一种Zigbee无线通信装置

1.一种Zigbee无线通信装置，其特征在于，包括型号为CC2530的单芯片、天线、频率为
32MHz的晶振、以及终端，其中：
在所述型号为CC2530的单芯片中，RFN端及RFP端，与天线连接；P2.3端及P2.4端，与频率为32MHz的晶振连接；P0.2端及P0.3端，与终端连接。
2.根据权利要求1所述的Zigbee无线通信装置，其特征在于，所述终端包括PLC、触摸屏、变频器与PC。

一种Zigbee无线通信装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及通信技术，具体地，涉及一种Zigbee无线通信装置。\n背景技术\n[0002] Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。\n[0003] Zigbee是一个由可多到65000个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数据传输模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络不仅可以“无限”扩展开来，而且还可以与现有的其它的各种网络连接。\n[0004] Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。Zigbee网络节点不仅本身可以与监控对对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控；它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。低功耗，低数据量（250KPS），低成本，使用免费的ISM频段（2.4G），高的抗干扰性能的直序扩频通信方式（DSSS），高保密性（64位出厂编号和支持AES-128加密），高集成度和高的可靠性；节点模块之间具有自动动态组网的功能，采用了包括网状网在内的拓扑结构，使用了碰撞避免机制，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。Zigbee网络还可以通过接口卡等多种方式，与互联网、GPRS网、CDMA1x网以及其它通信系统线连接，从而实现远程操控；也可以通过其它网络，将两个或多个局部Zigbee网络连接在一起。\n[0005] 但是，在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：\n[0006] ⑴通信距离短：Zigbee基于IEEE802.15.4网络技术，低功耗的特性使它的传播距离大概在100米以内，即使加上功放芯片，距离也不能很大的延长。只适合做短距离的通信和数据传输；\n[0007] ⑵通信速率慢：Zigbee工作在2.4GHz的频段下，较高的频率，致使Zigbee无线通信装置之间通信的速率会相对较低，峰值将会是250Kbps；\n[0008] ⑶穿透能力弱：Zigbee较高的频段，使Zigbee通信时所产生的电磁波波长较短，不利于穿透较厚的物体，例如楼板、钢筋水泥等。\n发明内容\n[0009] 本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种Zigbee无线通信装置，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。\n[0010] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种Zigbee无线通信装置，包括型号为CC2530的单芯片、天线、频率为32MHz的晶振、以及终端，其中：在所述型号为CC2530的单芯片中，RFN端及RFP端，与天线连接；P2.3端及P2.4端，与频率为32MHz的晶振连接；P0.2端及P0.3端，与终端连接。\n[0011] 进一步地，所述终端包括PLC、触摸屏、变频器与PC。\n[0012] 本实用新型各实施例的Zigbee无线通信装置，由于包括型号为CC2530的单芯片、天线、频率为32MHz的晶振、以及终端，其中：在型号为CC2530的单芯片中，RFN端及RFP端，与天线连接；P2.3端及P2.4端，与频率为32MHz的晶振连接；P0.2端及P0.3端，与终端连接；可以将Zigbee无线通信装置通过UART串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC等终端设备的RS232串口相连，通过协调器（Coordinator）建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee的路由器（Router）或者终端设备（Enddevice）带入Zigbee网络，形成一个无线通信网；有利于摒弃设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网；从而可以克服现有技术中通信距离短、通信速率慢与穿透能力弱的缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。