专利名称：基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种基于紫蜂(以下称ZigBee)协议的无线传感器网络的开发系 统，主要用于对无线传感器网络的研究和开发，该设备采用嵌入式硬件平台， 运行于实时操作系统，设备之间采用无线的方式进行连接和通信，属于无线传
感领域。
背景技术：
早在上肚纪70年代，就出现了将传统传感器釆用点对点传输、连接传感控 制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学 科的不断发展和进歩，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理 能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网 络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传 感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使 用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。无线传感器网络是新一代的传感 器网络，结合了传感器技术、无线通信技术和嵌入式技术，具有非常广泛的应 用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。
无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、 环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体 现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以人胆的预见，将来无线传 感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将 家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采 用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无 孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的 所有领域。
Zigbee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设 备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信 方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方 向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。
世界上各大公司和组织普遍看好ZigBee技术及其未来的应用潜力和价值， 在2003年11月，IEEE正式发布了该项技术物理层和MAC层所采用的标准协议， 即IEEE 802. 15. 4协议标准，作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协 议；2004年12月，ZigBee联盟正式发布了该项技术标准。标准的正式发布， 加速了 ZigBee技术的研发工作，许多公司和生产商已经陆续地推出了自己地产作为一种新兴的无线传输标准，Zigbee主要有以下一些特征 功耗低工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低，传输数据量很小，因 此信号的收发时间很短，由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠 模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月 到2年左右。
数据传输可靠ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when-ready 的碰撞避免机制。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠 状态激活的时延都非常短。
