浅谈ZigBee无线传输模块的设计与应用

摘要：本文介绍了ZigBee技术并基于ZigBee无线传输协议，实现无线传输数据，提出了一种基于ZigBee无线传输协议的无线数据传输模块方案，方案中包括了硬件系统和软件系统，从而实现了传输模块与上位机通信的全过程。经调试，系统运行良好。实践证明，基于ZigBee无线传输协议设计无线数据传输模块来传输数据具有耗资少、安全性高、灵活性较强等优点，值得推广和应用。

关键词：ZigBee无线传输模块 设计

随着社会经济发展和技术进步，人们对无线通信的需求越来越高，也越来越迫切。随着通信技术的蓬勃发展，市场上出现了应用GPRS、GSM、蓝牙等通信技术，但这些技术设备造价比较昂贵，运营和维护的费用也比较高[1]。目前，短距离无线通信技术作为无线通信技术领域的重要分支之一，在无线数据传输中得到了广泛的应用[2]。

ZigBee技术是一种现代网络技术，具有近距离、低功耗、低数据速率、低成本的特点。主要工作在2.4GHz频段,传输速率10kbps-250kbps，传输距离10-100m，作为一宗新兴得无线通信技术， ZigBee技术传输的速度快、成本较低、操作比较简单，在目前市场上具有广阔的市场前景，也成为目前无线技术研究的热点课题之一[3-4]。目前，已广泛应用于无线传感器网、自动控制和远程控制等领域。

1 总体设计

基于ZigBee无线数据传输模块基础架构主要包括无线收发电路、电源电路、JTAG电路和串口转换电路四个部分。其中，串口转换电路可实现RS232串口数据转换，可实现无线数据模块与计算机的通信。JTAG电路可以实现对CC2430的编程和测试。

2硬件设计

无线数据传输模块主要包括射频芯片CC2430及其相关的电路。射频芯片CC2430通过设计JTAG电路实现对其进行编程和测试。该芯片是是Chipcon公司推出的嵌入式ZigBee应用的片上系统，它支持2.4GHz IEEE 802.15.4协议。整个芯片整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器三个部分。它使用了1个8位MCU(8051)，包含了数字转换器、AES128协同处理器、休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及可编程I/O引脚。射频芯片CC2430通过配合少数元器件就可以实现收发信号的功能。

为了实现无线数据模块与计算机的通信，在系统中设计了RS232电平转换电路。采用了电平转换芯片MAX232实现串口间的连接，电压为5V，采用干电池供电。为保证电压稳定，选用AH805升压稳压器。CC2430模块和JTAG模块供电电压为3V电压。此外，在系统模块中设计了复位电路，可通过复位开关实现手动复位。

3 软件设计

无线传输模块中的软件设计主要分为两部分程序。其中，一部分程序是在芯片CC2430上通过串行接口向计算机发送数据。另一部分程序是通过串口接收数据，将处理数据发送给计算机。

3.1 芯片CC2430向计算机发送数据的软件设计

软件设计中主程序为芯片CC2430向计算机发送数据，具体流程见图1。

图1：发送数据的程序流程图

程序需要开始运行时首先要判断数据是否发送完毕，如果数据没有发送完毕，需要继续发送数据，将数据发送至数据缓冲器。具体数据的发送是由硬件完成的。当发送函数等待到中断标志时，会将一个字节送回缓冲器，从而说明完成了一次数据传送，然后才可以再次向缓冲器送入数据，同时中断标志清零。

3.2 各串口向计算机发送数据的软件设计

软件设计中子程序为各串口向计算机发送数据，具体流程见图2。

图2：收发数据的程序流程图

收发数据的程序先对数据进行判断，如果非零就将数据送入，进行传入数据。当缓冲器数据放满后，就进入中断子程序。在此程序中，数据也是以单个字符形式接收。当判断数据传入后，就开始接收数据，同时存放数据，并将数据发送给计算机。发送完成后，清空接收的数据，再次恢复到接收数据状态，继续等待数据的传入。

4 讨论

ZigBee是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术，主要用于近距离的无线连接。ZigBee还开发了安全层，以保证不会意外泄露其标识，也不会被其他节点截获[5]。ZigBee集数据采集量化、处理、融合及传输于一身，以独立的工作节点为依托，可形成星状、片状或网状网络[6]。虽然其传输速率还不高，但目前基于ZigBee的技术已经广泛应用在检测和控制领域，在不久的将来会有更大的发展潜力。也将大大改善人们的生活和生产方法，让无处不在的网络得以真正实现。

参考文献

[1]吕鑫，王忠,ZigBee无线数据传输模块的设计与实现[J] 安徽师范大学学报(自然科学版),2010,4(33):332-333。

[2] 李中豪，基矛ZigBee的油井无线数据采集系统的设计[J] 电子设计工程，2011,6（19）：111-113。

[3] 魏平芬，基于ZigBee的液位无线监控系统设计[J]信息技术，2010,10:87-91。

[4] 杨晓健，基于ZigBee协议和ARM9的嵌入式无线数据采集系统设计[J] 自然科学学科研究，2011,1:84-86。

[5]The LAN／MAN Stan dards Committee of The IEEE Computer Society，IEEE Standard for Information technology Telecommunications andinformation exchange between systems Local and metropolitanarea networks Specific requirements -Part15．4：Wireless Medium Access Control (MAC) and Physica1 Layer(PHY)Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs) [M]

[6]郭涛，严家明，基于CC2430的Zigbee无线数传模块设计[J]微处理机，2010,4:105-108。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。