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利用ZigBee开发套件实现设计智能无线管理系统

更新时间:2020-01-23 17:32点击次数:字号:T|T

  一词源自蜜蜂觅物。蜂群发现花粉时,通过简洁的ZigZag形舞蹈交换信息。人们借此将专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术称为ZigBee。ZigBee基于IEEE802.15.4标准,对其网络层协议和API进行了标准化;同时还增加了安全层,以这种便携式设备不会意外泄漏其标识,而且这种基于网络的远距离传输不会被其他节点获得。作为新兴的双向无线网络通信技术,ZigBee主要用于工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、物业自动化管理和医用设备控制等方面,填补了无线个人局域网和短距离无线应用市场的空白。由于通过各种非常简单的器件就能够实现联网,ZigBee标准为无线网络的实现创造了良好的条件。

  本文通过分析旅游景点的人员情况,利用ZigBee技术设计了一种无线管理系统,实现对区域内人员的

  本系统为智能无线管理系统,采用人机交互方式有效解决了旅游景点导游不足、游客走失等问题。系统主要由两部分构成,如图1所示。

  主控系统由主控单元、子系统和基站构成。其中主控单元(协调器)负责汇总基站及子系统上传信息,并进行统计和分析;发布信息命令,并实时显示,动态管理。子系统(由器)负责统计基站信息并进行预处理,然后根据主控单元命令进行上传和对基站操作。这样,一方面可扩大系统应用范围,另一方面还可以减少上传数据量,从而间接增大系统信息处理能力。这主要是因为系统带宽有限,它的最大传输速率仅为250kbps;如果要扩大应用范围,只需续接新的子系统即可(如图1中的子系统n1)。基站(由器)负责对用户进行,发送本地信息(例如景点信息、服务信息),转发上级指令(例如告警信号、闭馆信息)和上传用户信息(尤其是迷告警信息)。

  用户系统接收基站传来的信息,并根据外部命令对信息进行分析、判断和处理。用户根据接收到的信号质量和接收内容进行判断,以决定与基站连接还是与子系统直接连接。

  (1)信息由一个节点传向下一个节点时(如图2中A-B),下一个节点会向上一个节点返回一个数据。该数据包括连接消耗(Link Cost),其数值大小与该传递过程中所消耗的能量大小成正比。每一条径都有自己的连接消耗之和,最后汇总给发射端。从发射端到接收端的所有径中,连接消耗值最小的就是最佳径。ZigBee网络选择的是功耗最小的径。

  (4)网络选择最佳径的方法是:首先,发射端传送第一帧数据,此数据帧会经过所有的径到达终点。这些径的连接消耗会汇总给发射端,由发射端比较,选择功耗最小的径。由图2可以看出,径A-C-D-O的连接消耗总合最小,这正是ZigBee网络所要选择的最佳径。接下来发送第二帧数据时,网络会记下由发射第一帧数据而得来的最佳径,并由此径发射及接收。以此类推,之后的每一次数据传输都按此运行。

  所有的ZigBee设备都含有惟一的64位IEEE地址(长地址)以及可分配的16位短地址。为了延长

  rs)。同时,这三个栈参数也确定了网络的整体结构。由协议栈分析,一个由器最大可以管理255个用户。然而,在应用中需要考虑最恶劣的情况,即在用户数超过255时的情况。这里采用优化处理,将信息分为两类:一类是信息,另一类是特殊信息。在普及型介绍时,如景点介绍,它不需要特定的管理,选用信息方式即可。用户端(游客)设备对于接收到的信号进行判决,如果该信号符合模式(景点播放、清场播报等消息),就从提取到的信息播放对应内容。在特殊用途时,可以选用播放特殊消息模式,例如人员走失、限时集合等命令,这时它的用户数不是很多,完全满足由器管理能力。2.3 无线定位

  无线定位是本系统的一个独特点,它支持迷用户进行报警和寻找特定用户。其原理根据各节点之间接收信号强度检测RSSI(Received Signal Strength Indicator)实现。这里,该协议栈已将其最大值量化为150。如图3,设盲节点是需要确认的用户,参考节点1,2,…,n为已知信息的节点。由于已知节点之间的RSSI值已知,通过计算盲节点到参考节点的RSSI值,建立联合方程,就可以推导出盲节点的大致。这样,当盲节点需要确认(例如用户迷)时,可以发一个特殊命令,并迅速反馈给主控系统,主控系统确认出它的大致,就可以及时搜求。主控系统也可以通过提供的用户地址信息,主动寻找失散人员。最近chipcom专门推出一款定位芯片CCS2431,它将

