基于Zigbee的無線打鈴系統設計

宋 昆

（建東職業技術學院，江蘇常州，213022）

基于Zigbee的無線打鈴系統設計

宋 昆

（建東職業技術學院，江蘇常州，213022）

本課題采用Zigbee模塊設計了一種無線打鈴系統。單片機通過時鐘芯片DS1302計時。打鈴時間到了控制Zigbee協調器模塊發送打鈴信息。Zigbee終端節點控制打鈴器工作。

Zigbee；單片機；DS1302

電子打鈴器并不陌生。它使我們的生活變得很有規律，是學校作息實踐執行不可或缺的工具。本課題設計一種基于Zigbee的無線控制打鈴系統。

1 Zigbee技術

Zigbee技術是一種具有統一技術標準的短距離無線通信技術，它的工作頻段分為3個頻段，它們分別為868MHZ、915MHz 和2.4GHz。其中2.4GHz頻段上，分為16個信道，該頻段為全球通用的工業、科學、醫學頻段。在組網性能上，Zigbee設備可構造為星型網絡或者點對點網絡，在每一個Zigbee組成的無線網絡內，連接地址碼分為16bit短地址或者64bit長地址，可容納的最大設備個數分別為216個和264個。在無線通信技術上，采用免沖突多載波信道接入（CSMA-CA）方式，有效地避免了無線電載波之間的沖突。為保證Zigbee 設備之間通信數據的安全保密性，Zigbee技術采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸的數據信息進行加密處理。

在網絡中，為了完成通信，必須使用多層上的多種協議。這些協議按照層次順序組合在一起，構成了協議棧(Protocol Stack)。本課題采用的是德州儀器（TI）公司的Zigbee 協議棧(Z-Stack)。

2 系統總體設計方案

本系統主要分為三個部分。作息時間產生終端部分以單片機為控制單元，外圍有時鐘芯片DS1302，液晶屏、按鍵以及繼電器。打鈴信號發射終端部分是Zigbee協調器模塊。接收信號打鈴終端部分是Zigbee終端節點，繼電器控制打鈴器。其工作原理是DS1302計時，單片機采集時間，和打 本設計采用網蜂科技公司設計的Zigbee開發套件，其中的主控芯片是TI公司的CC2530。CC2530除了包括RF收發器外，還集成了加強型8051單片機、它具有2/64/128/256kB可編程閃存和8kB的RAM，以及ADC、看門狗等。CC2530可工作在2.4GHz頻段，采用低電壓(2.0～3.6V)供電，待機時電流消耗僅0.2μA，但靈敏度高達-91dBm、最大輸出為+0.6dBm、最大傳送速率為250 kbps。CC2530僅需添加少量的外圍元件就可以完成ZIGBEE通信功能的硬件實現。

本系統由三個部分組成：Zigbee協調器節點、Zigbee終端傳感器節點以及單片機控制模塊。Zigbee節點基本功能單元是處理器模塊，射頻模塊和電源模塊等三個部分，這個利用網蜂科技的CC2530核心板及功能底板組合構成。傳感器節點采用繼電器模塊，控制打鈴器電源的通斷。單片機控制模塊接有DS1302電路，設置時間的按鍵，LCD1602液晶顯示屏以及一個繼電器。

圖1 無線打鈴系統框圖

4 軟件系統設計

程序設計是基于TI公司公布的協議棧ZStack，本設計采用的是ZStack-CC2530-2.4.0版本。用戶根據實際需要，在創建協調器和終端節點項目時在App用戶應用層創建源文件編寫程序。其余功能要求由ZStack完成。

圖2 單片機控制電路實物

系統軟件設計主要包括單片機控制程序、協調器節點以及終端節點軟件設計。單片機控制程序主要是控制DS1302，顯示時間，作息時間比對以及控制繼電器開關。協調器節點將繼電器開關閉合作為按鍵輸入信號，控制發送無線命令。終端節點接收無線命令，控制打鈴器電源通斷。

4.1 單片機控制程序

按照建東學院作息時間表，在單片機主程序中設置作息數據組，分小時和分鐘，每組25個數據，hour_DATA[25]和minute_DATA[25]。

讀取DS1302時間和數組進行比對。每次打鈴時間是30S，需要兩次控制信號，一次開始，一次關閉，因此需要兩種時間。當比對成功時，控制繼電器開關閉合。

4.2 協調器模塊

協調器和終端節點之間采用組播形式。將單片機模塊中繼電器開關作為協調器輸入信號。調用按鍵狀態變化處理函數SampleApp_HandleKeys，判斷按鍵位置。當繼電器開關動作時，調用無線發送函數SampleApp_SendGroupMessage，發送控制命令。

4.3 終端節點模塊

終端節點無線接收協調器信息，調用SampleApp_ MessageMSGCB函數。針對輸入信號的類型進行判斷，如果是組播數據，繼電器所接IO口狀態取反。

5 系統調試

本系統調試時采用的終端節點只有兩個。工作時首先給協調器通電，然后給終端節點及單片機模塊通電，組建網絡。調試時終端節點的打鈴器用音樂芯片電路代替。單片機電路板通過按鍵設置時間，然后開始具體實驗測試。當運行時間達到作息時間時，終端節點繼電器動作，音樂芯片電路通電，有音樂播放。30S后繼電器關閉，音樂停止。

6 結束語

經過測試，系統軟硬件均工作正常，實現了需求中的絕大部分功能。Zigbee是一種低成本的無線通信技術，有豐富而便捷的應用。在無線打鈴系統中使用可以減少布線的困擾，通過自組網，可以實現實時控制。

[1]高守瑋，吳燦陽.Zigbee技術實踐教程.北京：北京航空航天大學出版社，2009

[2]王小強，歐陽駿，黃寧淋.Zigbee無線傳感器網絡設計與實現.北京：化學工業出版社，2012

[3]楊居義.單片機課程設計實例教程.北京：清華大學出版社,2010

Design of wireless bell system based on Zigbee

Song Kun
（Jiandong College,Jiangsu Changzhou,213022）

The design of wireless bell system using Zigbee module. Single chip DS1302 clock chip. The bell time control Zigbee module to send bell information coordinator. Zigbee terminal node control ringer work.

Zigbee; single chip microcomputer; DS1302