\n[0013] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。\n[0014] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。\n附图说明\n[0015] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：\n[0016] 图1为根据本实用新型Zigbee无线通信装置的结构示意图；\n[0017] 图2为根据本实用新型Zigbee无线通信装置中协调器建立网络的流程示意图；\n[0018] 图3为根据本实用新型Zigbee无线通信装置中路由器加入网络收发信息的流程示意图；\n[0019] 图4为根据本实用新型Zigbee无线通信装置中终端加入网络的流程示意图；\n[0020] 图5为根据本实用新型Zigbee无线通信装置应用实施例的结构示意图。\n[0021] 结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：\n[0022] 1-型号为CC2530的单芯片；2-天线；3-频率为32MHz的晶振；4-终端。\n具体实施方式\n[0023] 以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。\n[0024] 根据本实用新型实施例，提供了一种Zigbee无线通信装置。如图1-图5所示，本实施例包括型号为CC2530的单芯片1、天线2、频率为32MHz的晶振3、以及终端4，其中：在型号为CC2530的单芯片1中，RFN端及RFP端，与天线2连接；P2.3端及P2.4端，与频率为\n32MHz的晶振3连接；P0.2端及P0.3端，与终端4连接。\n[0025] 进一步地，在上述实施例中，上述终端4包括PLC、触摸屏、变频器与PC。\n[0026] 在上述实施例中，Zigbee无线通信装置采用型号为CC2530的单芯片1（即TI公司的Zigbee芯片CC2530）来实现，采用3.3V电压进行供电，可以有相关设备进行直接供电；\n当CPU供电运行时，P2.3、P2.4引脚所接的32MHz晶振将开启，并稳定运行，通过软件的编程配置，来控制型号为CC2530的单芯片1的时钟、相关波和电平的配置，同时P1.6引脚将会产生低电平并保持，从而点亮LED1；同时，终端4供电运行的初始化时，将会检测P0.0引脚和P0.1引脚对应的拨码开关的状态，由此来决定该Zigbee无线通信装置运行的类型是协调器、路由器或者是终端4设备。\n[0027] 现在的工业设备，例如信捷、西门子、欧姆龙等品牌的PLC、触摸屏、变频器、以及监控和编程使用的PC，均采用了RS232串口相连接的方式。在上述实施例中，将利用型号为CC2530的单芯片1的两个通用UART串口，对其进行配置和使用，将UARTRX与RS232的TXD相连，将UARTTX与RS232的RXD相连，对应的型号为CC2530的单芯片1引脚采用P0.2和P0.3，即使用内部的UART0串口。\n[0028] 当相关的终端4设备发出数据，便会在TXD上产生电平信号，通过软件编程和对UART配置寄存器的操作，型号为CC2530的单芯片1将会检测到与TXD相连的UARTRX上的信号，立即产生中断，将UARTRX端的数据写入UART0的DEBUFF中，当收到数据满足UART配置的数据格式时，将立即交给RFN，经由天线2，产生2.4G频段的一个波，并发出，以此来完成数据的发送；通过软件的配置，P1.7引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的发送。\n[0029] 数据接收的方式，与数据发送正好相反，Zigbee无线通信装置默认是工作在接收方式的状态中，即当TXD没有电平信号的时候，型号为CC2530的单芯片1将只运行在接收模式，此时当底层代码中配置的2.4G频段的频道中有数据的时候，RFP将会收到由天线2接收到的数据，并立即存入UART0的DEBUFF中，与此同时，P2.0引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的接收。当UARTTX接收到信号，将会立即产生一个UART的发送中断，DEBUFF的数据将经由UARTX进行发送，此时相关设备的RXD端，将收到Zigbee无线通信装置接收到的数据，从而完成了Zigbee无线通信装置数据的接收。\n[0030] 可见，在上述实施例中，Zigbee无线通信装置，将用其UART串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC等设备的RS232串口相连，通过Zigbee无线通信装置的Coordinator协调器建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee的Router或者Enddevice设备带入Zigbee网络，形成一个无线通信网。从而摒弃了设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网。