网络容量大ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支 持简单器件。 一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网路节点，其中一 个是主控(Master)设备，其余则是从属(Slave)设备。若是通过网络协调器 (Network Coordinator)，整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路 节点。
兼容性ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器 (Coordinator)自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行 信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。
安全性Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了 三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或 者上层己经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于 第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据， 在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标 准(AES)的对称密码。
实现成本低模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5 美元，且某些Zigbee协议是免费的。
但由于ZigBee是一项全新的技术，国内的高校、公司和研究所对其的开发 研究尚处于起步阶段。
发明内容
木发明的目的是提供 -种基于紫蜂(ZigBee)协议的无线传感器网络的开 发系统，以方便研发人员在此系统之上做应用级的开发。
本发明采用如下技术方案 一种基于ZigBee协议的无线传感器网络的开发装置，其特征在于该开发装 置包括
紫蜂评估无线模块(以下称ZigBee-EM无线模块，EM: Evaluation Module,
评估模块)，由射频传输控制模块组成，负责基于紫蜂协议的无线通信；
紫蜂开发模块(以下称ZigBee开发模块)，包括USB控制器模块、电源管 理模块和一外设模块，所述USB控制器模块用于将连接到ZigBee开发模块的外 部USB信号转换成调试信号并传输给ZigBee-EM无线模块处理；所述电源管理 模块负责为所述ZigBee-EM无线模块和ZigBee开发模块提供电源；所述外设模块同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制器模块连接。
优选地，所述ZigBee开发模块由紫蜂评估板(以下称ZigBee-EB评估板， EB:Evaluation Board,评估板)组成，所述USB控制器模块、电源管理模块和 外设模块设置在所述ZigBee-EB评估板上，ZigBee-EB评估板通过一组接口与 ZigBee-EM无线模块连接。
其中，所述外设模块包括同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制器 模块连接的UART模块、控制输入模块、显示输出模块、语音扩展模块和扩展IO 接口模块。
又一优选地，所述ZigBee开发模块由紫蜂开发板(以下称ZigBee-DB开发 板，DB:Develop Board,开发板)和紫蜂在线仿真器(以下称ZigBee-ICE仿真 器，ICE: In Circuit Emulator,在线仿真器)组成，所述电源管理模块和外设 模块设置在所述ZigBee-DB开发板上，所述USB控制器模块设置在ZigBee-ICE 仿真器上，ZigBee-DB开发板和仿真器通过线缆连接，ZigBee-工CE仿真器通过 线缆与ZigBee-EM无线模块连接。
具体地，所述外设模块包括同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制 器模块连接的UART模块、控制输入模块、显示输出模块、传感器模块、外部存 储器模块和扩展10接口模块。
具体地，所述外部存储器模块采用EEPROM存储器。
具体地，所述传感器模块包括用于测试环境光线强度的光敏电阻和用于二 维加速度测量的加速度传感器。
再一优选地，所述射频传输控制模块由基于ZigBee协议的片上系统芯片及 其外围电路组成。
