洛阳师范学院学报2008年第2期 ·47·

基于ZigBee的无线传输红外线计数系统研究

李世明1，徐广讳2，赵艳3，王松德3(1．哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨150500；2．洛阳市技术监督局，河南洛阳471000；3．洛阳师范学院，河南洛阳471022)

摘 要：红外线计数系统在产品计数方面具有重要作用。利用ZigBee实现低成本远程数据

传输是一种新兴技术。本文提出采用ZigBee的多跳来实现远程传输红外计数器的功能。极

大地降低了系统的成本，尤其适合于地理位置偏僻、GPRS通信无法到达的地区。

关键词：红外计数；ZigBee；无线传感器；节点

中图分类号：TN925+．3 文献标识码：A 文章编号：1009—4790(2008)02—0047—02

收稿日期：2007—12—03

基金项目：河南省科技攻关项目(072102210082)

作者简介：李世明(1976一)，男，吉林长青人，讲师，硕士研究生。

在工矿企业的生产过程中，需要对产品进行

计数。但在一些特殊环境中，如高压、辐射、有

毒气体、粉尘甚至更恶劣的工作环境等，如何对

产品进行计数成为研究的课题。近几年来，无线

通信技术得到了迅速发展。对于产品计数系统，

可考虑使用成本低、易实现的红外技术来实现，

且目前相关的红外线计数研究已取得一定的成

果【1．2]。实现数据远程传输的方法主要有：增大

发射功率，以实现远程传输，这种传统方法耗能

大、干扰强；基于GPRS的远程数据传输方

法¨t4]，该方法为目前常见方式，但不能应用于

GPRS信号覆盖不到的偏僻地区；基于传感器网

络的远程传输数据方案，传感器网络是当前研究

的热点，具有一些上述两种方式所无法比拟的优

点。

1 ZigBee技术简介

ZigBee是近几年来新兴的一项技术，它以低

成本、低功耗、低延迟、低复杂度和高可靠性等

特点而备受关注。ZigBee标准包括物理层、介质

访问层、网络层和应用层。具有如下特点：

-1．功耗小。在待机模式下，2节5号干电池可

支持1个节点工作6—24个月，在休眠模式下，电

池寿命可长达数年，其发射功率约为1 mW。

2．成本低。协议被简化，控制要求和成本被

降低，且ZigBee免协议专利费，因为它工作在免

执照的频段，即2．4GHz、868MHz(欧洲)及

915MHz(美国)，极大地降低了成本。

3．速率低。传输速率为20—250kb／s。

4．容量大。可采用星型、簇状或网状拓扑结

构。在簇状和网状结构中。一个主节点最多可管

理254个子节点，若采用级连，节点数可达到

65000个。

5．延时短。ZigBee的响应速度快，从睡眠中

激活只需要15ms，激活后进入网络也只需15ms。

6．安全性高。提供了三级安全模式和高级

加密标准(AESl28)。

7．通信距离近。相邻节点间的传输距离一

般为10一100m之间，若增加RF的发射功率，可

达到1—3 km。当采用“多级跳”接力方式时，可

实现远程数据传输，这一点正是ZigBee被应用到

本系统中的关键所在。

图1主节点

l PICl8F4620 l

亘匡< >l CC2420 I

图2从节点

ZigBee的网络设备有：(1)主设备，可用做

终端设备、路由器或协调器(图1)；(2)从设备，

·48· 洛阳师范学院学报2008年第2期

只能用作终端设备(如图2)。图3为ZigBee节点

内部结构。在本系统中，可组建网状结构，各路

由器节点间采用“多跳式”直接路由通信，降

低了延迟、提高了网络的可靠性，使网络容量

增大，节点被激活后，可自动加人网络，具有

自组织功能，ZigBee的自组织能力可以保证无

需人工干预而自动调整网络拓扑；另一方面，

如果某个节点被休眠或出现故障，网络可实现

自愈功能。因计数系统输出的数据量不大，所

以可利用ZigBee技术来进行远程传输，并且

这种传输模式不受外界通信条件的限制。如可

在山区通信无法到达的地方或矿山上进行。

2系统设计

本系统的总体设计思路是：用对射式红外感

应来产生产品的计数数据并传送给节点1，然后再

经ZigBee路由节点逐级多跳传递，最后到达节点

111，节点n通过RS232总线与计算机相联(图4)。

