1引言
隨著21世紀科學技術的不斷進步，無線與移動通訊相應得到了迅猛的發展。方便快捷的無線接入和無線 互連等新概念和新產品，已逐漸融入人們的工作領域和日常生活中。由於如今對無線頻率的大量使用，使無線頻率資源日漸匱乏，短距離寬頻無線通訊技術受到世界許多國家工業界和研究機構的廣泛關注。伴隨著各種可攜式終端通訊裝置的增加，人們對短距離的無線與移動通訊需求也越來越迫切。無處不在的網路世界，使對各種電器裝置實行網路化管理已成為必然趨勢。目前小範圍內如乙太網中對終端裝置的管理，主要使用有線方式。近來，隨著與無線通訊相關的新技術如雨後春筍般湧現出來，大量、廉價和高度整合的無線模組的普及，無線聯網技術以其安裝成本低、使用方便等特點，在一些不便於或需要消除有線連線的場合有了它的用武之地，正在成為家庭網路和工業自動化領域的首選技術。
基於zigbee[1]的無線串列埠集線器的研究與設計，將zigbee連線在arm微處理器上，並與遠端計算機通過乙太網進行連線。這個集線器可根據遠端監控和控制應用的需求進行優化、擴充套件，具有簡單、可靠、低功耗和低成本等優勢，實現對各種電器、各種偵測/監控裝置的監督、管理、裝置操作和遠端控制。
2無線串列埠集線器的總體設計
圖1 基於zigbee的串列埠集線器的無線網路示意圖
3集線器硬體設計
3.1 arm微處理器設計
本課題選用arm9系列的s3c2410微處理器，重在嵌入式arm板的核心模組的設計，實現程式執行的基本環境，主要由以下幾部分組成：（1）儲存模組：flash儲存器、sdram儲存器；（2）對外通訊介面模組：包括序列介面、並行介面、網口、jtag介面、zigbee無線通訊模組；（3）電源和電源管理。如圖2所示為硬體系統組成圖。www.51kaifa.com
圖2 集線器硬體系統組成圖
電源模組功能：採用乙個低功耗正向電壓調節器，要有穩定的輸出電流，過流及溫度保護的特點。要具有高效率，小封裝和低功耗的特點，要適合嵌入式系統的應用。
flash儲存器功能：用來存放使用者編寫的啟動程式，作業系統核心以及應用程式。www.51kaifa.com
sdram(synchronous dynamic ram)同步動態儲存器功能：使用sdram不但能提高系統表現，還能簡化設計、提供高速的資料傳輸。在功能上，需要時鐘進行重新整理。在系統執行時，所有的程式和資料大部分是在sdram中與微處理器和外圍裝置互動，所以sdram的速度對於整個系統的執行速度有著至關重要的影響。
序列介面功能：arm微處理器通過序列介面與zigbee無線通訊模組相連，進行序列通訊和資料傳輸。
zigbee模組功能：與電器裝置無線通訊，負責資料的無線收發。
jtag介面功能：進行系統硬體、軟體、應用程式的測試。www.51kaifa.com
3.2 zigbee無線通訊模組設計
3.2.1zigbee協議概述
zigbee是短距離通訊的一種新興雙向無線通訊技術。它具有近距離、低複雜度、低功耗、低資料速率、低成本的優點，使用2.4ghz波段。由於採用較低的資料傳輸速率、較低的工作頻段，zigbee模組在未投入使用的情況定義為低功耗的休眠狀態，模組的整體功耗非常低，因此zigbee技術適合於資料流量較小的情況。相對於現有的各種無線通訊技術，如gsm、3g、藍芽等無線通訊技術，zigbee更簡單、功率及費用也更低，能夠更好地適用於自動控制和遠端控制領域，更好地滿足小型廉價裝置的無線聯網和控制，支援遊戲、消費電子、儀器和家庭自動化應用。
3.2.2zigbee模組設計
zigbee無線通訊模組[2]在整個集線器設計中也起著舉足輕重的作用。zigbee模組中rf（射頻）收發器採用射頻收發模組採用uz2400晶元，微處理器採用8051晶元。rf收發器是zigbee裝置的核心，任何zigbee裝置都要有rf收發器。它與用於廣播的普通無線收發器的不同之處在於體積小，功耗低，支援電池供電的裝置。它主要進行訊號的調製與解調、傳送和接收等。微處理器通過spi匯流排與rf收發器相連，主要用於處理射頻訊號、控制和協調各部分器件的工作，通過串列埠與外部裝置之間進行通訊。zigbee模組還包括儲存器、晶振、天線、串列埠等器件。如圖3所示：www.51kaifa.com
圖3 zigbee無線通訊模組結構圖
4軟體設計
4.1作業系統軟體設計
軟體主要包括作業系統軟體和應用程式兩部分。集線器arm9微處理器中arm bios軟體完成arm的初始化、sdram設定以及嵌入式linux的載入，最後控制權交給作業系統linux，此後系統在linux的管理下執行應用程式。