木发明基于ZigBee协议的无线传感器网络的开发装置包含了 2个组成部 分，即ZigBee-EM无线模块和ZigBee开发模块。整个开发装置的体系结构包 括射频传输控制模块、USB控制器模块、电源管理模块和外设模块。其中，射 频传输控制模块主要负责基于ZigBee协议的无线通信，USB控制器模块主要功 能是将外部的USB信号转换成调试信号，电源管理模块为整个开发装置提供电 源，外设模块包含了开发装置中全部的外设资源。为了满足不同实验环境的需 要，射频传输控制模块设计为单独的ZigBee-EM无线模块，而ZigBee开发模块 有两种设计方案 一种是将ZigBee开发模块设计成单独的ZigBee-EB评估板， ZigBee-EB评佔板上包含有USB控制器模块、电源管理模块和外设模块。另一种 是将ZigBee开发模块设计成ZigBee-DB开发板和ZigBee-ICE仿真器组合的形 式，其中ZigBee-DB开发板上设置了电源管理模块和外设模块，ZigBee-ICE仿 真器上设置了 USB控制器模块。ZigBee-DB开发板的外设模块和ZigBee-EB评估 板上的外设模块根据实验环境的需要具有不同设计。
本发明提供了一种基于ZigBee协议的无线传感器网络的开发装置，具有以下
优点
1、使用方便。只需采用PC的USB 口连接开发装置便可进行开发。另外提供/多种供电方式以方便用户的测试。
2、 扩展性好。利用本发明设计的开发装置提供资源，可进行多种无线传感 器网络的实验和测试。在用户开发的初级阶段，用户可以通过该开发装置提供 的大量10扩展接口直接连接自己已有的目标设备，无需重新制板验证方案，从 而大量节约了时间和财力。
3、 操作性好。开发时，用户可以通过连接PC实现整个开发流程。在无线 测试时，若需断开与PC的连接则可通过装置提供的控制输入模块和显示输出模
块轻易地交互信息，时时掌握设备的状态。
4、 经济实用。性能上可以与国外价格昂贵的同类设备相媲美，并有很好的 兼容性，而价格上则是国外同类设备的几分之一甚至十几分之一，具有极高的 性价比。
下面结合附图对本发明具体实施方式
进行详细说明。 图l是本发明的系统体系结构图； 图2是本发明的ZigBee-EM无线模块的电路原理图； 图3是本发明的ZigBee-EB评估板的电源管理模块电路原理图； 图4是本发明的ZigBee-EB评估板的USB控制器模块电路原理图； 图5是本发明的ZigBee-EB评估板的UART模块电路原理图； 图6是本发明的ZigBee-EB评估板的控制输入模块电路原理图； 图7是本发明的ZigBee-EB评估板的显示输出模块电路原理图； 图8是本发明的ZigBee-EB评估板的语音扩展电路原理图； 图9是本发明的ZigBee-EB评估板的扩展工O接口电路原理图； 图10是本发明的ZigBee-DB开发板的电源管理模块电路原理图； 图ll是本发明的ZigBee-DB开发板的UART模块电路原理图； 图12是本发明的ZigBee-DB开发板的控制输入模块和显示输出模块电路原 理图13是本发明的ZigBee-DB丌发板的传感器模块电路原理图； 图14是本发明的ZigBee-DB开发板的外部存储器模块电路原理图； 图15是本发明的ZigBee-DB开发板的扩展I0接口电路原理图； 图16是本发明的ZigBee-ICE仿真器的电源管理模块电路原理图； 图17是本发明的ZigBee-ICE仿真器的USB控制器模块电路原理图； 图18是本发明的系统工作流程图。
具体实施例方式
以下结合附图详细描述本发明的一较佳实施例，对本发明作进一歩的说明。 如图1所示， 一种基于ZigBee协议的无线传感器网络的开发装置，包括 ZigBee-EM无线模块和ZigBee开发模块，ZigBee-EM无线模块由射频传输控制模块组成，负责基于ZigBee协议的无线通信；ZigBee开发模块包括USB控制器模块、 电源管理模块和外设模块，USB控制器模块用于将连接到ZigBee开发模块的外部 USB信号转换成调试信号并传输给ZigBee-EM无线模块处理；电源管理模块负责 为ZigBee-EM无线模块和ZigBee开发模块提供电源；外设模块同时与射频传输控 制模块和USB控制器模块连接，包括了开发装置所需要的多种外设。PC通过USB 线缆连接到USB控制器模块。当射频传输控制模块开始工作时，USB控制器模块 将USB信号转换为传输给射频传输控制模块的两路调试信号。该调试信号包括DC (Debug Clock,调试时钟)和DD (Debug Data,调试数据)。USB控制器模块 控制着连接射频传输控制模块的复位信号线。
为了满足不同实验环境的需要，本发明设讣成由下列部件组成
