ZigBee技術在LED 燈控制中的應用研究論文
通信技術就是該領域中的“一員”。ZigBee 技術在“物聯網”領域中的身影隨處可見。除此之外ZigBee 技術還可以運用到智能電網中，提高電力系統系統的穩定性。
物聯網熱潮也影響到了各大芯片制造商， 它們都開始涉足具有實現ZigBee 最底層也就是物理層功能的芯片。作為最強大的芯片制造商， 德州儀器也推出了一系列有關ZigBee 的開發工具和芯片。最新的硬件平臺CC2530 開發板就是，它集成了加強型8051 單片機作為它的核心， 結合德州儀器Z-Stack 協議， 有著十分強大的功能， 能夠完成制作者各種各樣的制作要求。它還具有更優良的RF 性能，可編程的256KB 內存，更小的封裝和IR 產生電路，并且不僅僅只支持ZigBee 一種協議，它所組成的通信網絡一般的傳輸距離可達百米以上。
1 ZigBee 無線通信技術
ZigBee 的來源是蜜蜂， 蜜蜂如果發現花蜜， 就會透過“ZigZag”字形飛舞的方式與同伴交流，從而傳遞信息，召集同伴過來采花蜜，由于這種生物信息的傳遞方式很有特點，有很高的效率， 因此將該技術系統命名為“ZigBee”。從本質上來說ZigBee 基于IEEE 發布的802.15.4 無線通信標準的技術。它不僅只是IEEE 802.15.4 的名字，因為其中IEEE 僅僅開發和處理低級介質存取層和物理層協議這兩層，而其他的層是由ZigBee聯盟在后期進行完善的，他們在IEEE 的基礎層上又加入了網絡層和應用規范層，并對他們進行了標準化。
完整的ZigBee 協議系統由高層的應用軟件層、應用規范層;底層由基本的物理層也就是所謂的硬件，介質存取層，也就是傳輸介質，一般是指電磁波，還有數據鏈路層組成。這樣才形成了一套完整的ZigBee 協議系統，它可直接用于一個網絡中的基本中樞或路由器上的協調器。
2 ZigBee 硬件電路設計
(1)網絡傳輸類型
ZigBee 的全功能型設備就是整個網絡中的中心，也就是主設備，它可以和以它為中心的網絡中的任何設備進行無線通信，就相當于是網絡中的神經中樞，這類設備一般都是功能比較多，比較強大的設備;相反的，還有一種簡化功能設備，它又被稱為子設備，它不具有成為整個網絡中樞的能力，它只被允許和中心主設備進行通信。
ZigBee 協調器在網絡中具有比網絡中其他設備和終端更為強大的功能，一般來說，在一個ZigBee 網絡中只能允許有一個ZigBee 協調器出現，就像汽車只能擁有一個發動機，把它作為整個網絡中的主控制中樞，主要是負責啟動網絡和配置網絡，允許各種終端加入網絡，這種傳輸方式被稱為廣播。
ZigBee 終端，就是子設備的一種，該設備需通過ZigBee 協調器的允許加入到網絡之中，之后才能發送數據，并且執行相關的指令，還能將數據傳輸到和它相連接的設備上，當然這些終端還有協調器都處于同一個中樞控制的網絡中。ZigBee 終端設備只能被邀請進入網絡，而不能自身設置網絡，這種傳輸方式被稱為單播。
本文的系統，主要以協調器的廣播和終端單播為主。
(2)CC2530 開發板
CC2530 是用于2.4GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 和RF4CE應用的一個真正的片上系統解決方案。CC2530 模塊上有很多的擴展引腳，使得它可以很容易擴展自身的功能，所以這也使得它能夠適用各種功能的系統，比如看門狗，控制臺燈，報警裝置等。而且它運行模式之間的轉換非常容易，這也進一步降低了它的功率消耗。
(3)系統組成
