一种支持ZigBee设备通讯的适配器应用系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，包括至少一个底层控制器、与所述底层控制器一一对应并信号连接的Zigbee适配器和与所述Zigbee适配器通信连接的Zigbee智能网关。本实用新型所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，通过Zigbee适配器的使用实现了底层运行设备控制器的Zigbee无线通信，而Zigbee智能网关的使用，实现了Zigbee无线通信局域网与互联网的交互，Zigbee智能网关中工业计算机主板的应用，提高了Zigbee智能网关的信息处理量，在一定程度上实现了Zigbee智能网关的控制枢纽作用。
【专利说明】
一种支持z i gBee设备通讯的适配器应用系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于物联网技术领域，尤其是涉及一种支持Zigbee设备通讯的适配器 应用系统。
【背景技术】
[0002] 作为小范围内设备通信的最新的无线联网技术，zigBee技术近年逐渐盛行。 ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术，在工业领域、家 庭智能化、医疗等方面，ZigBee技术与传感器技术得到了广泛应用。
[0003] ZigBee具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等优点的无线网络技 术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee是一组基于IEEE批准通过 的802.15.4无线标准研制开发的，有关组网，安全和应用软件方面的技术标准，在数千个微 小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无 线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。一般而言，随 着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。对于现有的各种无线通信 技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标 准化。完全协议一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的 协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对 路由传输的数目没有限制。zigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄 漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获取。
[0004] ZigBee协议由物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、网络层(WK)，应用层(APL)及 安全服务提供层(ssP)五块内容组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负 责物理层和链路层标准。zighee技术的出现弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场 的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用，而不是技术本身。随着正式版本协议的公 布，更多的注意力和研发力量将转到应用的设计和实现、互联互通测试和市场推广等方面。 它不仅打开了大量新应用之门，而且还能给许多现有的应用增加新的价值。由于通过 Zighee各种非常简单的器件就能够实现联网，作为一个全球标准，为将来实现无所不在的 无线网络创造了条件。
[0005] ZigBee技术是一种新兴的短距离无线传感器网络通信技术。ZigBee技术以其短距 离、低速率、低功耗等优点而被广泛应用于环境监测、智能家居、汽车电子及工业控制等数 据呈较小、传输速率要求不高的场合川.相对于其它无线传感器网络通信协议，ZigBee协议 有其独特的技术优势。由于片上系统(SoC)的出现，更降低了 ZigBee技术应用开发的难度， 但以往设计的ZigBee节点的处理器模块多数采用TI公司的第一代产品（如CC2430，CC2420， CC2530等），因此，通信距离较短且可靠性不高。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本实用新型旨在提出一种支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，提 高通信可靠性的同时实现Zigbee无线局域网的广泛应用。
[0007] 为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0008] 一种支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，包括至少一个底层控制器、与所述 底层控制器一一对应并信号连接的Zigbee适配器和与所述Zigbee适配器通信连接的 Zigbee智能网关；
[0009] 所述底层控制器安装在底层运行设备上，控制底层运行设备的工作状态；
[0010] 所述Zigbee适配器包括处理器模块、RF前端模块和电源管理模块，所述处理器模 块上设有与所述底层控制器通信连接的通信接口，该处理器模块接收底层控制器输出的底 层运行设备运行状态数据信号并进行分析处理，所述RF前端模块与所述处理器模块通信连 接，该RF前端模块接收处理器模块分析处理后的底层运行设备运行状态数据，并将该数据 调制解调成Zigbee无线信号发送，所述电源管理模块为所述处理器模块和RF前端模块提供 电源；