\n[0031] 上述Zigbee无线通信装置所组成的网络还具有以下特性：\n[0032] ⑴低功耗：Zigbee设备工作时所需的功耗极小，普通电池也可满足；\n[0033] ⑵网状网优势：Zigbee无线通信装置只需要一个协调器建立网络，形成一个Mesh网，MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通，Mesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护，MESH网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模；MESH网络还具备自组织、自愈功能；\n[0034] ⑶抗干扰性强：ZigBee在低信噪比的环境下ZigBee具有很强的抗干扰性能，ZigBee技术在相同的环境中，Zigbee抗干扰性能远远好于蓝牙和WLAN；ZigBee的抗干扰性能是蓝牙、WLAN和FSK的1000倍。从而可以有效保障工业设备之间的通信和群控的稳定；\n[0035] ⑷短时延：Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能；相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s；极高的响应度，可以满足工业设备之间高速率的响应和动作。\n[0036] 例如，在上述实施例中，利用Zigbee无线通信装置，可以实现PLC设备程序的远程编程和下载：传统的PLC设备通过串口进行程序编程调试和下载，而Zigbee无线通信装置的出现，将之与PLC设备相连，在远端的PC上连接一个Zigbee无线通信装置就可以进行远端的链接，实现程序的远程下载和调试。\n[0037] 又如，利用Zigbee无线通信装置，可以将不同设备组成一个Zigbee网络：将PLC、触摸屏、变频器等设备与Zigbee无线通信装置相连，通过Zigbee设备，将这些工业设备加入到Zigbee网络，从而将这些设备结合成一个物联网，实现设备之间的同步和通信，取代原有的电缆连接。\n[0038] 再如，利用Zigbee无线通信装置，可以实现远程监控：当PLC、触摸品、变频器与Zigbee无线通信装置相连，远端的PC上也只需要连上一个Zigbee无线通信装置，就可以实现远端的监控，通过组态软件可以进行无人监控，大大解决了一些恶劣环境下的设备监控问题。\n[0039] 还有，利用Zigbee无线通信装置，可以实现自动化领域的Zigbee无线组网先例：\nZigbee技术在工业领域用途较多的在于传感器的链接和数据采集，然而在自动化设备和领域中，Zigbee技术一直都没有被采用；但是Zigbee网络的密集型和可拓展性，正好解决了自动化设备之间有限的通信和监控，它在自动化设备中一旦投入使用，将会有比普通电缆和双绞线更有优势；密集型的网络，将自动化设备和工业设备、PC有效的相结合，形成一个可延伸、可维护的网络。将更好的把整个自动化流程组织的更为完善和高效，可以说这将是自动化领域、工业领域、通信领域以及物联网领域中一次很大的飞跃。\n[0040] 如图5所示，由Zigbee协调器建立起来的网络，周围分布了Zigbee的路由器设备和Zigbee的终端4设备，这些Zigbee无线通信装置都处在同一个Zigbee网络中，通过无线2.4GHz频段，连接在一起；每一个Zigbee无线通信装置下面，通过UART串口和工业设备PLC、触摸屏、变频器的MODBUS串口相连，将终端4设备的串口通信全部经由Zigbee无线通信装置UART，并通过无线发出，这样一个网络中，将不会再有电缆连接实现通信；远端的PC，可以通过串口与Zigbee无线通信装置相连，可以很方便的给所有网络中的任何设备发送信息，也能对每一台设备进行监控。这样，各个设备之间的协调工作也完全经过Zigbee无线通信装置进行通信，完全取代了传统意义上利用有线电缆进行通信和监控的方法。\n[0041] 此外，在上述实施例中，网络是可扩展的，再加入路由器设备或终端4设备，便可以实现网络的延伸，实现更远距离、更广范围的数据传输，从而达到一个范围内的物联网概念。\n[0042] 综上所述，本实用新型各实施例的Zigbee无线通信装置，由于包括型号为CC2530的单芯片1、天线2、频率为32MHz的晶振3、以及终端4，其中：在型号为CC2530的单芯片1中，RFN端及RFP端，与天线2连接；P2.3端及P2.4端，与频率为32MHz的晶振3连接；P0.2端及P0.3端，与终端4连接；可以将Zigbee无线通信装置通过UART串口与工业设备PLC、触摸屏、变频器和PC等终端4设备的RS232串口相连，通过协调器（Coordinator）建立一个网络，并将这些设备通过Zigbee的路由器（Router）或者终端4设备（Enddevice）带入Zigbee网络，形成一个无线通信网；有利于摒弃设备之间的通信电缆，形成一个设备之间可以无线通信，远端实现群体监控的物联网；从而可以克服现有技术中通信距离短、通信速率慢与穿透能力弱的缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。\n[0043] 最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。