基于GPRS模塊與Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)照明終端系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)總規(guī)劃

底層部分配置圖

1. 功能介紹：

系統(tǒng)的底層部分(指現(xiàn)場(chǎng)控制器以下)由現(xiàn)場(chǎng)控制器，照明終端主控制器(Coord)，照明終端控制器(Router/RFD)構(gòu)成。照明終端主控制器接收現(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)GPRS模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的控制器信號(hào)后通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用透明傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送命令到照明終端控制器(節(jié)點(diǎn))，對(duì)其進(jìn)行控制操作或讀取其狀態(tài)。主控器(Coord)將現(xiàn)場(chǎng)采集(或巡檢)的路燈狀態(tài)信息通過(guò)GPRS模塊發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)控制器。主控制(Coord)與終端控制器采用分組的方式通訊，每個(gè)組有一個(gè)組號(hào)，同一區(qū)域內(nèi)允許有多組路燈，各組之間互不干擾。

2. 系統(tǒng)特點(diǎn)：

1)基于成熟的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，具有高穩(wěn)定性和可靠性的特點(diǎn)。

2)低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。

3)低速率。ZigBee工作在250kbps的通訊速率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

4)長(zhǎng)距離。普通模塊傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到100m-1km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。

5)短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。

6)高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。

7)高安全。ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

8)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療2.4GHz(全球) (ISM)頻段。

3. 系統(tǒng)參數(shù)

主芯片：CC2430F128

頻段：2.4-2.475GHz

通訊協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4、ZigBee2006

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀或串狀

調(diào)制方式：DSSS

數(shù)據(jù)傳輸速率：≤250KBps

接收靈敏度：-103 dBm

通信距離：可達(dá)200m以上(加PA)

發(fā)射電流：約28mA，(加PA后60mA)

接收電流：約28mA(加PA后60mA)

休眠電流：20uA以下

工作溫度-30-80℃

二、照明終端控制器(Coord)

1. 系統(tǒng)組成框圖

圖1

2. 功能

由于主控制器的CC2430負(fù)責(zé)的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)較重所以采用一個(gè)專用的MCU做處理。CC2430只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)部分的處理; GPRS撥號(hào)，數(shù)據(jù)接收，命令和數(shù)據(jù)的下發(fā)由MCU來(lái)完成。照明終端主控制器接收現(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)GPRS模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的控制器信號(hào)后通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用透明傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送命令到照明終端控制器(節(jié)點(diǎn))，對(duì)其進(jìn)行控制操作或讀取其狀態(tài)。

主控制器和現(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)GPRS模塊通訊，GPRS模塊工作于Socket模式下，采用透明傳輸?shù)姆绞?通訊協(xié)議見(jiàn)附件)。GPRS之間的通訊請(qǐng)求采用電話喚醒的模式，有數(shù)據(jù)請(qǐng)求對(duì)方時(shí)撥打電話，核對(duì)相應(yīng)的呼叫方后在通過(guò)GPRS建立通訊(這部分需咨詢ZLG的相關(guān)產(chǎn)品)

MCU選用ST公司主流的STM32控制器，采用Cortex-M3內(nèi)核，兼有成本和性能的優(yōu)勢(shì)，具有豐富的接口，有內(nèi)置看門(mén)狗電路，3個(gè)帶握手控制的USART。(也可以改為現(xiàn)場(chǎng)控制器相同的LPC213x控制器)。

三、照明終端控制器(Router/RFD)

1. 系統(tǒng)組成框圖

圖2

2. 功能

照明終端控制器中CC2430模塊主要負(fù)責(zé)接收從主控制器下傳的控制信息發(fā)送給照明燈控制器，并將采集的到的燈狀態(tài)發(fā)送給主控制器。

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