基于ZigBee技術的TD-SCDMA網絡宜居通終端產品的研究

黃學達，林 峰

（重慶郵電大學 重郵信科通信技術有限公司，重慶 400065）

基于ZigBee技術的TD-SCDMA網絡宜居通終端產品的研究

黃學達，林 峰

（重慶郵電大學 重郵信科通信技術有限公司，重慶 400065）

Zigbee是一種低速、低功耗、低成本的短距離無線網絡技術，主要面向自動化和遠程控制的應用。本文主要介紹 Zigbee技術用于TD-SCDMA網絡的宜居通設備，首先對宜居通的硬件結構進行描述，其次是研究其軟件設計，最后 Zigbee技術成功用于宜居通產品。

Zigbee；TD-SCDMA；宜居通；終端產品

TD-SCDMA是由中國提出的，以我國知識產權為主的、被國際上廣泛接受和認可的第三代移動通信標準(簡稱3G)。2008年，中國移動正式獲得TD-SCDMA的牌照，正式啟動TD-SCDMA網絡的建設，TD-SCDMA產品成功用于北京奧運會。目前TD-SCDMA，比GSM/GPRS/EDGE數據帶寬大的優勢，僅用于語音、短信等傳統通信方式無法體現其優勢，中國移動物聯網基地的建立，致力于推廣TD-SCDMA的應用，與廣大老百姓密切相關的基于TD-SCDMA的宜居通、二維碼、物聯通、親情通、車務通等中國移動物聯網產品提上了議事日程。

目前TD-SCDMA的宜居通產品可以采用基于2.4 GHz的ZigBee技術。ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4 GHz,，具有最高250 kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10～75 m的范圍內。

本文主要研究基于ZigBee技術的TD-SCDMA網絡宜居通終端產品。

1 ZigBee技術在宜居通終端產品的應用

宜居通終端是目前中國移動大力推廣的物聯網產品，是TD-SCDMA無線通信技術和物聯網技術帶來的家庭信息化新產品，在現有TD-SCDMA無線座機基礎上，通過接入無線傳感設備，采集處理各類環境信息，經由無線網絡傳遞，方便用戶實時監控與管理。宜居通在具備TD無線移動座機功能之余，更從安防預警、家電遠程控制等方面全方位優化生活方式和居住環境，滿足用戶對智能家居現代生活的需求。

ZigBee作為一種無線通信技術，ZigBee具有低功耗，成本低，時延短，網絡容量大，可靠，安全的特點。

如圖1所示，宜居通產品通過ZigBee技術接收告警信息，通過TD-SCDMA網絡上傳中國移動物聯網運營平臺，中國移動運營平臺通過短信方式下發通知事先設置手機號碼的用戶手機中，從而用戶在外可以完全、清楚的掌握到家中的而任何情況。

圖1 宜居通終端應用示意圖Fig. 1 Application diagram of YIJUTONG terminal device

2 宜居通終端的硬件設計

2.1 宜居通終端的硬件原理

該宜居通終端實現短距離無線收發的ZigBee方案采用TI公司的CC2531+CC2590，完成各種告警信息、控制信息的編碼、解碼、無線傳輸等。

宜居通與TD-SCDMA基站通信模塊采用某公司的基帶處理器平臺實現，支持TD-SCDMA網絡模式，通過USB接口與CC2531通訊，實現告警信息、各種控制信息的收發，也可以實現CC2531的升級維護。宜居通終端的結構框圖如圖2所示。

圖2 宜居通終端結構示意圖Fig. 2 Structure diagram of YIJUTONG terminal device

2.2 宜居通終端硬件結構

本宜居通終端硬件主要包括幾個部分：ZigBee BB模塊，ZigBee RF FEM模塊, TD-SCDMA modem等。

2.2.1 ZigBee BB模塊

本模塊主要采用TI公司多處理器結構的芯片 CC2531，CC2531是TI公司針對2．4 GHz ISM頻帶推出的第二代支持ZigBee／IEEE 802．15．4協議的片上集成芯片。

其內部集成了高性能射頻收發器、工業標準增強型8051MCU內核、256 KB Flash和8 KB RAM；具有1個USB全速接口、2個USART、8位和16位定時器、看門狗定時器、8路輸入可配置的12位ADC、21個GPIO、AES128協同處理器；硬件支持CSMA-CA、數字化的RSSI／LQI和強大的DMA功能，具有電池監測和溫度感測功能。

2.2.2 ZigBee RF FEM模塊

本模塊采用TI公司的CC2590， CC2590是TI高集成度2.4GHz RF前端，能將低功耗無線系統覆蓋范圍擴展8倍。CC2590 是一款高性能的低成本前端，適用于諸如ZigBee網絡、傳感器、工業、消費類電子。

2.2.3 TD-SCDMA modem模塊

本模塊采用某公司的TD-SCDMA基帶處理器，TDSCDMA RF以及MCP存儲器(NAND+DDR)。其中TDSCDMA基帶處理器支持HSPA+；上行2.2 Mbps(HSUPA)、下行2.8 Mbps(HSDPA)；支持豐富的外設接口：UART、GPIO、USB2.0、LCD、SPI等；支持3G特色業務：包括可視電話、移動互聯等；支持MP3、MP4、照相、攝像等多媒體功能。

與CC2531采用USB接口進行通訊，實現宜居通終端接收外設告警信號，以及下發各種控制信號，通過該模塊把告警信息上傳中國移動運營平臺，支持的TD-SCDMA頻段是1 880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz。