  用户系统原理如图4所示,它主要由用户系统控制单元及其附属单元组成。用户系统控制单元选用由ATmega12

  ATMEl的MP3管理芯片构成;看门狗ASM706防止用户系统死机,电源及单元系统处于安全供电模式,从而防止因系统电压较低而造成的无法正常工作的现象。信息存储器选用128MB的三星闪存K9F1G08U0A,它负责提供景点信息和其他服务信息。当用户在大的地方发现迷失方向时,只需一按搜索键,系统就进入报警模式。服务菜单键还可为用户提供其他服务信息,如附近便利店、搜求电话等信息。当用户进入景点时,该系统自动进行播放,在接收到其他外部信息或进行手动操作时才退出操作。软件流程如图5所示。系统初始化后进入信息接收模式,并对接收到的信息进行判决。如果是信息,则进入模式,其流程图见图6;如果接收到的信息是定位信息,就进入报警模式,它会提示已找到用户,以免用户走出有效范围,失去对象。如果以上情况都不是,就根据系统要求转入其他服务程序。

  模式需要根据RSSI算法进行评估,从链质量信息判断是否达到播放条件。如果是,就通过MP3芯片启动语音播放程序;如果接收到中断消息就退出语音播放程序,根据中断消息进行处理,返回时默认到接收外部信息模式。

  本系统通过对旅游景点游客无线管理,系统运营和突发事故处理进行分析,提出一套基于ZigBee技术的无线管理机制。该系统可以根据各种景点不同场合需求采用相应措施,有效缓解导游不足问题。它还具有专有的人员定位及报警模式,弥补现有景点无线导游系统的不足。由于采用ZigBee技术,系统成本较低,无协议专利费支出,同时功耗较低,在休眠模式下寿命可长达数年。该算法也适合于其他应用,例如无线抄表、设备、酒店管理等。

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  CC2530 用于 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / RF4CE / ZigBee 的第二代片上系统解决方案

  CC2530是适用于IEEE 802.15.4,Zigbee和RF4CE应用的真正片上系统(SoC)解决方案。它可以以非常低的总物料清单成本构建强大的网络节点。 CC2530将领先的RF收发器的卓越性能与行业标准的增强型8051 MCU,系统内可编程闪存,8 KB RAM以及许多其他强大功能相结合。 CC2530有四种不同的闪存版本:CC2530F32 /64/128/256,分别具有32/64/128/256 KB的闪存。 CC2530具有多种工作模式,非常适合需要超低功耗的系统。工作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 结合仪器(TI)业界领先的黄金单元状态ZigBee协议栈(Z-Stack),CC2530F256提供了强大而完整的功能。 ZigBee解决方案。 结合仪器(TI)的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2530F64及更高版本提供了强大而完整的ZigBee RF4CE远程控制解决方案。 特性 RF /布局 2.4 GHz IEEE 802.15.4兼容RF收发器 出色的接收灵敏度 可编程输出功率高达4.5 dBm 非常少的外部组件 异步网络只需要一个单晶体 6 mm×6 mm QFN40封装 适用于符合全球无线电规范的系统 - 频率:ETSI EN 300 328和EN 300 440(欧洲), FCC CF...

  CC2531是一款支持USB的真正片上系统(SoC)解决方案,适用于IEEE 802.15.4,ZigBee和RF4CE应用。它可以以低总物料清单成本构建USB加密狗或USB可升级网络节点。 CC2531将领先的RF收发器的性能与业界标准的增强型8051 MCU,系统内可编程闪存,8 KB RAM以及许多其他强大功能相结合。 CC2531具有多种工作模式,适用于需要超低功耗的系统。操作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 USB HID和CDC库和示例的源代码可从上的CC2531产品页面下载。 结合业界领先的黄金单元状态ZigBee协议栈(Z-Stack) )来自仪器,CC2531提供强大而完整的ZigBee USB加密狗或固件可升级网络节点。 结合仪器的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2531提供强大的ZigBee RF4CE遥控器 - USB加密狗或TV /STB实现的控制目标。 特性 RF /布局 2.4 GHz IEEE 802.15.4兼容RF收发器 出色的接收灵敏度 可编程输出功率高达4.5 dBm 少数外部组件 异步网络只需要单个晶体 6毫米×6毫米QFN40封装 适用于符合全球无线电频率的系统:ETSI EN 300 328和EN 300 440(欧洲)...

