基于ZigBee的无线键盘设计研究

曾鹤琼　杨祖芳　王瑞瑛

摘 要：ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，为小型廉价设备的无线联网和控制提供了一种较好的解决方案。文章对ZigBee技术的特点和应用领域进行了探讨，并提出了一种基于ZigBee技术标准的无线键盘设计方案。

关键词：ZigBee；低功耗；无线键盘

中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。与其他的无线网络技术，如Bluetooth、Wi-Fi、手机通信等无线技术相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率数据的传输，使其在家庭智能控制自动化、楼宇自动化以及工业自动化等场合的应用更具有优势。本文将ZigBee技术应用于无线键盘系统中，该设计能实现传统键盘的功能；在室内30 m的范围内，不再受线缆的限制；可与周围控制键盘的ZigBee设备随时通信，与传统键盘相比，使用起来更为方便。

1 系统概述

该设计实现的是点到点的ZigBee无线键盘系统，其构架框图如图1所示，系统主要由两部分组成：发送端和接收端。选用具有ZigBee功能的芯片架构来实现键盘和主机的无线通信。

工作原理：发送端，在PS/2的协议下，MCU（MC9S08GT60）接收从键盘发过来的数据，包括键盘的自检信息、键盘的扫描码等，或接收从PC对键盘的命令，将其打包成符合ZigBee协议通信的数据包，并通过调制解调器MC13192以射频信号（RF）发送出去。接收端，调制解调器MC13192接收射频信号（RF），MCU（MC9S08GT60）对数据包进行解包，并在PS/2的协议下，发送键盘的数据到PC或发送PC的命令到键盘。

2 系统电路设计

基于ZigBee的无线键盘系统硬件以MC9S08GT60MCU为核心，主要包括：ZigBee模块、PS/2模块、RS232模块、监控模块、电源模块。

2.1 ZigBee模块

ZigBee模块电路如图2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、调制解调器MC13192及相关外围电路组成。SPI是一个同步串行外围接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。MCU和MC13192之间数据的通讯是通过SPICLK来同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的数据经MOSI线传递给MC13192，而MC13192的数据通过MISO传递给MCU的。其中13192 SPI连接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的频率不大于8 MHz。IRQ脚互连，通过中断的形式使13192实现各种模式的转换。另外：CLKO可为MCU提供外部时钟；ATTN线由MCU GPIO控制，这样可以MCU使进入睡眠模式，当CLKO有效时醒来，并通过ATTN线唤醒MC13192；同样RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模块

PS/2模块电路如图3所示，根据PS/2协议，PS/2设备和PS/2主机是一个六脚mini-Din的连接器。本设计中，键盘供电为5 V，而MC13192和MCU的供电电压都在3 V左右。必须加一个电平转换的电路，用COMS三极管可实现。在键盘和MCU连接一端，拉低时钟线和数据线是通过在端口写入‘0实现的。其中PTA6（Clock）一开始处于KBI模式，它的主要作用是当MCU侦测到KBI端口引脚电平上升或者下降时，发生中断执行中断函数，执行PS/2数据的接收和发送。

2.3 RS232模块

RS232模块电路如图4所示，设计利用MAX3232实现COMS和TTL电平的转换，RS232接口与PC相连。此电路在用串口装载程序和调试程序时用，用到MCU的SCI模式。当作调试程序用，MCU和PC是一个异步串行通信。当SCI缓冲区满时，在PC串口打印相应的数据。

2.4 监控模块

监控模块电路如图5所示，主要由四个开关、四个LED组成，用于程序装载和相关功能演示。用串口download程序时，4个灯全亮时，说明已经进入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool软件可以将生成的扩展名为.S19文件download到目标器件。

2.5 电源模块

系统电源模块电路如图6所示，系统中的元件和模块需要两种不同电压的直流电源：5 V电源和3 V电源。系统设计利用9 V的电池，要得到5 V电源和3 V电源，用到电压输出可调的电压调整器。输入，输出补偿电容C（in），C（out）取值为10 uF，旁路电容C（adj）的取值是由纹波频率f（ripple）决定，而f由RR（Ripple Rejection）决定。

3 结 语

本设计方案实现了基于ZigBee的无线键盘的功能，系统调试结果证明了设计的合理性和正确性，由于采用了ZigBee技术，此设计方案具有较高的可靠性和抗干扰性。在本设计中，要保证MCU正确无误接收发送PS/2数据是一个关键。要真正实现多个ZigBee设备的通信，实现ZigBee设备的联网，将是以后进一步研究和探索的课题。

参考文献：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，为小型廉价设备的无线联网和控制提供了一种较好的解决方案。文章对ZigBee技术的特点和应用领域进行了探讨，并提出了一种基于ZigBee技术标准的无线键盘设计方案。

