專利名稱：一種基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是一種基于Zigbee技術(shù)的多頻 段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器。
背景技術(shù)：
Zigbee技術(shù)是一種部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種短距離、 低速率低功耗的無線通信技術(shù)，是一種介于無線標記技術(shù)和BlueTooth之 間的技術(shù)提案。Zigbee—詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳ZigZag 形舞蹈來告知同伴，達到交換信息的目的，借此稱呼一種專注于低功耗、 低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。
Zigbee技術(shù)和傳感器結(jié)合組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前發(fā)展最快的無 線通信技術(shù)之一，基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有很多有點網(wǎng) 絡(luò)建設(shè)投資少，適用于各種特殊的工作環(huán)境，比如戰(zhàn)場或無人區(qū)。網(wǎng)絡(luò)具 有自組織性，工作節(jié)點可用電池供電并可長時間工作。
采用Zigbee技術(shù)組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行物理數(shù)據(jù)的采集是以后物 理數(shù)據(jù)采集、客觀世界感知技術(shù)的發(fā)展方向之一。
Zigbee芯片設(shè)計的協(xié)調(diào)器多工作在一個頻段上，整個網(wǎng)絡(luò)采用 CSMA/CA方式來使用信道，當網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量增多的時候，節(jié)點間通信 沖突就會加大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可同時工作于兩個或 兩個以上的頻段的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種基于Zigbee技 術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其包括多個Zigbee芯片以及ARM芯片，所述的 Zigbee芯片與ARM芯片相連，所述的Zigbee芯片分別工作于不同頻l殳上， 并在不同頻段上完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建，收到來自不同網(wǎng)絡(luò)的信息后，分 別在不同的Zigbee芯片上處理，采集到的數(shù)據(jù)和命令發(fā)往ARM芯片處理。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的Zigbee芯片上自帶協(xié)議棧，完成基本的Zgbee無線通信功能，信息和命令處理則由ARM芯片來 冗成。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的Zigbee芯片包括Zigbee 無線調(diào)制解調(diào)器以及一低功耗的微處理器。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的Zigbee芯片和ARM芯 片通過UART連才妄。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是其進一步包括外部存儲器、液 晶屏、電源模塊、時鐘、按鍵、LED以及天線系統(tǒng)，所述的外部存儲器、 液晶屏、電源才莫塊、時鐘、i耍一睫和LED通過與該ARM芯片相連，所述的 天線系統(tǒng)與Zigbee無線調(diào)制解調(diào)器相連。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的外部存儲器主要用于數(shù) 據(jù)的存儲，所述的電源模塊提供系統(tǒng)的工作用電。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的天線系統(tǒng)為發(fā)射接收天 線部分，主要是負責完成射頻信號的發(fā)射和接收。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收處理流程 包括以下步驟天線系統(tǒng)接收到射頻信號后，輸入Zigbee芯片處理；Zigbee 芯片中的Modem把天線系統(tǒng)送來的信號經(jīng)過濾波、ADC,解調(diào)、CRC校驗等 一系列處理后通過SPI接口送入Zigbee芯片的接收RAM; Zigbee芯片的 微處理器MCU負責讀取RAM里的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到上層協(xié)議棧；上層協(xié) 議可根據(jù)需要把數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送給ARM芯片；ARM芯片接收到來自 Zigbee芯片的數(shù)據(jù)后，可根據(jù)需要發(fā)送給其上層用戶處理程序或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)到處于其它頻段的網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明解決進 一 步技術(shù)問題的方案是數(shù)據(jù)發(fā)射處理流程步驟 l.ARM上層用戶程序發(fā)送數(shù)據(jù)到ARM底層；2.ARM底層把數(shù)據(jù)封裝后通 過UART 口發(fā)送給Zigbee芯片；3.所述的Zigbee芯片接收來自ARM芯片 的數(shù)據(jù)后，在經(jīng)過其本身的微處理器處理后，通過Modem把數(shù)據(jù)發(fā)射出 去；4. Modem把數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制，編碼，D/A,功放后發(fā)送到天線系統(tǒng)；5. 天線系統(tǒng)收到Zigbee芯片送出的射頻信號，通過天線輻射出去。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是所述的Zigbee芯片通過ARM 芯片協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)跨網(wǎng)實時雙向通信。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器可同時工作于兩個或兩個以上的頻—險，系統(tǒng)可同時ia建兩個或兩個以上的
Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，各個網(wǎng)絡(luò)工作在不同的頻段上，相互干擾很小，基本實 現(xiàn)了物理上的頻分效果，這樣做的好處是在同 一地點可以使用的網(wǎng)絡(luò)容量 擴大了一倍或幾倍。對于高密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署有很大的好處，網(wǎng)絡(luò) 中傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生沖突的可能性減小了 ，可大大提高網(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)吞吐量。
圖1是本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的通信流程圖。 圖3是本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的Zigbee芯片 到ARM芯片的幀格式示意圖。
圖4是本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的ARM芯片到 的Zigbee芯片的幀格式示意圖。
具體實施例方式
以下內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細i兌 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 千簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
如圖l所示，本發(fā)明提供了一種基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器 (coordinator),其包括多個Zigbee芯片、ARM芯片、外部存4諸器、液晶 屏、電源;漢塊、時鐘、按一建、LED以及天線系統(tǒng)。所述的Zigbee芯片與 ARM芯片相連，所述的外部存儲器、液晶屏、電源模塊、時鐘、按鍵和 LED通過與該ARM芯片相連。
其中所述的Zigbee芯片包括Zigbee無線調(diào)制解調(diào)器(modem)以及 一低功耗的微處理器(MCIT)，所述的Zigbee芯片功能主要是完成Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)、無線通信、處理傳感器模塊數(shù)據(jù)等，和ARM芯片通過通用 非同步4史發(fā)"f專^T器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART ) 連接。
所述的ARM芯片主要是負責管理該Zigbee芯片和運行一些高級的用 戶程序。
所述的外部存儲器主要用于數(shù)據(jù)的備份。


所述的電源模塊提供系統(tǒng)的工作用電。
所述的天線系統(tǒng)為發(fā)射接收天線部分，主要是負責完成射頻信號的發(fā) 射和接收。
使用時，每個Zigbee芯片均和ARM芯片連接起來，其他外圍模塊通 過總線與ARM連接起來，各個Zigbee芯片之間沒有直達通路，數(shù)據(jù)的交 互通過ARM完成處理，比如Zigbee芯片1發(fā)送到Zigbee芯片2的數(shù)據(jù)先 發(fā)送給ARM,由ARM接收到本地RAM后，在根據(jù)發(fā)送地址信息找的 Zigbee芯片2后，ARM再把數(shù)據(jù)把到Zigbee芯片2, ARM在本地存儲器 Flash上維護一個節(jié)點所有Zibee芯片的信息表，每個Zigbee芯片有唯一的 ID標識。
本實施例中，所述的Zigbee芯片選用的是Freescale MC13213,所述 的ARM芯片選用的是SAMSUNG ARM7。
如圖2所示，本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器的工作過 程如下節(jié)點加電啟動后，ARM芯片首先初始化系統(tǒng)進程，同時Zigbee 芯片完成通信協(xié)議棧的初始化；初始化工作完成后，ARM芯片向節(jié)點上 的所有Zigbee芯片發(fā)送"組網(wǎng)"命令，Zigbee芯片收到"組網(wǎng)"命令后開 始組建網(wǎng)絡(luò)；Zigbee芯片在組網(wǎng)時先確定自己的工作頻段，該頻段可以由 ARM芯片分配，也可以由Zigbee芯片根據(jù)信道掃描結(jié)果確定唯一可工作 的信道，每個組建的Zigbee網(wǎng)絡(luò)的工作頻段均不重復(fù)，從而達到干擾最小。 Zigbee芯片組建網(wǎng)絡(luò)成功后，給ARM發(fā)組建網(wǎng)絡(luò)成功應(yīng)答幀。ARM收到 組建網(wǎng)絡(luò)成功的應(yīng)答幀后，確定每個Zigbee芯片組建的網(wǎng)絡(luò)的基本信息。 組網(wǎng)成功以后，每個Zigbee芯片都可以等待新節(jié)點加入該網(wǎng)絡(luò)，才艮據(jù)每個 網(wǎng)絡(luò)的功能，不同業(yè)務(wù)功能的傳感器節(jié)點即可選4奪加入不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)， 新加入的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息被及時傳送給ARM芯片，由ARM芯片的系統(tǒng)維 護每個新加節(jié)點的詳細信息。
在一定的有效傳感器節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，ARM芯片即發(fā)數(shù)據(jù)采集命令，通 知不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，Zigbee芯片在收到數(shù)據(jù)采集命令后即向網(wǎng)絡(luò) 中的傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，傳感器節(jié)點在收到網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點的數(shù) 據(jù)采集命令后即開始數(shù)據(jù)采集，并按一定的采樣頻率把數(shù)據(jù)發(fā)送給Zigbee 芯片，Zibee芯片在收到采樣數(shù)據(jù)后，封裝處理后發(fā)送給ARM芯片，系統(tǒng) 用戶程序即可實時地獲得采樣數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)接收處理流程包括以下步驟1) 天線系統(tǒng)接收到射頻信號后，輸入Zigbee芯片處理；
2) Zigbee芯片中的Modem把天線系統(tǒng)送來的信號經(jīng)過濾波、ADC， 解調(diào)、CRC 4交驗等一 系列處理后通過SPI接口送入Zigbee芯片的接 收RAM;
3) Zigbee芯片的微處理器MCU負責讀取RAM里的數(shù)據(jù)，并發(fā)送 到上層協(xié)議棧；
4 ) 上層協(xié)議可根據(jù)需要把數(shù)據(jù)封裝后發(fā)送給ARM芯片；
5 ) ARM芯片接收到來自Zigbee芯片的數(shù)據(jù)后，可根據(jù)需要發(fā)送給
其上層用戶處理程序或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到處于其它頻段的網(wǎng)絡(luò)。 數(shù)據(jù)發(fā)射處理流程步驟
1. ARM上層用戶程序發(fā)送數(shù)據(jù)到ARM底層；
2. ARM底層4巴數(shù)據(jù)封裝后通過UART 口發(fā)送給Zigbee芯片；