[0011] 所述Zigbee智能网关包括依次信号连接的RF射频模块、工业计算机主板、以太网 模块和为所述RF射频模块、工业计算机主板、以太网模块提供电源的网关电源管理模块，所 述RF射频模块接收素数RF前端模块发送的Zigbee无线信号并将信号调制解调后输送至工 业计算机主板内分析处理，工业计算机主板通过以太网模块接入互联网。
[0012] 进一步的，所述底层控制器包括家用电器的控制器，作为优选包括电视、电脑、洗 衣机、热水器、空调、冰箱和电锅的控制器，这些家用电器的控制器分别与一 Zigbee适配器 信号连接。
[0013] 进一步的，所述底层控制器包括楼宇门禁控制器，作为优选包括电梯读卡器、电梯 指纹识别器、楼宇门禁读卡器和楼宇门禁指纹识别器的控制器，这些楼宇门禁控制器分别 与一 Zigbee适配器信号连接。
[0014]进一步的，所述处理器模块采用CC2533F256作为主控芯片。
[0015]进一步的，所述RF前端模块采用RFX2401C射频前端芯片。
[0016] 进一步的，所述电源管理模块采用RT9163电压调整器或者稳压电源。
[0017]进一步的，所述电源管理模块通过MAX3223模块为处理器模块和RF前端模块供电。 [0018]相对于现有技术，本实用新型所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统具有 以下优势：
[0019] (1)本实用新型所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，通过Zigbee适配 器的使用实现了底层运行设备控制器的Zigbee无线通信，而Zigbee智能网关的使用，实现 了Zigbee无线通信局域网与互联网的交互，Zigbee智能网关中工业计算机主板的应用，提 高了 Zigbee智能网关的信息处理量，在一定程度上实现了 Zigbee智能网关的控制枢纽作 用。
【附图说明】
[0020] 构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新 型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在 附图中：
[0021] 图1为本实用新型实施例所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统原理框 图；
[0022] 图2为本实用新型实施例所述的Zigbee适配器结构示意图；
[0023] 图3为本实用新型实施例所述的处理器模块引脚关系示意图；
[0024]图4为本实用新型实施例所述的RF前端模块引脚关系示意图；
[0025]图5为本实用新型实施例所述的RT9163电压调整器或稳压电源引脚关系示意图；
[0026]图6为本实用新型实施例所述的MAX3223模块引脚关系示意图。
[0027] 附图标记说明：
[0028] 1-底层控制器;2-Zigbee适配器;21-处理器模块;22-RF前端模块;23-电源管理模 块;3-Zigbee智能网关;31-RF射频模块;32-工业计算机主板;33-以太网模块;34-网关电源 管理模块。
【具体实施方式】
[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合。
[0030] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"等 的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另 有说明，"多个"的含义是两个或两个以上。
[0031] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安 装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地 连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上 述术语在本实用新型中的具体含义。
[0032] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0033] 如图1所示，本实用新型包括至少一个底层控制器1、与所述底层控制器1一一对应 并信号连接的Zigbee适配器2和与所述Zigbee适配器2通信连接的Zigbee智能网关3;
[0034] 所述底层控制器1安装在底层运行设备上，控制底层运行设备的工作状态；
[0035] 如图2所示，所述Zigbee适配器2包括处理器模块21、RF前端模块22和电源管理模 块23,所述处理器模块21上设有与所述底层控制器1通信连接的通信接口，该处理器模块21 接收底层控制器1输出的底层运行设备运行状态数据信号并进行分析处理，所述RF前端模 块22与所述处理器模块21通信连接，该RF前端模块22接收处理器模块21分析处理后的底层 运行设备运行状态数据，并将该数据调制解调成Zigbee无线信号发送，所述电源管理模块 23为所述处理器模块21和RF前端模块22提供电源；
[0036]所述Zigbee智能网关3包括依次信号连接的RF射频模块31、工业计算机主板32、以 太网模块33和为所述RF射频模块31、工业计算机主板32、以太网模块33提供电源的网关电 源管理模块34,所述RF射频模块31接收RF前端模块22发送的Zigbee无线信号并将信号调制 解调后输送至工业计算机主板32内分析处理，工业计算机主板32通过以太网模块33接入互 联网。
[0037] 所述底层控制器1包括家用电器的控制器，作为优选包括电视、电脑、洗衣机、热水 器、空调、冰箱和电锅的控制器，这些家用电器的控制器分别与一 Zigbee适配器2信号连接。
[0038] 所述底层控制器1包括楼宇门禁控制器，作为优选包括电梯读卡器、电梯指纹识别 器、楼宇门禁读卡器和楼宇门禁指纹识别器的控制器，这些楼宇门禁控制器分别与一 Zigbee适配器2信号连接。