关键词：ZigBee；低功耗；无线键盘

中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。与其他的无线网络技术，如Bluetooth、Wi-Fi、手机通信等无线技术相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率数据的传输，使其在家庭智能控制自动化、楼宇自动化以及工业自动化等场合的应用更具有优势。本文将ZigBee技术应用于无线键盘系统中，该设计能实现传统键盘的功能；在室内30 m的范围内，不再受线缆的限制；可与周围控制键盘的ZigBee设备随时通信，与传统键盘相比，使用起来更为方便。

1 系统概述

该设计实现的是点到点的ZigBee无线键盘系统，其构架框图如图1所示，系统主要由两部分组成：发送端和接收端。选用具有ZigBee功能的芯片架构来实现键盘和主机的无线通信。

工作原理：发送端，在PS/2的协议下，MCU（MC9S08GT60）接收从键盘发过来的数据，包括键盘的自检信息、键盘的扫描码等，或接收从PC对键盘的命令，将其打包成符合ZigBee协议通信的数据包，并通过调制解调器MC13192以射频信号（RF）发送出去。接收端，调制解调器MC13192接收射频信号（RF），MCU（MC9S08GT60）对数据包进行解包，并在PS/2的协议下，发送键盘的数据到PC或发送PC的命令到键盘。

2 系统电路设计

基于ZigBee的无线键盘系统硬件以MC9S08GT60MCU为核心，主要包括：ZigBee模块、PS/2模块、RS232模块、监控模块、电源模块。

2.1 ZigBee模块

ZigBee模块电路如图2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、调制解调器MC13192及相关外围电路组成。SPI是一个同步串行外围接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。MCU和MC13192之间数据的通讯是通过SPICLK来同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的数据经MOSI线传递给MC13192，而MC13192的数据通过MISO传递给MCU的。其中13192 SPI连接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的频率不大于8 MHz。IRQ脚互连，通过中断的形式使13192实现各种模式的转换。另外：CLKO可为MCU提供外部时钟；ATTN线由MCU GPIO控制，这样可以MCU使进入睡眠模式，当CLKO有效时醒来，并通过ATTN线唤醒MC13192；同样RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模块

PS/2模块电路如图3所示，根据PS/2协议，PS/2设备和PS/2主机是一个六脚mini-Din的连接器。本设计中，键盘供电为5 V，而MC13192和MCU的供电电压都在3 V左右。必须加一个电平转换的电路，用COMS三极管可实现。在键盘和MCU连接一端，拉低时钟线和数据线是通过在端口写入‘0实现的。其中PTA6（Clock）一开始处于KBI模式，它的主要作用是当MCU侦测到KBI端口引脚电平上升或者下降时，发生中断执行中断函数，执行PS/2数据的接收和发送。

2.3 RS232模块

RS232模块电路如图4所示，设计利用MAX3232实现COMS和TTL电平的转换，RS232接口与PC相连。此电路在用串口装载程序和调试程序时用，用到MCU的SCI模式。当作调试程序用，MCU和PC是一个异步串行通信。当SCI缓冲区满时，在PC串口打印相应的数据。

2.4 监控模块

监控模块电路如图5所示，主要由四个开关、四个LED组成，用于程序装载和相关功能演示。用串口download程序时，4个灯全亮时，说明已经进入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool软件可以将生成的扩展名为.S19文件download到目标器件。

2.5 电源模块

系统电源模块电路如图6所示，系统中的元件和模块需要两种不同电压的直流电源：5 V电源和3 V电源。系统设计利用9 V的电池，要得到5 V电源和3 V电源，用到电压输出可调的电压调整器。输入，输出补偿电容C（in），C（out）取值为10 uF，旁路电容C（adj）的取值是由纹波频率f（ripple）决定，而f由RR（Ripple Rejection）决定。

3 结 语

本设计方案实现了基于ZigBee的无线键盘的功能，系统调试结果证明了设计的合理性和正确性，由于采用了ZigBee技术，此设计方案具有较高的可靠性和抗干扰性。在本设计中，要保证MCU正确无误接收发送PS/2数据是一个关键。要真正实现多个ZigBee设备的通信，实现ZigBee设备的联网，将是以后进一步研究和探索的课题。

参考文献：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.