3. 所述的Zigbee芯片接收來自ARM芯片的數(shù)據(jù)后，在經(jīng)過其本身的 微處理器處理后，通過Modem把數(shù)據(jù)發(fā)射出去；
4. Modem把數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制，編碼，D/A,功放后發(fā)送到天線系統(tǒng)；
5. 天線系統(tǒng)收到Zigbee芯片送出的射頻信號，通過天線輻射出去。 所述的Zigbee芯片通過ARM芯片協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)跨網(wǎng)實時雙向通信，
其傳輸幀的格式如圖3以及圖4所示。
本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器可同時工作于兩個或兩 個以上的頻段，系統(tǒng)可同時組建兩個或兩個以上的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，各個 網(wǎng)絡(luò)工作在不同的頻段上，相互干擾很小，基本實現(xiàn)了物理上的頻分效果， 這樣做的好處是在同 一地點可以使用的網(wǎng)絡(luò)容量擴大了 一倍或幾倍。對于 高密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署有很大的好處，網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生沖突的可 能性減小了 ，可大大提高網(wǎng)絡(luò)性能和系統(tǒng)吞吐量。
權(quán)利要求
1.一種基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其特征在于其包括多個Zigbee芯片以及ARM芯片，所述的Zigbee芯片與ARM芯片相連，所述的Zigbee芯片分別工作于不同頻段上，并在不同頻段上完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建，收到來自不同網(wǎng)絡(luò)的信息后，分別在不同的Zigbee芯片上處理，采集到的數(shù)據(jù)和命令發(fā)往ARM芯片處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的Zigbee芯片上自帶協(xié)議棧，完成基本的Zgbee無線通信 功能，信息和命令處理則由ARM芯片來完成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的Zigbee芯片包括Zigbee無線調(diào)制解調(diào)器以及一低功耗 的微處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的Zigbee芯片和ARM芯片通過UART連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于其進一步包括外部存儲器、液晶屏、電源模塊、時鐘、按鍵、 LED以及天線系統(tǒng)，所述的外部存儲器、液晶屏、電源沖莫塊、時鐘、按鍵 和LED通過與該ARM芯片相連，所述的天線系統(tǒng)與Zigbee無線調(diào)制解調(diào) 器相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的外部存儲器主要用于數(shù)據(jù)的存儲，所述的電源模塊提供 系統(tǒng)的工作用電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的天線系統(tǒng)為發(fā)射接收天線部分，主要是負責完成射頻信 號的發(fā)射和接收。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其特征在于該協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)接收處理流程包括以下步驟天線系統(tǒng)接收到 射頻信號后，輸入Zigbee芯片處理；Zigbee芯片中的Modem把天線系統(tǒng) 送來的信號經(jīng)過濾波、ADC,解調(diào)、CRC 4交驗等一系列處理后通過SPI 接口送入Zigbee芯片的接收RAM; Zigbee芯片的孩i處理器MCU負責讀 取RAM里的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到上層協(xié)議棧；上層協(xié)議可^^艮據(jù)需要把數(shù)據(jù)封 裝后發(fā)送給ARM芯片；ARM芯片接收到來自Zigbee芯片的數(shù)據(jù)后，可 根據(jù)需要發(fā)送給其上層用戶處理程序或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到處于其它頻段的網(wǎng) 絡(luò)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于數(shù)據(jù)發(fā)射處理流程步驟ARM上層用戶程序發(fā)送數(shù)據(jù)到ARM 底層；ARM底層把數(shù)據(jù)封裝后通過UART 口發(fā)送給Zigbee芯片；所述的 Zigbee芯片接收來自ARM芯片的數(shù)據(jù)后，在經(jīng)過其本身的微處理器處理 后，通過Modem把數(shù)據(jù)發(fā)射出去；Modem把數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制，編碼，D/A， 功放后發(fā)送到天線系統(tǒng)；天線系統(tǒng)收到Zigbee芯片送出的射頻信號，通過 天線輻射出去。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其 特征在于所述的Zigbee芯片通過ARM芯片協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)跨網(wǎng)實時雙 向通信。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器，其包括其包括多個Zigbee芯片以及ARM芯片，所述的Zigbee芯片與ARM芯片相連，所述的Zigbee芯片分別工作于不同頻段上，并在不同頻段上完成Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建，收到來自不同網(wǎng)絡(luò)的信息后，分別在不同的Zigbee芯片上處理，采集到的數(shù)據(jù)和命令發(fā)往ARM芯片處理。本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的多頻段組網(wǎng)協(xié)調(diào)器可同時工作于兩個或兩個以上的頻段，系統(tǒng)可同時組建兩個或兩個以上的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，各個網(wǎng)絡(luò)工作在不同的頻段上，相互干擾很小。
文檔編號H04W88/00GK101668357SQ200910190300
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者劉家良, 松 王, 王先峰, 泉 薛, 軍 項 申請人:香港城市大學(xué)深圳研究院