3 宜居通終端的基本軟件設計

宜居通終端軟件設計主要由兩部分組成，一是TDSCDMA網絡終端的相關軟件設計，本文不做介紹，二是ZigBee芯片CC2531的軟件設計，是本文研究的重點。

3.1 ZigBee軟件主流程

本軟件設計基于TI公司的ZStack 2007協議棧。ZStack 2007是TI公司專門為CC2531芯片設計的ZigBee協議棧。它是由一個簡單的單線程操作系統管理，該系統基于任務調度的機制。各個任務的事件處理函數按照任務的優先級被放入函數指針數組tasksArr[idx]中，事件以16位的變量形式存放在數組tasksEvents[idx]中，因此每個任務最多可定義16個事件。

操作系統運行流程如圖3所示。主函數在完成宜居通終端相關的初始化之后會進入操作系統，操作系統是一個無限循環，一直在檢測各個任務中的事件tasksEvents[idx]，當它不為零時就會調用相應的事件處理函數tasksArr[idx]。處理完一個事件會將代表此事件的位清零，同時返回未處理的事件，直到這個任務中所有的事件處理完畢（即所有的事件位都被清零），操作系統就會跳向下一個任務進行事件處理。

圖3 操作系統運行流程Fig. 3 Operation scheme of OS

3.2 ZigBee軟件模塊化設計

宜居通終端軟件采用的是功能模塊化設計，不同功能用不用模塊表示，不同模塊間用接口連接，通過接口來調用其他模塊的功能。如圖4所示，宜居通終端主要由TD-SCDMA網絡通訊模塊、ZigBee數據處理模塊、ZigBee數據傳輸模塊和電源管理模塊組成。

圖4 宜居通終端軟件模塊框圖Fig. 4 Software module diagram of YIJUTONG terminal

CC2531專門提供一個I/O口對供電電壓進行A/D采樣，當供電的電源電壓不足（即低于設定的某一個值）時，通過軟件控制進行切換，先讓另一組電源對節點進行供電，再打開太陽能充電電路對本組電源充電。節點在通信和采集數據時功耗很大，因此在每一次的通信和采集數據完成之后都會檢測當前供電電壓值和當前的充電電壓值，根據兩個電壓值決定是否進行電源切換、對電源進行充電，以及充電是否完成。

4 結束語

基于ZigBee技術，使用CC2531的宜居通終端設備的硬件、軟件設計比較復雜，本文僅就宜居通終端的硬件原理，各功能模塊的軟件設計作了介紹。實驗結果表明：宜居通終端工作狀態穩定，故障率低，可以按照用戶設置準確地實現安防告警、智能家電控制。整個系統具備數據可靠、功耗低、可遠程控制等顯著優點，具有良好的應用前景。

[1]CC2531芯片使用手冊.A USB-Enabled System-On-Chip Solution for 2.4GHz IEEE802.15.4 and ZigBee Appications[R].Texas Instruments, 2010(6):1-3, 24-25.

[2]CC2590芯片使用手冊. 2.4-GHz RF Front End,14-dBm output power[R].Texas Instruments,2008(9):1-6.

[3]張東平, 基于TD-SCDMA無線傳輸的電梯視頻監控系統的設計[J]. 重慶郵電大學學報：自然科學版, 2010,22(2)： 262-264,268.

ZHANG Dong-ping. Design of a video monitor system based on TD-SCDMA wireless transmission in elevator[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Scinence Edition) ,2010,22(2):262-264,268.

[4]柳舒,劉祖深,趙潤年,等.TD-SCDMA無線通信終端接收模塊的設計[J].電子測量與儀器學報,2011,25(7):630-632.

LIU Shu, LIU Zu-shen, ZHAO Run-nian,et al. Design for RF receiver system in terminal for TD-SCDMA wireless communication[J].Journal of Electronic Measurement and Instrument,2011,25(7):630-632.

[5]宋琦.基于TD-SCDMA無線通信的一種家庭網關設計方案[J].中國高新技術企業,2011(3):92-93.

SONG Qi.Design for network gateway for TD-SCDMA wireless communication[J].China High Technology Enterproses,2011(3):92-93.

[6]陳靜.基于TD-SCDMA的混合網絡研究[J].電子設計工程,2010,18(12):24-25.

CHEN jing.Research of hybrid network based on TD-SCDMA[J].Electronic Design Engineering,2010,18(12):24-25.

Research of TD-SCDMA terminal device based on ZigBee

HUANG Xue-da, LIN Feng
（Chongqing University of Posts and Telecomminications,Chongqing CYIT Communication Technologies Co.,Ltd,Chongqing400065,China）

Zigbee technology is a low data rate，low power consumption，lost cost，wireless networking protocol targeted towards automation and remote control applications. Zigbee technology is introduced which applied to yijutong terminal on TD-SCDMA network，First of all，hardware structure of yijutong is described，secondly，software design is discussed，finally，Zigbee technology is applied successfully to yijutong terminal.

Zigbee; TD-SCDMA; Yijutong; terminal device

TN929.5

A

1674-6236(2014)07-0158-03

2013-09-08稿件編號201309056

電子信息產業發展基金項目(工信部[2008]355號)

黃學達(1972—)，男，四川宜賓人，碩士，工程師。研究方向：TD-SCDMA終端產品的硬件研究。