摘 要：ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，为小型廉价设备的无线联网和控制提供了一种较好的解决方案。文章对ZigBee技术的特点和应用领域进行了探讨，并提出了一种基于ZigBee技术标准的无线键盘设计方案。

关键词：ZigBee；低功耗；无线键盘

中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0063-02

ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。与其他的无线网络技术，如Bluetooth、Wi-Fi、手机通信等无线技术相比，ZigBee的超低能耗及支持更低速率数据的传输，使其在家庭智能控制自动化、楼宇自动化以及工业自动化等场合的应用更具有优势。本文将ZigBee技术应用于无线键盘系统中，该设计能实现传统键盘的功能；在室内30 m的范围内，不再受线缆的限制；可与周围控制键盘的ZigBee设备随时通信，与传统键盘相比，使用起来更为方便。

1 系统概述

该设计实现的是点到点的ZigBee无线键盘系统，其构架框图如图1所示，系统主要由两部分组成：发送端和接收端。选用具有ZigBee功能的芯片架构来实现键盘和主机的无线通信。

工作原理：发送端，在PS/2的协议下，MCU（MC9S08GT60）接收从键盘发过来的数据，包括键盘的自检信息、键盘的扫描码等，或接收从PC对键盘的命令，将其打包成符合ZigBee协议通信的数据包，并通过调制解调器MC13192以射频信号（RF）发送出去。接收端，调制解调器MC13192接收射频信号（RF），MCU（MC9S08GT60）对数据包进行解包，并在PS/2的协议下，发送键盘的数据到PC或发送PC的命令到键盘。

2 系统电路设计

基于ZigBee的无线键盘系统硬件以MC9S08GT60MCU为核心，主要包括：ZigBee模块、PS/2模块、RS232模块、监控模块、电源模块。

2.1 ZigBee模块

ZigBee模块电路如图2所示，主要由主控芯片MC9S08GT60、调制解调器MC13192及相关外围电路组成。SPI是一个同步串行外围接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。MCU和MC13192之间数据的通讯是通过SPICLK来同步的，SPICLK由MCU提供。MCU里的数据经MOSI线传递给MC13192，而MC13192的数据通过MISO传递给MCU的。其中13192 SPI连接到MCU的包括，/CE，MOSI，MISO和SPICLK，SPI的频率不大于8 MHz。IRQ脚互连，通过中断的形式使13192实现各种模式的转换。另外：CLKO可为MCU提供外部时钟；ATTN线由MCU GPIO控制，这样可以MCU使进入睡眠模式，当CLKO有效时醒来，并通过ATTN线唤醒MC13192；同样RXTXEN，RST也由MCU GPIO控制。

2.2 PS/2模块

PS/2模块电路如图3所示，根据PS/2协议，PS/2设备和PS/2主机是一个六脚mini-Din的连接器。本设计中，键盘供电为5 V，而MC13192和MCU的供电电压都在3 V左右。必须加一个电平转换的电路，用COMS三极管可实现。在键盘和MCU连接一端，拉低时钟线和数据线是通过在端口写入‘0实现的。其中PTA6（Clock）一开始处于KBI模式，它的主要作用是当MCU侦测到KBI端口引脚电平上升或者下降时，发生中断执行中断函数，执行PS/2数据的接收和发送。

2.3 RS232模块

RS232模块电路如图4所示，设计利用MAX3232实现COMS和TTL电平的转换，RS232接口与PC相连。此电路在用串口装载程序和调试程序时用，用到MCU的SCI模式。当作调试程序用，MCU和PC是一个异步串行通信。当SCI缓冲区满时，在PC串口打印相应的数据。

2.4 监控模块

监控模块电路如图5所示，主要由四个开关、四个LED组成，用于程序装载和相关功能演示。用串口download程序时，4个灯全亮时，说明已经进入Bootloader模式，用Freescale的Test Tool软件可以将生成的扩展名为.S19文件download到目标器件。

2.5 电源模块

系统电源模块电路如图6所示，系统中的元件和模块需要两种不同电压的直流电源：5 V电源和3 V电源。系统设计利用9 V的电池，要得到5 V电源和3 V电源，用到电压输出可调的电压调整器。输入，输出补偿电容C（in），C（out）取值为10 uF，旁路电容C（adj）的取值是由纹波频率f（ripple）决定，而f由RR（Ripple Rejection）决定。

3 结 语

本设计方案实现了基于ZigBee的无线键盘的功能，系统调试结果证明了设计的合理性和正确性，由于采用了ZigBee技术，此设计方案具有较高的可靠性和抗干扰性。在本设计中，要保证MCU正确无误接收发送PS/2数据是一个关键。要真正实现多个ZigBee设备的通信，实现ZigBee设备的联网，将是以后进一步研究和探索的课题。

参考文献：

[1] ZigBee Alliance ZigBee Specification 2006[M].ZigBee Document 053

474r13，December lth，2006.

[2] Motorola，MC13192 Data Sheet[M].America：Freescale Semiconductor Inc.2004.