基于ZIGBEE技术的农业信息无线数据传输

基于ZIGBEE技术的农业信息无线数据传输

《自动化与仪器仪表》　2006年第5期(总第127期

)

基于ZIGBEE技术的农业信息无线数据传输

刘　原1,2,宋良图1

(1中科院合肥智能机械研究所　合肥,230031)(2中国科学技术大学自动化系　合肥,230031)

摘　要:介绍了以AVR单片机Atmega8L和无线传输芯片CC2420为核心构成的无线嵌入式传

输智能控制器的设计方法,给出了系统硬件设计和软件的实现方法。

关键词:ZIGBEE;CC2420;全双工无线通讯;数字化农业

Abstract:ThispaperintroducesadesignofmethodembeddedtransmitwhichiscomposedofAVRAtmega8Lsingle2hardwaresystemde2signandsoftwaredesign.

Keywords:ZIGBEE;CC2420;2transmit;Digitalagriculture中图分类号:TP36811:B:1001-9227(2006)04-0021-050　引言

IEEE80211514规范要求的直接序列扩频方式,数据速

率达250kbps。并且具有超低电流消耗(RX:1917mA,TX:1714mA),高接受灵敏度,抗邻频道干扰能力强的

点多、要求传输的数据量不大且要求设备成本低、数据传输可靠性高、安全性高、设备体积很小、不便放置较大的充电电池或者电源模块、用电池供电.地形复杂、监测点多、需要较大的网络覆盖等特点。另外,现有移动网络的覆盖盲区,使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统,效果差或成本太高。因此,要选择一种合适的传输标准,实现并得到最好性价比的无线传输系统。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。其工作频带范围是21400～214835GHz,采用

特点。同时,它是利用4总线SPI接口的方式与微处理器通讯,接口配置容易。Zigbee技术的目标就是针对工业、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理等。因此,本系统中我们选用Chipcom公司的Zigbee芯片CC2420和AVR单片机Atmega8L,组成低成本的无线农业传感器信息传输模块。1　CC2420芯片简介111　内部结构(如图1所示

)

图1　CC2420内部结构

　　CC2420芯片的内部结构如图1所示。天线接收

的射频信号经过低噪声放大器和I/Q下变频处理后,

收稿日期:2006-03-06

中频信号只有2MHz,此混合I/Q信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩,最终恢复出传输的正确数据。发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器

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基于ZIGBEE技术的农业信息无线数据传输

基于ZIGBEE技术的农业信息无线数据传输　刘　原,等

中,头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据

IEEE802115.4标准,所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后,经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到214GHz,并经放大后送到天线发射出去。

IEEE80211514规范中规定使用DSSS调制方式,CC2420中的调制和扩频功能框图如图2所示

。

DSSS扩频变换后,码片速率达到2M/s,此码片序

图2　CC2420调制和扩频功能框图

CC2420先将要传输的数据流进行变换,每个字

列再经过O-QSK调制,每个码片被调制为半个周

期的正弦波。码片流通过I/Q通道交替传输,两通道延时为半个码片周期。CC2420为IEEE802115.4的数据帧格式提供硬件支持其MAC层的帧格式为:头帧+数据帧+校验帧;PHY层的帧格式为,同步帧+PHY头帧+MAC帧,帧头序列的长度可以通过寄存器的设置来改变。可以采用16位CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入RAM中的128字节的缓存区进行相应的帧打包和拆包操作。

2节被分组为两个符号,每个符号包括4个比特LSB

优先传输。每个被分组的符号用32码片的伪随机序列表示,共有16个不同的32码片伪随机序列。经过

3所示:

图3　系统总体应用框图

在本系统的无线传输模块设计中,对于主机系统

和下位机传感器处理中心的无线模块我们采用的是相同的硬件和软件设计。但是,通过在硬件中采用跳线的方式来选择无线模块工作在主机模式还是从机模式。这样,可以达到增强无线模块的通用性、灵活性和节约成本的目的。当系统上电复位后,单片机首先判断无线模块的主从模式,然后分别调用不同的程序块。在主机模式下,通过中断的嵌套的方式,可以让主机系统实时的来控制下位机的数据发送和接受,而在从机模式下,无线模块首先接受上位机无线模块发送过来的数据,然后对数据进行枚举后,判断出主机系统需要的实时控制的信息,再把需要应答的数据通过从机模式的无线模块发送给主机。这样,就保证了主从无线传输模块的全双工通讯。主机系统可以实时的控制数据的传输和监测下位机的工作状态,RF模块无线传输模块的结构如图4所示。　　图4所示电路是无线模块的一个结构框图。图中的单片机是Atmegalm8系列的AVR单片机。RS2232串口控制收发芯片是MAX3243,

无线射频芯片是22

图4　无线模块的结构图

CHONIC公司的CC2420芯片。另外,还有32kBytes的

外部数据存储器,用来存放临时数据,可以随时读出或

者上传给上位机。单片机内部有4Kb的Falsh内存和4kb的SDRAM。单片机通过SPI接口和CC2420进行通信。RS232部分与计算机的串口或者是GRPS的串口相接,把RF模块需要发送和接受的数据通过单片机作出相应的处理。单片机RF部分分别是由8M和16M的晶振提供振荡源。由于RF模块是低电压工作模块,所以外部电源提供的电压不能超过316V。

CC2420只需要极少的外围元器件,它的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微

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)控制器接口电路三个部分,芯片本振信号既可由外部有源晶体提供,也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外加晶体振荡器和两个负载电容,电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。例如当采用16MHz晶振时其电容值约为22pF。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗,使其输入输出阻抗为50Ω,同时为芯片内部的PA及LNA提供直流偏置。

3　系统的软件设计

本系统用C语言编程,软件采用模块化结构程序设计方式,软件模块包括系统初始化、RF芯片寄存器配置和模式设定、RAM的读写、RF接受和发送等子模块。根据本系统的特点,每一对无线模块在电路上通过跳线设置好主从机设置后,程序内部自动实现模式的配置,总框图如图5所示

:

图5　系统软件设计

311　系统初始化

voidSystemInit(BASIC_RF_RXINFO3pRRI,

UNIT8channel,WORDpanID,WORDmyAddr){

assign_addr();//分配寄存器地址,定义命令枚举表Com_init();//串口波特率,帧结构设定

SET_VREG_ACTIVE();//CC2420电源管理器

RfSettings();//设置通讯协议如地址,序列号,接

打开

Halwait(1000);//等待1s钟

SET_RESET_ACTIVE();//软件复位Halwait(1);

SET_RESET_INACTIVE();Halwait(5);

SPI_SETREG();//设置SPI寄存器

受状态和信息

halRfWaitForCrystalOscillator();//等待晶振稳定DISABLE_GLOBAL_INT();//将短地址和PAN_ID写入CC2420的RAM中去

FASTSPI_WRITE_RAM_LE(&myAddr,CC2420RAM_SHORTADDR,2,n);

FASTSPI_WRITE_RAM_LE(&panId,CC2420RAM_PANID,2,n);

}312　中断处理

本系统的中断主要是串口中断和SPI接口 …… 此处隐藏：3534字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……