这样，计算机就可接收、处理和显示数据了【5】。

在这套传输系统中，所有通信都依赖于各个

节点。为提高系统的可靠性，可适当增加节点

数，节点可放在隐蔽处，也可按地形的变化去布

置。这些节点会自动加入网络，即使某些节点出

现故障，也不会影响整个网络的可靠性，这就是

ZigBee网络的自愈功能，因此，特别适合通信效

果差的环境。

j "‘几q“V’ 天U 壶线=

／＼、广S]pp入／N图3主节点

黔⋯镅图4从节点

本文主要阐述远程数据传输系统。在本系

统中，节点的制作是关键技术，终端节点主要

有两个：一个用来接收并发射计数系统产生的

数据；另一个通过RS232总线与计算机连接；

其它为主节点，也是路由节点，各节点间通过

ZigBee协议进行通信[6】，自动维护路由表，实

现数据的多跳传输。

3开发过程

ZigBee节点由RF收发器、微处理器、闪存、

天线、传感器及ZigBee协议栈构成。RF选用

Chipcon公司的CC2420芯片，该芯片集成了

IEEE 802．15．4的物理层、MAC层和RF收发器。

只需额外增加天线、晶振和外围电路就可工作于

2．4GHz的频段。

微控制器选用Microchip公司的PICl8F4620，

通过RS232总线与设备进行通信。该芯片功率为

纳瓦级，工作电压在3．3V。在休眠状态时电流可

降至100nA，节能效果突出。

由于ZigBee协议栈"1能的节点分配不同

的内存空间，如主节点32KB，从设备4KB；对

于路由节点分配更多一些的内存。以存储路由

表等信息。ZigBee网络由协调器发动并建立，

确定拓扑参数及使用的路由算法。在传输过程

中，主节点具有转发与路由功能，如果某一主节

点失效或脱离网络，则会有另一个邻近节点快速

地承担起数据传送功能，所以，ZigBee具有白构

和自愈功能。

在节点内部结构中，微处理器通过SPI总线

与控制信号和RF收发器相连。微处理器实现了

IEEE 802．15．4 MAC层和ZigBee协议层【8】，还包

含部分逻辑功能。其中每个ZigBee节点由一块母

板和一个RF卡组成，天线部分采用PCB走线天

线。母板上的微处理器为PICl8系列，程序开发

编写使用C语言，开发平台为MAPLAB IDE(V

7．22)，编程器为MAPLAB ICD2。

4结语

红外技术是目前成本低、实现容易的一个无

线技术，将它与具有独特优点的ZigBee技术相结

合，能够具有非常突出的优势。同时介绍ZigBee

协议的组成和特点构建了一个网状ZigBee网络，

并分析了其硬件的实现。

参考文献

[1]王松德，朱小龙．红外线可逆计数器的设计与制作

[J]．矿山机械，2005，(6)：90—91．

[2]王松德，朱小龙．对射式红外线计数器的设计[J]．

农业机械学报，2005，(7)：169—170。168．

[3]侯树静．基于GPRS的嵌入式无线数据传输系统

[J]．铁道通信信号，2006，(9)：45—46．

(下转第51页)

洛阳师范学院学报2008年第2期 ·51·

end if；

end process nspeed；

完成上述设计并在计算机上仿真后，下载到

一片CPLD或FPGA上，制成单片数字测速电路。

由于数字测速电路是用若干门电路组成的电子线

路，其工作速度是ns级。因此采用专用数字测速

电路，其测速速度明显优于单片机测速方法。在

全数字化的SRD系统中使用了该专用测速芯片，

效果优良。

参考文献

[1】王宏华．开关磁阻电动机调速系统直接数字控制

[J]．电气传动，1996．16．

[2]Kevin SkahiU．可编程逻辑系统的VHDL设计技术

[M]．南京：东南大学出版社，1998．

[3]王思聪，周百新．基于CPLD的开关磁阻电动机控制

电路设计[J]．电气自动化，2001，(3)：11—12．

Digitized Design of Velocity Assembly of SR Motor

ZHANG Lei，DU Juang

(School of Physical and Electronic Information，Luoyang Normal Universit)r，Luoyang 471022，China)