(1) 具有USB接口的ZigBee ICE仿真器l个;
(2) ZigBee/802. 15.4全兼容的硬件层、物理层的2. 4GHz ZigBee-EM无线 模块6块；
(3) ZigBee-EB评估板2块；
(4) ZigBee-DB开发板4块。 其中CHIPCON公司最新出品的集成了无线单片机的CC2430芯片被单独设计
/土了ZigBee-EM无线模块上，该模块有两组2 X 10的1. 27mm孔距的插口以方便和 评估板或开发板相连接。插上ZigBee-EM无线模块后，ZigBee-EB评估板立刻就 成为了一个全功能的ZigBee开发终端，用户可以通过USB线缆连接PC后对其上的 CC2430进行程序卜载、在线仿真或调试。此时开发装置包括两个单片机， 一个 是ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片内部的单片机，另一个是Silicon Labs公 司生产的USB型C8051F320单片机，板上的外设资源都是同时连接到这两款单片 机的，前者主要负责基于ZigBee协议的无线通信，后者则主要是将外部的USB信 兮转换成调试信y。考虑到CC2430芯片是-款真正意义上的SOC的ZigBee—站式 产品，在程序"F载完成后只需要给ZigBee-EM无线模块加上电源就可作为单独的 无线传感器节点进行工作，同时考虑到不同实验环境的需要，因此设计了 ZigBee-DB开发板。ZigBee-DB开发板上拥有多种外设和传感器，还有多种供电 方式可以选择，给开发提供了很大的便利。由于ZigBee-DB开发板上没有 C8051F320的USB型单片机而不方便调试，所以这里另将C8051F320单片机的相 关电路设计为了一个ZigBee-ICE仿真器。将仿真器与插上ZigBee-EM无线模块的 ZigBee-DB开发板用10芯线缆相连接后就可以实现在线下载、调试、仿真等功能 了。这样的设计使一个ZigBee-ICE仿真器可以先后连接多个ZigBee-DB开发板使 用。对丁每一块插上ZigBee-EM无线模块的ZigBee-DB开发板而言，F载调试完 程序后，断开ZigBee-1CE仿真器，供上电后就能作为一个无线传感器节点独立 工作了。需要注意的是，ZigBee-EB评估板插上ZigBee-EM无线模块后可以单独 使用其全部功能，无需连接ZigBee-ICE仿真器，而ZigBee-DB开发板插上 ZigBee-EM无线模块只是一个终端的无线传感器节点，若想在线下载调试则必须 连接仿真器。此外，ZigBee-EB评估板与ZigBee-DB开发板的板上外设也不尽相同，这样设计可以适用于更多的实验环境。总的来说，ZigBee-EB评估板与 ZigBee-DB开发板+ZigBee-ICE仿真器设计的原理是一致的，这样不同板子的组 合设计是-充分考虑了用户使用的便利、无线传感器阿称多节点以及成本等多方 面因素的影响。
下面以ZigBee-EB评估板为例详细介绍本具体实施例的设计原理。 图2所示是本发明的ZigBee-EM无线模块的电路原理图。本发明中将射频传 输控制模块设计成一块单独的ZigBee-EM无线模块，采用的芯片是CHIPCON公司 最新出品的CC2430F-128的片上系统。CC2430是世界上首个真正的单芯片ZigBee 解决方案，是世界上第l个真正意义卜-的SoC ZigBee—站式产品，具有芯片可编 程闪存以及通过认证的ZigBee TM协议栈。它包含了高速且超低功耗的8051内核、 128KB大容量的闪存、8KB的SRAM、 128kbps的高速无线通信接口 。 CC2430芯片采 用了DSSS频谱传输，可自动跳频、防冲突、防碰撞，提高了传输可靠性；待机 状态下工作电流仅为O. 2uA，实现了更低的功耗；集成了MCU，多种外围电路高 度集成；易用，底层实现库类丰富，功能完善，源代码开放、标准化。由于CC2430 的功能十分强大，几乎包含了ZigBee应用所需的全部资源，因此ZigBee-EM无线 模块的设计比较简宇.。只要在CC2430芯片的外围加上少许的电容、电感、晶振 ，就完成了一个基丁ZigBee无线传感器网络的终端节点的最小系统设计。在这 毕.将"gBee-EM无线模块卜1X2430芯片的引脚全部引到了两组接口之上，以便于 跟ZigBee-EB评估板和ZigBcc-DB开发板相连接。
