對于協(xié)調器和終端，它們所寫入的代碼是不同的。
(1)協(xié)調器部分
協(xié)調器的軟件設計主要指它的高層部分， 也就是用戶部分的編程， 本文采用德州儀器公司專門為CC2530 提供支持的免費ZigBee 協(xié)議棧軟件IAR810， 以C 語言為編程平臺語言，在ZStack 的官方所給的通用模板基礎上，通過編輯相應程序的代碼來建立本文提到的項目。
協(xié)調器調用NLME_Network_Formation. Request()成功建立網絡后，會點亮黃色LED 燈，通過廣播的通信方式發(fā)送數(shù)據(jù)，當終端也上電并且進入網絡后， 終端會搜索到協(xié)調器發(fā)送的網絡數(shù)據(jù)， 搜索到以后，就會向協(xié)調器發(fā)出入網申請數(shù)據(jù)包，然后協(xié)調器會調用程序代碼zb_AllowBind (0xff) 進入允許入網模式，對于終端的的入網申請作出響應。如果入網成功，則會收集終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并調用程序代碼zb_SendData-Confirm() 作出相應的應答。
(2)終端部分
同樣的，在終端發(fā)送數(shù)據(jù)或者請求入網之前，得設置一下終端的通信方式，終端的通信方式為單播。終端搜索到網絡后，調用程序代碼zb_BindDevice()函數(shù)發(fā)出入網請求，等待協(xié)調器綁入網響應的成功回復， 完成綁定操作。否則將周期性搜索與申請。
(3)數(shù)據(jù)指令傳輸
本文中數(shù)據(jù)傳輸是調用了在enddeviceEB.c 中可以無限發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)的AF 發(fā)送函數(shù)， 在協(xié)議棧中本文將終端上面的“UP”鍵定義為SW_1 鍵，當按下它的時候，就會發(fā)送了1 個字符“1”，那么系統(tǒng)就會來調用這個AF 函數(shù)，通過函數(shù)的調用就可以完成發(fā)送數(shù)據(jù)指令的任務。
(4)接收數(shù)據(jù)并處理
協(xié)調器模塊的LED 燈為何會交替亮滅，就是因為相應程序“GENERICAPP_CLUSTERID”的調用，它其實是一個命令號，就有點類似于“立正”、“稍息”之類的命令一樣，它是一種命令，接受數(shù)據(jù)的處理函數(shù)在判斷是“GENERICAPP_CLUSTERID”的時候，就進行LED 交替亮滅。
4 應用情況
本文所開發(fā)的系統(tǒng)在經過協(xié)調器的調試和終端的組網之后能夠順利的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)， 協(xié)調器和重點之間的通信能夠正常進行。將協(xié)調器通過USB 數(shù)據(jù)線上電，黃色LED 燈會點亮，再將終端上電以后，經過3～4s，終端模塊上的黃色LED 燈也會點亮，此時就說明協(xié)調器模塊和終端模塊組網成功。接下來，再按終端模塊上面的控制鍵“UP”“DOWN”“RIGHT”“LIGHT”，可以分別控制協(xié)調器上四個不同顏色LED 燈的亮滅。
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