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基于无线传感器网络节点的串行通信技术

作者:时间:2010-11-09来源:网络收藏

摘 要: 技术具有低复杂度, 低功耗、低成本等优势, 在监测和控制领域具有广阔的应用前景。分析了 网络的优点, 提出利用以 协议为基础的射频芯片模块实现无线串口的设计, 进一步拓展串口的应用范围。经过实践验证, 该设计方法可靠, 操作简单方便, 功耗小, 成本低, 同时可以实现多机通信, 适合于低速率的数据传输, 具有广阔的应用前景。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/156965.htm

  0 引 言

  随着计算机应用的普及, 计算机与计算机、计算机与数据终端间的通信应用日益广泛, 由于电气标准相对成熟和完善, 串口通信在其中的应用十分广泛。但在通信设备距离相对较远或者有线电缆铺设不便的情形下,无线串口通信的实现将有利于拓展串口的应用范围, 同时有效节约资源。当前无线串口通信的实现主要依靠蓝牙、红外、WIFI 等技术, 但蓝牙和红外的推广都受到距离、功耗的限制, 红外适用于单对单的直接通信, 距离限制在1 ~ 2 m; 蓝牙的距离也仅在10 m 左右, 并且WIFI 和蓝牙系统的建设和使用成本都远远高于Zig2Bee 系统, 且ZigBee 具有低功耗、高通信距离等优点,在无线串口的实现中具有明显的优势。本系统利用以ZigBee 协议为基础的射频芯片CC2430 模块实现无线串口技术, 利用CC2430 自带的UART 模式, 向下兼容RS 232协议, 有很强的应用性和推广性。利用ZigBee网络架构无线串口在设备数目较多, 拓扑相对复杂, 互相通信需要穿越墙体等障碍物时, 具有通信距离远, 功耗低, 安全可靠的优点 。

  1 ZigBee 技术

  ZigBee 是一种基于IEEE802. 15. 4 标准的短距离、低速率无线网络技术。该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用, 主要用于网络的测量和控制方面。

  CC2430 芯片是Chipcon 公司推出的用来实现嵌入式ZigBee 应用的片上系统。它支持2. 4G IEEE802. 15. 4/ ZigBee 协议。根据芯片内置闪存的不同容量, 提供给用户3 个版本, 即CC24302F32/ 64/ 128, 片上FLASH 分别是32 KB、64 KB 和128 KB。CC2430 在片上集成了8 位8051 单片机、模/ 数转换器、定时器、看门狗、ASE 协处理器、FLASH 控制器、DMA 控制器、复位电路、串行通信接口以及21 个可编程引脚等。

  CC2430 有2 个片上串行通信接口(USART ) , 分别是USART 0 和USART 1。它们既具有相同的功能,又具有各自的引脚, 可以工作在异步UART 模式或者同步SPI 模式下。

  当作为异步串行接口, 使用UART 模式时, 有2 种线路构成可供选择。一种是只包含RXT, TXD 的双线构成; 另一种是比双线构成多包含了RT S 和CTS 的4 线构成。

  UART 模式具有以下特点:

  具有8 或者9 位数据位; 奇校验, 偶校验或者无奇偶校验; 可配置起始位和停止位电平; 可配置低有效位优先传送或者高有效位优先传送; 独立的接受和发送中断; 独立的接受和发送DMA 触发; 奇偶校验和帧校验错误状态; 提供全双工异步传输, 接收器中的位同步不影响发送功能。

  2 系统构成

  ZigBee 标准是基于802. 15. 4 协议栈而建立的,ZigBee 网络支持星状( star ) 、树状( cluster tr ee) 和网状(mesh) 3 种拓扑结构, 具有可靠性高, 组网简单灵活, 网络容量大, 自组织和自愈能力强, 通信可靠的优势。如图1 所示, 在设备分布数目多, 分布范围广, 拓扑结构复杂时, 架设在ZigBee 网络上的无线串口可以克服普通串口通信距离近, 布线麻烦等不足, 而扩大串口的应用范围。

图1 无线串口的应用


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关键词: 无线传感器 ZigBee

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