图3所示是本发明的ZigBee-EB评估板的电源管理模块电路原理图。电源管 理模块为整个系统提供3. 3V和1. 8V两路电源。其中3. 3V是整个开发装置的主要 电源，为各个芯片和器件供电，1.8V则是在射频电路工作时为CC2430 Ll提供 的又一路电源以保证驱动能力。这里选择了LP2983-3. 3V和XC6204B182两款 LDO(Low Drop Out,低压降输出)芯片作为两路供电的主芯片。为了最大限度地 方便用户使用，ZigBee-EB评估板上提供了4路供电接口，分别是个直流电 源接口、 一个实验室用供电接口、背面的一个电池盒和一个L—SB供电接口。电源 部分的设计关键要考虑电源的抗干扰。 一般而言，嵌入式系统中最重要并且危 害最严重的干扰来源于电源的污染。电源系统的干扰主要原因是受到瞬时电压 冲击，包括雷击造成的过电压冲击、电网电压的浪涌和尖峰电压、某些用电设 备所产生的尖峰干扰脉冲、工业火花以及静电放电电压等。瞬时电压冲击侵入 会对电子设备产生损坏和干扰，通常采用一些瞬态抑制装置进行防护。本次电 源部分设计采用的是瞬态电压抑制器(TVS) 。 TVS是一种二极管形式的高效能保 护器件。3TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以极高的速度将 其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电JJi 箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，使其免受各种浪涌 脉冲的损坏。
图4所示是本发明的ZigBee-EB评估板的USB控制器模块电路原理图。USB控 制器采用了Silicon Labs公司出品的USB型单片机C8051F320，它具有如下特点 (1)全速的USB 2.0功能控制器；(2)内部集成了时钟恢复电路，且不需要外接晶振；(3)可支持8个USB端点；(4)带有1K字节的USB缓存器；(5)内部 集成了USB接口的数据收发器，设计中无需外部上拉电阻；(6)具有高速增强 翻0§-1--Me&内核，该MOJ内核采用流水线式指令结构，--70%的指令执行时-间为一 个或两个系统时钟周期，处理速度可达到25MIPS (时钟频率为25MHz时)；(7) C8051F320还有许多其它特性，如支持在系统编程(ISP)，带有可编程的数字 1/0和数字交叉开关，可提供全速、非侵入式的在系统片内调试电路等。 C8051F320 USB单片机除了可以控制所有的外设，还由于其独有的USB 2. O功能 控制器的特点，使用户可以通过USB接口方便地对CC2430进行调试。
ZigBee-EB评估板上的外设模块包括UART模块、控制输入模块、显示输出模 块、语音扩展模块和扩展工O接口模块。
图5所不是本发明的ZigBee-EB评估板的UART模块电路原理图。UART接口 是一种常用的用于与PC或其它设备通信的串行通信接口，使用该接口可以很方 便地在设备之间进行数据交互。ZigBee-EB评估板上采用了一片SP3243芯片把 TTL信号转换为双极性的适用于UART接口的RS-232信号电平。UART模块同时 连接着ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的UARTO 口与C8051F320的UARTO □。
图6所示是本发明的Z i gB e e -EB评估板的控制输入模块电路原理图。 ZigBee-EB评估板上的控制输入模块所采.币的输入设备包括一款5向摇杆，3个按 键和一个电位器。其屮的5向摇杆如同手机里所用的摇杆一样，有上、下、左、 右和按下5种控制方式。使用该摇杆既美观又缩小了PCB板的面积。上、下、左、 厶四个方向键使用ADC采样输入，通过放大器AD8544芯片连接至ZigBee-EM无 线模块上的CC2430芯片的P0. 6脚。表示确认的按下键则是肓接连接至ZigBee-EM 无线模块上的CC2430芯片的P0. 5脚读取电平。ZigBee-EB评估板上又设置了3个 按键，分别是S1， S2， S300。其中S1控制外部触发，连接着ZigBee-EM无线模块 上的CC2430芯片的P0. l脚。S2控制ZigBee-EM无线模块上的CC2430芯片的复位， S300则控制着C8051F320的复位。另外，ZigBee-EB评估板还设计了一个电位器 RT1。 RT1用于控制在ADC测试时产生可调的模拟电压输出，右旋增大输出电压， 左旋减小输出电压，该电位器产生的最人输出电压3.3V左右。RT1电位器的控制 引脚连接至ZigBee-EM无线模块上的CC.2430芯片的P0.7脚。
