专利名称：一种Zigbee无线通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，具体地，涉及一种Zigbee无线通信装置。
背景技术：
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。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海个网络节点间 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。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、CDMAlx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。但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷 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；
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 ；
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。
发明内容
本发明的目的在于，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。为实现上述目的，本发明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。进一步地，所述终端包括PLC、触摸屏、变频器与PC。本发明各实施例的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。本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图ι为根据本发明Zigbee无线通信装置的结构示意图； 图2为根据本发明Zigbee无线通信装置中协调器建立网络的流程示意图； 图3为根据本发明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； 图4为根据本发明Zigbee无线通信装置中终端加入网络的流程示意图； 图5为根据本发明Zigbee无线通信装置应用实施例的结构示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下
1-型号为CC2530的单芯片；2-天线；3-频率为32MHz的晶振；4-终端。
具体实施例方式以下结合附图对本发明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发明，并不用于限定本发明。根据本发明实施例，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 32MHz的晶振3连接；P0. 2端及P0. 3端，与终端4连接。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。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； 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
4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Pl. 6引脚将 会产生低电平并保持，从而点亮LEDl ；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。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UARTO串口。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UARTO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，Pl. 7引脚将同步产生低电平，进行闪烁，表示数据的发送。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UARTO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。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。上述Zigbee无线通信装置所组成的网络还具有以下特性
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； 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；
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；
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。
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。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。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。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 Zigbee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。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。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
ο综上所述，本发明各实施例的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)SA 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。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
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。
全文摘要
本发明公开了一种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。本发明所述Zigbee无线通信装置，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等缺陷，以实现通信距离长、通信速率快与穿透能力强的优点。
文档编号H04W88/00GK101969318SQ20101051816
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者祁鸣, 邹骏宇 申请人:无锡信捷电气有限公司