一般在一個網絡中的可以有n 個CC2530 模塊， 但是其中必須有一個協調器，也就是ZigBee 網絡的中樞，和n-1 個終端模塊。協調器一般被設置為廣播模式，這個的實現就是用代碼來完成，協調器可以向其他n 個所有終端模塊發送數據，即協調器廣播數據，其他n 個終端都可以收到數據，并處理數據。終端一般被設置單播模式，就是所有的n-1 個終端，都向協調器中樞發送數據，單播的設置可以通過編程來完成。
設計的網絡系統就是由一個協調器模塊和一個終端模塊組成，該系統的功能就是由終端向協調器進行單播，發送控制協調器模塊上四個LED 燈的亮滅的指令， 實現了ZigBee 網絡最基本的通信和控制功能。
3 ZigBee 無線通信軟件實現
當協調器和終端搭建好以后， 最主要的工作就是系統的軟__件實現問題。網絡組網的工作過程如下： 先給協調器模塊通過USB 數據線上電，它就會自動啟動，并創建一個ZigBee 網絡，此時模塊上面的黃色LED 燈會亮，然后會等待終端的加入。當終端也上電后，會自動自動查找周圍的網絡頻道信號，找到后就會申請加入網絡，并把該終端的物理地址發送給協調器。協調器把終端的地址信息保存， 以上這些過程都是通過代碼編程來完成的，一定要注意對于協調器和終端，它們所寫入的代碼是不同的。
(1)協調器部分
協調器的軟件設計主要指它的高層部分， 也就是用戶部分的編程， 本文采用德州儀器公司專門為CC2530 提供支持的免費ZigBee 協議棧軟件IAR810， 以C 語言為編程平臺語言，在ZStack 的官方所給的通用模板基礎上，通過編輯相應程序的代碼來建立本文提到的項目。
協調器調用NLME_Network_Formation. Request()成功建立網絡后，會點亮黃色LED 燈，通過廣播的通信方式發送數據，當終端也上電并且進入網絡后， 終端會搜索到協調器發送的網絡數據， 搜索到以后，就會向協調器發出入網申請數據包，然后協調器會調用程序代碼zb_AllowBind (0xff) 進入允許入網模式，對于終端的的入網申請作出響應。如果入網成功，則會收集終端發送過來的數據，并調用程序代碼zb_SendData-Confirm() 作出相應的應答。
(2)終端部分
同樣的，在終端發送數據或者請求入網之前，得設置一下終端的通信方式，終端的通信方式為單播。終端搜索到網絡后，調用程序代碼zb_BindDevice()函數發出入網請求，等待協調器綁入網響應的成功回復， 完成綁定操作。否則將周期性搜索與申請。
(3)數據指令傳輸
本文中數據傳輸是調用了在enddeviceEB.c 中可以無限發送數據函數的AF 發送函數， 在協議棧中本文將終端上面的“UP”鍵定義為SW_1 鍵，當按下它的時候，就會發送了1 個字符“1”，那么系統就會來調用這個AF 函數，通過函數的調用就可以完成發送數據指令的任務。
(4)接收數據并處理
協調器模塊的LED 燈為何會交替亮滅，就是因為相應程序“GENERICAPP_CLUSTERID”的調用，它其實是一個命令號，就有點類似于“立正”、“稍息”之類的命令一樣，它是一種命令，接受數據的處理函數在判斷是“GENERICAPP_CLUSTERID”的時候，就進行LED 交替亮滅。
4 應用情況
本文所開發的系統在經過協調器的調試和終端的組網之后能夠順利的發送和接收數據， 協調器和重點之間的通信能夠正常進行。將協調器通過USB 數據線上電，黃色LED 燈會點亮，再將終端上電以后，經過3～4s，終端模塊上的黃色LED 燈也會點亮，此時就說明協調器模塊和終端模塊組網成功。接下來，再按終端模塊上面的控制鍵“UP”“DOWN”“RIGHT”“LIGHT”，可以分別控制協調器上四個不同顏色LED 燈的亮滅。
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