图7所示是本发明的ZigBee-EB评估板的显示输出模块电路原理图。 ZigBee-EB评估板上的显示输出模块中，输屮,设备包括LCD和LED。其中LCD是一 块2X16的字符型的I2C接口的LCD，用于显示输出各种数据及调试信息。同时板 上还提供了LED，用于表明当前的工作状态或供测试使用。由于CC2430芯片的I0 引脚有限，所以这里放弃使用常见的需要占用许多IO口的并口LCD，而改用仅仅 只需要2脚便可通信的I2C接口的LCD。该LCD内部嵌入了ra工LlPS公司的I2C液晶 驱动器。通信的2脚当中SDA是数据线，SCL是时钟线，分别连接至ZigBee-EM无 线模块上CC2430芯片的P2. 3脚和P2. 4脚。ZigBee-EB评估板上还提供了4个LED， 其中一个LED直接连到了ZigBee-EM无线模块上CC2430芯片的一个I0脚P1. 0，另 外的三个LED为了保证驱动力通过三态门后分别连接到了ZigBee-EM无线模块卜_CC2430芯片的IO脚P1. 2， Pl. 3和P2. 0。
图8所示是本发明的ZigBee-EB评估板的语音扩展电路原理图。语音扩展模 块是MfBee，-EB评估板上的—选配电路。在Zi—gBee-EB评估板上设计了一个麦克风 输入接口和一个耳机输出接口。音频输出部分由音量控制、四阶低通滤波器、 音频功放组成。音量电位器RT2控制输出音量，右旋增大输出音量，左旋减小输 出音量。四阶低通滤波器用于滤波6kHz以上的高频信号，将P丽转换成模拟信号， 再送入音频功放驱动芯片TPA4411来驱动耳机。麦克风输入包含一个低通放大器 AD8544，将输入的微弱音频信号放大到合适的信号电平，滤出高频成分，提高 信噪比并利于ADC釆样。
图9所示是本发明的ZigBee-EB评估板的扩展IO接口电路原理图。扩展IO接 口包括以下的四组接口，分别是用于与ZigBee-EM无线模块相连接的Pl和P2接 口 ，与ZigBee-EM无线模块上的CC2430的I0口相连接的设计用于'扩展使用或便于 小波器测试信号P10和P11接口，用于方便测试而实际的P1001和P1002与P1023和 P1024两组接U。
图10所示是本发明的ZigBee-DB开发板的电源管理模块电路原理图。 ZigBee-DB开发板上选用了LM1117-3. 3的LD0芯片提供3. 3V的电源。为了使用的 方便，ZigBee-DB开发板上提供了3路供电接口，分别是 一个直流电源接口、 背面的一个电池盒和一个与ZigBee-ICE仿真器相连的数据/供电接口。
图11所示是本发明的Z i gBee-DB开发板的UART模块电路原理图。与 ZigBee-EB评估板有所不同，ZigBee-DB开发板上采用了一片SIPEX公司的SP3232 芯片来完成UART接口的信号电平转换。 一
图12所示是本发明的ZigBee-DB开发板的控制输入、显示输出模块电路原理 图。ZigBee-DB开发板上的控制输入设备包括一款5向的摇杆，2个按键和一个电 位器。摇杆实现的功能与ZigBee-EB评估板类似，2个按键分别实现控制外部触 发和控制ZigBee-EM无线模块上的CC2430复位的功能，电位器也是用于控制在 ADC测试时产生可调的模拟电压输出。显示输出设备只有LED，这点与ZigBee-EB 评估板有所不同。这一部分的内容与ZigBee-EB评估板的类似，这里就不再赘述 了。
图13所示是本发明的ZigBee-DB开发板的传感器模块电路原理图。传感器模 块包括两种类型的传感器，即光敏传感器和加速度传感器。其中光敏传感器是 选用一光敏电阻来实现的，可以测试环境光线的强度。加速度传感器则采用了 ANALOG DEVICES公司的ADXL321芯片，可以提供二维的加速度测量。
图14所示是本发明的ZigBee-DB开发板的外部存储器模块电路原理图。外部 存储器模块采用MicrochipTechnology公司的EEPROM——23AA32A芯片，这是一-款32 bit的I2C接口的串行EEPR0M。
图15所示是本发明的ZigBee-DB开发板的扩展IO接U电路原理图。这部分电 路所要实现的作用与ZigBee-EB评估板上的扩展IO接口电路一样，方便了扩展、 测试和调试。
图16所示是木发明的ZigBee-ICE仿真器的电源管理模块电路原理图。这里选用了LP2985 — 3. 3V的LD0芯片作为供电芯片，通过USB接口取电。
图17所示是本发明的ZigBee-ICE仿真器的USB控制器及其外围电路原理图。 ZigBee^IGE仿真器上的USB型单片机及^-外围电路与Z-igBee-』B评估板上的枏应 电路基本相同。这里不再重复介绍了。