  CC2520是TI针对2.4 GHz免许可ISM频段的第二代ZigBee®/IEEE 802.15.4 RF收发器。该芯片通过提供最先进的选择性/共存性,出色的链预算,高达125°C的工作温度和低电压工作,实现了工业级应用。此外,CC2520还提供广泛的应用硬件支持帧处理,数据缓冲,突发传输,数据加密,数据认证,空闲信道评估,链质量和帧定时信息。这些功能可降低主控制器的负载。 在典型系统中,CC2520将与微控制器和一些额外的无源元件一起使用。 特性 申请 IEEE 802.15.4系统 ZigBee®系统 工业 家庭和楼宇自动化 自动抄表 低功耗无线传感器网络 机顶盒和遥控器 消费类电子产品 主要特点 最先进的选择性/共存相邻信道:49 dB 备用信道:54 dB 出色的链预算(103dB) 400 m视距范围 扩展温度范围(? ?40至+ 125°C) 宽电源范围:1.8 V ?? 3.8 V 广泛的IEEE 802.15.4 MAC硬件支持卸载微控制器 AES-128安全模块 CC2420接口兼容模式 低功率 RX(接收帧,?? 50 dBm)18.5 mA TX 33.6 mA @ +5 dBm TX 25.8 mA @ 0 dBm 设备齐全的开发套件 硬件中的数据包嗅探器支持 ZigBee®是Z...

  CC2592器件是一款针对低功率和低压2.4GHz无线应用的经济高效且高性能的RF前端。 CC2592器件是一款针对仪器(TI)所有CC25 2.4GHz低功率RF收发器,发射器和片上系统产品的范围扩展器。 为了增加链预算,CC2592器件提供一个可增加输出功率的功率放大器,以及一个具有低噪声系数的LNA,以提升接收器灵敏度。 CC2592器件提供一个极小尺寸,高输出功率RF设计,此设计采用4mm x 4mm四方扁平无引线器件包含高性能无线应用简单设计所需的PA,LNA,开关,RF匹配和不平衡变压器。 特性 与仪器(TI)2.4GHz低功率RF器件的无缝对接 + 22dBm输出功率 CC2520,CC253X和CC85上3dB典型经改进灵敏度 极少的外部组件 集成开关 集成匹配网络 集成不平衡变压器 集成电感器 集成功率放大器(PA) 集成低噪声放大器(LNA) 通过HGM端子的LNA增益数字控制 断电时(LNA_EN = PA_EN = 0),电流100nA 低发送流耗 对于+ 22dBm,PAE = 34%,电压3V时的电流为155mA 低接收流耗 针对高增益模式的4.0mA电流 针对低增益模式的1.9mA电流 4.7dB L...

  CC2538 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4-2006 和 ZigBee 应用的强上系统

  CC2538xFnn是适用于高性能ZigBee应用的理想无线微控制器片上系统(SoC)。该器件包含基于ARM Cortex M3的强大的MCU系统,具有高达32KB的片上RAM和高达512KB的片上闪存以及可靠的IEEE 802.15.4射频功能。这使得该器件能够处理涉及安全性,要求严格的应用程序以及无线下载的复杂网络协议栈.32个通用输入和输出(GPIO)以及串行外设接口可实现到电板其它部分的简单连接。强大的硬件安全加速器可在CPU处理应用任务的同时实现快速且高效的认证和加密。具有保持功能的多个低功耗模式可实现从休眠状态快速并且显着降低执行顺期平稳开发,CC2538xFnn包括一个强大的调试系统和一个综合性驱动器库。为了减少应用闪存封装尺寸, CC2538xFnn ROM包含一个实用功能库和一个串行引导加载器538与T我免费提供的稳健且全面的Z-Stack软件解决方案搭配使用,可提供市场上功能最强大,最稳定的ZigBee解决方案。 特性 微控制器 强大的ARM Cortex-M3,具有代码预提取功能 高达32MHz的时钟速度 512KB,256KB或128KB系统内可编程闪存 支持片上无线升级(OTA) 支持双Zigbee应用配置 高达32KB的RAM(...

  CC2533 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4 和 ZigBee 应用的真正的片上系统解决方案

  CC2533是基于IEEE 802.15.4的远程控制系统的优化片上系统(SoC)解决方案。当用作灵活的SoC时,它可以以低物料成本构建单芯片遥控器。当在RemoTI RF4CE堆栈的无线网络处理器配置中使用时,它还提供了将RF4CE功能添加到设备或目标的简单径。可以以非常低的总物料清单成本构建强大的网络节点。 CC2533将领先的RF收发器的卓越性能与单周期8051兼容CPU相结合,最高可达96 KB - 系统可编程闪存,高达6 KB RAM,以及许多其他强大功能。 CC2533具有高效的功耗模式,RAM和寄存器保持低于1μA,非常适合需要超低功耗的低占空比系统。工作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 结合仪器的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2533提供了强大而完整的ZigBee RF4CE远程控制解决方案。它也非常适合在具有SPI /UART /I 2 C接口的网络处理器配置中实现远程控制系统的目标端。 CC2533配有参考设计和实现远程控制系统的示例软件,以确保高效的设计。 CC2533有三种内存大小配置: CC2533F32 - 32 KB闪存,4 KB RAM CC2533F64 - 64 KB闪存,4 KB RAM CC2533F96 - 96 K...

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