arm9微處理器中，選用嵌入式linux[3-5]作為作業系統。與其他嵌入式作業系統相比，linux以其易於移植裁減、核心小、效率高、完整及效能優異的網路模組、源**開放並有眾多的開發者等優越的效能，在嵌入式領域得到廣泛的認同。所以採用linux可使產品研發週期大大縮短。採用arm9微處理器及嵌入式linux作業系統可開發出在多**及無線通訊等方面具有優異效能的無線手持裝置。www.51kaifa.com
其中較為重要的是對zigbee無線通訊模組協議的編寫。根據硬體條件的需要改寫zigbee協議[6]，使系統在最簡潔的程式下發揮硬體的最大功能。zigbee是基於802.15.4標準開發的關於組網、安全和應用軟體方面的技術標準。zigbee協議包括高層應用規範(profile)、匯聚層、網路層、資料鏈路層和物理層。其中資料鏈路層和物理層標準由ieee 802.15.4負責制定，網路層以上由zigbee聯盟制定。ieee 802.15.4標準於2023年5月制定完成，它滿足國際標準化組織(iso)開放系統互連(osi)參考模型，主要包括物理層、資料鏈路層。ieee 802.15.4協議與其他無線網路相比，突出的優點是：組網能力強，適應面廣，可靠性高，節能性好。
相對於其他常見的無線通訊標準，zigbee協議棧具有緊湊而且簡單的特點，而且對環境配置要求不高。如圖4所示：
圖4 zigbee的協議棧模型
zigbee節點加入及脫離網路握手協議的設計為：當某乙個zigbee節點要求加入網路時，只要將自己的通道設定成與集線器中arm微處理器所使用的通道相同，並提供正確的認證資訊，即可請求加入網路。同理，乙個zigbee節點要離開網路，只須向arm微處理器提出請求即可。乙個節點成功地加入或脫離網路，都必須由arm微處理器控制。因此，集線器中arm微處理器可以實時掌握網路的所有節點資訊。
4.2應用軟體設計
應用軟體在系統軟體linux的平台上進行開發。應用軟體根據實際需要進行安裝，可以廣泛應用於工業控制、家庭自動化、醫療護理、智慧型農業、消費類電子和遠端控制等領域。安裝不同的應用程式實現對各種智慧型電器、偵測/監控裝置的通訊和操控。www.51kaifa.com
5結束語
本文是利用arm微處理器和zigbee模組組成無線串列埠集線器，進而組成無線網路。基於zigbee的串列埠集線器的應用將是大量的。它可以應用於家庭網、樓宇自動化、車載系統、小型辦公室等，具有布置美觀方便，無須專業人員維護等優點，對未來社會資訊化程序將具有深遠的意義。internet的家庭寬頻接入和家庭裝置共享將成為主流，串列埠集線器在家庭中將發揮不可替代的作用。另外，基於zigbee的串列埠集線器在工農業生產等方面的應用前景也是廣闊的，它可以應用於工農業生產中的自動化、網路化和智慧型化地進行遠端裝置控制。
[2]丁飛等.zigbee技術的硬體實現模式分析[j].微控制器與嵌入式系統應用,2006,9:51-57.
[3]kevin dankwardt. real-time and linux[j].embedded linux journa1,2002,issue7:29-32.
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[6]任秀麗,于海斌. zigbee無線通訊協議實現技術的研究[j].計算機工程與應用,2007,43(6): 143-145
基於ZigBee技術的無線抄表系統設計
引言 與採用有線網路通訊的樓控產品相比，無線解決方案的優勢在於安裝布置的靈活性 低廉的安裝費用和對樓宇自動化系統進行重新布置的可移動性。zigbee技 術產品以其低功耗 低成本以及優秀的組網能力，被廣泛認為將在未來幾年中對樓宇自動化和工業產生重大的影響。本文研究的遠端抄表系統就基於zigbee技 術...
zigbee協議棧初使用（四）無線串列埠透傳
zigbee協議棧初使用 四 無線串列埠透傳 串列埠透傳意思是通過zigbee實現兩個pc通訊，兩個zigbee模組地位應該是一樣的。在void mt uartinit 有 如下 1 if defined ztool p1 defined ztool p2 uartconfig.callbackfu...
zigbee無線通道的組成
由於zigbee使用的是免執照的工業科學醫療 ism 頻段，所以zigbee使用了3個頻段，分別為 868mhz 歐洲 915mhz 美國 2.4ghz 全球 這樣，zigbee共定義了27個物理通道，其中，868mhz頻段定義了乙個通道 915mhz頻段附近定義了10個通道，通道間隔為2mhz 2...