Abstract：The paper finished the design of velocity circuit about SR motor using digital circuit，and proceeded

description using VHDL language．It was been loaded a page of FPGA。then made-up one—chip digitized ve-

locity circuit after function emulating．The special velocity slug is used in fully digitizing the SRD system，

which had good rate accuracy Its velocity speed had better than SVM g velocity method．

Key words：SRM；digitized design；velocity circuit；VHDL

(上接第48页)

[4]陈够喜，等．基于GPRS的远程数据的无线传输[J]．

中北大学学报(自然科学版)，2006，27(3)：220—

223．

[5]张新成，等．基于GPRS远程数据采集系统的设计与

实现[J]．计算机工程与设计，2006，(7)：2561—2563

[6]陈景运，周祥平．ZigBee技术在工业控制领域的应用

【J]．无线电工程，2006，(6)：61—64．

[7]朱向庆，王建明．ZigBee协议网络层的研究与实现

[J]．电子技术应用，2006，(1)：129—132．

[8]ZigBee Alliance．ZigBee alliance finalizes specification

[EB／OL]．http：／／www．zistm，2004．

The Research on the Wireless Transportation I nfrared

Counter System Based On ZigBee

U Shi—min91，XU Guang—yi2，ZHAO Yah3，WANG Song．de3

(1．Harbin Normal University，Harbin 150500，China；2．Luoyang Technical

Supervision，Luoyang 471000，China；3．Luoyang Normal Univemity，Luoyang 471022，China)

Abstract：Infrared counting system pus art important role in the counting products．Using ZigBee achieve

low—cost long-distance data transmission is a new and emerging technologies．This paper proposes the use of

ZigBee to achieve long-range multi-hop transmission infrared counter functions，greatly reduce the cost of the

system，particularly suited to geographically remote，GPRS communications inaccessible areas．

Key words：infrared counting；ZigBee；wireless sensor；node

基于ZigBee的无线传输红外线计数系统研究作者： 李世明， 徐广祎， 赵艳， 王松德， LI Shi-ming， XU Guang-yi， ZHAO Yan， WANG

Song-de

作者单位： 李世明,LI Shi-ming(哈尔滨师范大学,黑龙江哈尔滨,150500)， 徐广祎,XU Guang-yi(洛阳

市技术监督局,河南洛阳,471000)， 赵艳,王松德,ZHAO Yan,WANG Song-de(洛阳师范学院

,河南洛阳,471022)

刊名：洛阳师范学院学报

英文刊名： JOURNAL OF LUOYANG NORMAL UNIVERSITY

年，卷(期)： 2008，27(2)

引用次数： 0次

参考文献(8条)

1.王松德.朱小龙 红外线可逆计数器的设计与制作[期刊论文]-矿山机械 2005(6)

2.王松德.朱小龙 对射式红外线计数器的设计[期刊论文]-农业机械学报 2005(7)

3.侯树静 基于GPRS的嵌入式无线数据传输系统[期刊论文]-铁道通信信号 2006(9)

4.陈够喜.张永梅.王博 基于GPRS的远程数据的无线传输[期刊论文]-中北大学学报 2006(3)

5.张新成.李庆亮.吴相林.徐立新 基于GPRS远程数据采集系统的设计与实现[期刊论文]-计算机工程与设计

2006(14)

6.陈景运.周祥平 ZigBee技术在工业控制领域的应用[期刊论文]-无线电工程 2006(6)

7.朱向庆.王建明 ZigBee协议网络层的研究与实现[期刊论文]-电子技术应用 2006(1)

8.ZigBee Alliance ZigBee alliance finalizes specification 2004

相似文献(0条)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_lysfxyxb200802017.aspx

下载时间：2010年3月8日