[0039] 如图3所示，所述处理器模块21采用CC2533F256作为主控芯片，CC2533F256是一个 兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系统，支持专有的IEEE802.15.4以及ZigBee、ZigBee PRO 和ZigBeeRF4CE标准。CC2533F256结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型 8051CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM和许多其它强大的功能，并提供有一套广泛的外设 集(包括2个USART、12为ADC何21个通用GPI0)。同时，CC2533F256可以配备TI的一个标准兼 容或专有的网络协议栈来简化开发，其RF发送输出功率为4.5dBm，接受灵敏度为-97dBm。 [0040] 如图4所示，所述RF前端模块22采用RFX2401C射频前端芯片。RFX2401C工作在工作 在2.4GHz频率的ISM波段，具有集成TX/RX收发器和单天线端口，收发开关电路，直流解耦射 频端口，采用高传输信号线性会议0QPSK调制标准，用于发射功率监测和控制的集成功率检 波器，内部射频解耦所有VDD偏置引脚，完整的芯片匹配和去耦电路。总体上有结构简单，低 功耗，技术成熟，高度集成等优点。
[0041 ] 该RFX2401C芯片的引脚功能入下表：
[0043] RFX2401射频前端芯片的TXRX引脚与RF_r#PRF_P引脚连接，TXEN与P0.1引脚连接， RXEN与P0.4引脚连接，ANT与射频天线连接，DNX引脚悬空。
[0044] 如图5所示，所述电源管理模块23采用RT9163电压调整器或者稳压电源，500mA低 压差正电压稳压器，在500mA的最大1.4V，快速瞬态响应，2 %的总输出调节，0.4 %线路调 整，0.4%的负载调整。
[0045]所述电源管理模块23通过MAX3223模块为处理器模块21和RF前端模块22供电。
[0046] M A X 3 2 2 3是M a x i m公司最新研制的具有自动关闭特征并实现1 y A维持工作电流的 RS-232收发器。当MAX3223输人端没有接收有效信号电平时，片上电源和驱动器自动关闭， 以达到节能的目的。只有当有效电平送至任意一个RS-232接收器输人端，系统才会再次开 启。
[0047] MAX3223收发器是3V供电，支持EIA/TIA-232和V.28/V.24通信协议，适于连接笔记 本电脑设备。该芯片由一个高效、双电荷栗的电源供电，实现单路+3~+5.5V电源的RS-232 性能。可靠的120kbps数据率可以满足与个人电脑通信的大众软件的要求。
[0048] MAX3223具有3发送器5接收器，在3.3V工作时只需外接0.15yF电容，而且输人电压 范围在+3~+5.5V之间均可工作。可应用于RS-232串行接口的单路3.3V系统、3.3V和5.0V混 合系统、单路5.0V系统。
[0049] MAX3223的接收器可在器件掉电时显示外部设备（例如调制解调器），不需要前向 偏置UART中的保护二极管，因为电源Vcc可能已被完全撤除，MAx3223引脚关系入土 6所示。
[0050]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。
【主权项】
1. 一种支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于：包括至少一个底层控制 器、与所述底层控制器一一对应并信号连接的Zigbee适配器和与所述Zigbee适配器通信连 接的Zigbee智能网关； 所述底层控制器安装在底层运行设备上，控制底层运行设备的工作状态； 所述Zigbee适配器包括处理器模块、RF前端模块和电源管理模块，所述处理器模块上 设有与所述底层控制器通信连接的通信接口，该处理器模块接收底层控制器输出的底层运 行设备运行状态数据信号并进行分析处理，所述RF前端模块与所述处理器模块通信连接， 该RF前端模块接收处理器模块分析处理后的底层运行设备运行状态数据，并将该数据调制 解调成Zigbee无线信号发送，所述电源管理模块为所述处理器模块和RF前端模块提供电 源； 所述Zigbee智能网关包括依次信号连接的RF射频模块、工业计算机主板、以太网模块 和为所述RF射频模块、工业计算机主板、以太网模块提供电源的网关电源管理模块，所述RF 射频模块接收素数RF前端模块发送的Zigbee无线信号并将信号调制解调后输送至工业计 算机主板内分析处理，工业计算机主板通过以太网模块接入互联网。2. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述底 层控制器包括家用电器的控制器。3. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述底 层控制器包括楼宇门禁控制器。4. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述处 理器模块采用CC2533F256作为主控芯片。5. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述RF 前端模块采用RFX2401C射频前端芯片。6. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述电 源管理模块采用RT9163电压调整器或者稳压电源。7. 根据权利要求1所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述电 源管理模块通过MAX3223模块为处理器模块和RF前端模块供电。8. 根据权利要求2所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述家 用电器的控制器包括电视、电脑、洗衣机、热水器、空调、冰箱和电锅的控制器，这些家用电 器的控制器分别与一 Zigbee适配器信号连接。9. 根据权利要求3所述的支持Zigbee设备通讯的适配器应用系统，其特征在于:所述楼 宇门禁控制器包括电梯读卡器、电梯指纹识别器、楼宇门禁读卡器和楼宇门禁指纹识别器 的控制器，这些楼宇门禁控制器分别与一 Zigbee适配器信号连接。
【文档编号】H04W88/16GK205453749SQ201521105622
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月24日
【发明人】吴大鹏, 刘卓辉
【申请人】天津五维科技有限公司