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标题: 基于ZigBee技术的TD-SCDMA网络宜居通终端产品的研究 [打印本页]
作者: admin    时间: 2014-10-13 09:58
标题: 基于ZigBee技术的TD-SCDMA网络宜居通终端产品的研究
Zigbee是一种低速、低功耗、低成本的短距离无线网络技术，主要面向自动化和远程控制的应用。本文主要介绍zigt）ee技术用于TD.SCDMA网络的宜居通设备，首先时宜居通的硬件结构进行描述，其次是研究其软件设计，最后Zigbee技术成功用于宜居通产品。
       
        TD—SCDMA是由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的第三代移动通信标准（简称3G）。2008年，中同移动正式获得TD—SCDMA的牌照，正式启动TD—SCDMA网络的建设，TD—SCDMA产品成功用于北京奥运会。目前TD—SCDMA，比GSM/GPRS/EDGE数据带宽大的优势，仅用于语音、短信等传统通信方式无法体现其优势，中国移动物联网基地的建立，致力于推广TD—SCDMA的应用，与广大老百姓密切相关的基于TD—SCDMA的宜居通、二维码、物联通、亲情通、车务通等中国移动物联网产品提上了议事日程。
       
        目前TD—SCDMA的宜居通产品可以采用基于2.4 GHz的ZigBee技术。ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4 GHz，具有最高250 kbit/s的传输速率，它的传输距离在10～75 m的范围内。
       
        本文主要研究基于ZigBee技术的TD—SCDMA网络宜居通终端产品。
       
        1 ZigBee技术在宜居通终端产品的应用
       
        宜居通终端是目前中国移动大力推广的物联网产品，是TD-SCDMA无线通信技术和物联网技术带来的家庭信息化新产品，在现有TD-SCDMA无线座机基础上，通过接入无线传感设备，采集处理各类环境信息，经由无线网络传递，方便用户实时监控与管理。宜居通在具备TD无线移动座机功能之余，更从安防预警、家电远程控制等方面全方位优化生活方式和居住环境，满足用户对智能家居现代生活的需求。
       
        ZigBee作为一种无线通信技术，ZigBee具有低功耗，成本低，时延短，网络容量大，可靠，安全的特点。
       
        如图1所示，宜居通产品通过ZigBee技术接收告警信息，通过TD—SCDMA网络上传中国移动物联网运营平台，中国移动运营平台通过短信方式下发通知事先设置手机号码的用户手机中，从而用户在外可以完全、清楚的掌握到家中的而任何情况。
       
       
        图1 宜居通终端应用示意图
       
        2宜居通终端的硬件设计
       
        2.1宜居通终端的硬件原理
       
        该宜居通终端实现短距离无线收发的ZigBee方案采用TI公司的CC2531+CC2590，完成各种告警信息、控制信息的编码、解码、无线传输等。
       
        宜居通与TD—SCDMA基站通信模块采用某公司的基带处理器平台实现，支持TD—SCDMA网络模式，通过USB接口与CC2531通讯，实现告警信息、各种控制信息的收发，也可以实现CC2531的升级维护。宜居通终端的结构框图如图2所示。
       
        2.2宜居通终端硬件结构
       
        本宜居通终端硬件主要包括几个部分：ZigBee BB模块，ZigBee RF FEM模块，TD—SCDMA modem等。
       
       
        图2 终端结构示意图
       
        2.2.1 ZigBee BB模块
       
        本模块主要采用TI公司多处理器结构的芯片CC2531，CC2531是TI公司针对2.4GHz ISM频带推出的第二代支持ZigBee/IEEE 802.15.4协议的片上集成芯片。
       
        其内部集成了高性能射频收发器、工业标准增强型8051MCU内核、256 KB Flash和8 KB RAM；具有1个USB全速接口、2个USART、8位和16位定时器、看门狗定时器、8路输入可配置的12位ADC、21个GPIO、AES128协同处理器；硬件支持CSMA—CA、数字化的RSSI/LQI和强大的DMA功能，具有电池监测和温度感测功能。
       
        2.2.2 ZigBee RF FEM模块
       
        本模块采用TI公司的CC2590，CC2590是TI高集成度2.4GHz RF前端，能将低功耗无线系统覆盖范围扩展8倍。CC2590是一款高性能的低成本前端，适用于诸如ZigBee网络、传感器、工业、消费类电子。
       
        2.2.3 TD-SCDMA modem模块
       
        本模块采用某公司的TD—SCDMA基带处理器，TD—SCDMA RF以及MCP存储器（NAND+DDR）。其中TD—SCDMA基带处理器支持HSPA+；上行2.2 Mbps（HSUPA）、下行2.8 Mbps（HSDPA）；支持丰富的外设接口：UART、GPIO、USB2.0、LCD、SPI等；支持3G特色业务：包括可视电话、移动互联等；支持MP3、MP4、照相、摄像等多媒体功能。
       
        与CC2531采用USB接口进行通讯，实现宜居通终端接收外设告警信号，以及下发各种控制信号，通过该模块把告警信息上传中国移动运营平台，支持的TD—SCDMA频段是1880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz.
       
        3宜居通终端的基本软件设计
       
        宜居通终端软件设计主要由两部分组成，一是TD—SCDMA网络终端的相关软件设计，本文不做介绍，二是ZigBee芯片CC2531的软件设计，是本文研究的重点。
       
        3.1 ZigBee软件主流程
       
        本软件设计基于TI公司的ZStack 2007协议栈。ZStack2007足TI公司专门为CC2531芯片设计的ZigBee协议栈。它是由一个简单的单线程操作系统管理，该系统基于任务调度的机制。各个任务的事件处理函数按照任务的优先级被放入函数指针数组tasksArr[idx]中，事件以16位的变量形式存放在数组tasksEvents[idx]中，因此每个任务最多可定义16个事件。
       
       
        图3 操作系统运行流程
       
        操作系统运行流程如图3所示。主函数在完成宜居通终端相关的初始化之后会进人操作系统，操作系统是一个无限循环，一直在检测各个任务中的事件tasksEvents[idx]，当它不为零时就会调用相应的事件处理函数tasksArr[idx].处理完一个事件会将代表此事件的位清零，同时返回未处理的事件，直到这个任务中所有的事件处理完毕（即所有的事件位都被清零），操作系统就会跳向下一个任务进行事件处理。
       
        3.2 ZigBee软件模块化设计
       
        宜居通终端软件采用的是功能模块化设计，不同功能用不用模块表示，不同模块间用接口连接，通过接口来调用其他模块的功能。如图4所示，宜居通终端主要南TD—SCDMA网络通讯模块、ZigBee数据处理模块、ZigBee数据传输模块和电源管理模块组成。
       
       
        图4 软件模块框图
       
        CC2531专门提供一个I/O口对供电电压进行A/D采样，当供电的电源电压不足（即低于设定的某一个值）时，通过软件控制进行切换，先让另一组电源对节点进行供电，再打开太阳能充电电路对本组电源充电。节点在通信和采集数据时功耗很大，因此在每一次的通信和采集数据完成之后都会检测当前供电电压值和当前的充电电压值，根据两个电压值决定是否进行电源切换、对电源进行充电，以及充电是否完成。
       
        4结束语
       
        基于ZigBee技术，使用CC2531的宜居通终端设备的硬件、软件设计比较复杂，本文仅就宜居通终端的硬件原理，各功能模块的软件设计作了介绍。实验结果表明：宜居通终端工作状态稳定，故障率低，可以按照用户设置准确地实现安防告警、智能家电控制。整个系统具备数据可靠、功耗低、可远程控制等显著优点，具有良好的应用前景。



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