图18所示是本发明的系统工作流程图。本发明的无线传感器网络的开发装 置是基于ZigBee协议来设计的。在链路层，设计了一个简化的CDMA/CA协议，即 任何节点在发送之前必须进行一段随机时间的载波监听，在确认当前无别的节 点在进行数据传输时才发送数据，收发双方通过三次握手来交换数据。在系统 空闲时，关闭监听以降低功耗。这种协议存在着隐含节点以及监听时的功耗损 失等问题，但在一定的节点数量范围内还是很有效的。系统开始时，对控制器、 各模块及网络运行方式进行初始化，接着初始化ZigBee协议栈，然后使能协议 栈并组网，之后系统模块进入休眠，关闭监听以降低功耗。此后等待新的传感 器节点的加入以便激活系统重新组网。
建立自己的ZigBcc开发平台，需要准备软硬件两部分。硬件部分除了本发 明设计的一整套ZigBee开发系统外，还需要一台有USB接口、性能不低于P3的计 算机以及-些电子测试工具，如万用表、示波器等。软件部分主耍是编程集成 开发平台，些实例程序以帮助入门以及ZigBee协议栈。编程集成开发平台选 用的是IAR开发环境，选取的ZigBee协议栈是CHIPCON公司的Z-Stack，实例程序 口T随本发明的开发装置一道提供。
权利要求
1.一种基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特征在于该开发装置包括紫蜂评估无线模块，由射频传输控制模块组成，负责基于紫蜂协议的无线通信；紫蜂开发模块，包括USB控制器模块、电源管理模块和一个外设模块，所述USB控制器模块用于将连接到紫蜂开发模块的外部USB信号转换成调试信号并传输给紫蜂评估无线模块处理；所述电源管理模块负责为所述紫蜂评估无线模块和紫蜂开发模块提供电源；所述外设模块同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制器模块连接。
2. 如权利要求1所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在于所述紫蜂开发模块由紫蜂评估板组成，所述USB控制器模块、电源管理 模块和外设模块设置在所述紫蜂评估板上，紫峰评估板通过一组接口与紫蜂评 估无线模块相连接。
3. 如权利要求2所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在于所述外设模块包括同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制器模块 连接的UART模块、控制输入模块、显示输出模块、语音扩展模块和扩展10接 U模块。
4. 如权利要求1所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在于所述紫蜂开发模块由紫蜂开发板和紫蜂在线仿真器组成，所述电源管理 模块和外设模块设置在所述紫蜂开发板上，所述USB控制器模块设置在紫蜂在 线仿真器上，紫蜂开发板和紫蜂在线仿真器通过线缆连接，紫蜂开发板通过接 口与紫蜂评估无线模块连接。
5.UART模块、控制输入模块、显示输出模块、外部存储器模块、传感器模 块和扩展10接口模块。
6. 如权利要求5所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在T所述外部存储器模块采用EEPR0M存储器。
7. 如权利要求5所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在于所述传感器模块包括用于测试环境光线强度的光敏电阻和用于二维加速 度测量的加速度传感器。
8. 如权利要求1所述的基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特 征在下所述射频传输控制模块由基于紫蜂协议的片上系统芯片及其外围电路组成o
全文摘要
本发明公开一种基于紫蜂协议的无线传感器网络的开发装置，其特征在于该开发装置包括紫蜂评估无线模块，由射频传输控制模块组成，负责基于紫蜂协议的无线通信；紫蜂开发模块，包括一USB控制器模块、一电源管理模块和一个外设模块，所述USB控制器模块用于将连接到紫蜂开发模块的外部USB信号转换成调试信号并传输给紫蜂评估无线模块处理；所述电源管理模块负责为所述紫蜂评估无线模块和紫蜂开发模块提供电源；所述外设模块同时与所述射频传输控制模块和所述USB控制器模块连接。本发明具有以下优点使用方便、扩展性好、操作性好、经济实用。
文档编号G06F17/50GK101316206SQ20081001880
公开日2008年12月3日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者张丛耸, 徐维凡, 澍 沈, 裴文江 申请人:东南大学