基于Zigbee的无线打铃系统设计

宋 昆

（建东职业技术学院，江苏常州，213022）

基于Zigbee的无线打铃系统设计

宋 昆

（建东职业技术学院，江苏常州，213022）

本课题采用Zigbee模块设计了一种无线打铃系统。单片机通过时钟芯片DS1302计时。打铃时间到了控制Zigbee协调器模块发送打铃信息。Zigbee终端节点控制打铃器工作。

Zigbee；单片机；DS1302

电子打铃器并不陌生。它使我们的生活变得很有规律，是学校作息实践执行不可或缺的工具。本课题设计一种基于Zigbee的无线控制打铃系统。

1 Zigbee技术

Zigbee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，它的工作频段分为3个频段，它们分别为868MHZ、915MHz 和2.4GHz。其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学频段。在组网性能上，Zigbee设备可构造为星型网络或者点对点网络，在每一个Zigbee组成的无线网络内，连接地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大设备个数分别为216个和264个。在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入（CSMA-CA）方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突。为保证Zigbee 设备之间通信数据的安全保密性，Zigbee技术采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。

在网络中，为了完成通信，必须使用多层上的多种协议。这些协议按照层次顺序组合在一起，构成了协议栈(Protocol Stack)。本课题采用的是德州仪器（TI）公司的Zigbee 协议栈(Z-Stack)。

2 系统总体设计方案

本系统主要分为三个部分。作息时间产生终端部分以单片机为控制单元，外围有时钟芯片DS1302，液晶屏、按键以及继电器。打铃信号发射终端部分是Zigbee协调器模块。接收信号打铃终端部分是Zigbee终端节点，继电器控制打铃器。其工作原理是DS1302计时，单片机采集时间，和打 本设计采用网蜂科技公司设计的Zigbee开发套件，其中的主控芯片是TI公司的CC2530。CC2530除了包括RF收发器外，还集成了加强型8051单片机、它具有2/64/128/256kB可编程闪存和8kB的RAM，以及ADC、看门狗等。CC2530可工作在2.4GHz频段，采用低电压(2.0～3.6V)供电，待机时电流消耗仅0.2μA，但灵敏度高达-91dBm、最大输出为+0.6dBm、最大传送速率为250 kbps。CC2530仅需添加少量的外围元件就可以完成ZIGBEE通信功能的硬件实现。

本系统由三个部分组成：Zigbee协调器节点、Zigbee终端传感器节点以及单片机控制模块。Zigbee节点基本功能单元是处理器模块，射频模块和电源模块等三个部分，这个利用网蜂科技的CC2530核心板及功能底板组合构成。传感器节点采用继电器模块，控制打铃器电源的通断。单片机控制模块接有DS1302电路，设置时间的按键，LCD1602液晶显示屏以及一个继电器。

图1 无线打铃系统框图

4 软件系统设计

程序设计是基于TI公司公布的协议栈ZStack，本设计采用的是ZStack-CC2530-2.4.0版本。用户根据实际需要，在创建协调器和终端节点项目时在App用户应用层创建源文件编写程序。其余功能要求由ZStack完成。

图2 单片机控制电路实物

系统软件设计主要包括单片机控制程序、协调器节点以及终端节点软件设计。单片机控制程序主要是控制DS1302，显示时间，作息时间比对以及控制继电器开关。协调器节点将继电器开关闭合作为按键输入信号，控制发送无线命令。终端节点接收无线命令，控制打铃器电源通断。

4.1 单片机控制程序

按照建东学院作息时间表，在单片机主程序中设置作息数据组，分小时和分钟，每组25个数据，hour_DATA[25]和minute_DATA[25]。

读取DS1302时间和数组进行比对。每次打铃时间是30S，需要两次控制信号，一次开始，一次关闭，因此需要两种时间。当比对成功时，控制继电器开关闭合。

4.2 协调器模块

协调器和终端节点之间采用组播形式。将单片机模块中继电器开关作为协调器输入信号。调用按键状态变化处理函数SampleApp_HandleKeys，判断按键位置。当继电器开关动作时，调用无线发送函数SampleApp_SendGroupMessage，发送控制命令。

4.3 终端节点模块

终端节点无线接收协调器信息，调用SampleApp_ MessageMSGCB函数。针对输入信号的类型进行判断，如果是组播数据，继电器所接IO口状态取反。

5 系统调试

本系统调试时采用的终端节点只有两个。工作时首先给协调器通电，然后给终端节点及单片机模块通电，组建网络。调试时终端节点的打铃器用音乐芯片电路代替。单片机电路板通过按键设置时间，然后开始具体实验测试。当运行时间达到作息时间时，终端节点继电器动作，音乐芯片电路通电，有音乐播放。30S后继电器关闭，音乐停止。

6 结束语

经过测试，系统软硬件均工作正常，实现了需求中的绝大部分功能。Zigbee是一种低成本的无线通信技术，有丰富而便捷的应用。在无线打铃系统中使用可以减少布线的困扰，通过自组网，可以实现实时控制。

[1]高守玮，吴灿阳.Zigbee技术实践教程.北京：北京航空航天大学出版社，2009

[2]王小强，欧阳骏，黄宁淋.Zigbee无线传感器网络设计与实现.北京：化学工业出版社，2012

[3]杨居义.单片机课程设计实例教程.北京：清华大学出版社,2010

Design of wireless bell system based on Zigbee

Song Kun
（Jiandong College,Jiangsu Changzhou,213022）

The design of wireless bell system using Zigbee module. Single chip DS1302 clock chip. The bell time control Zigbee module to send bell information coordinator. Zigbee terminal node control ringer work.

Zigbee; single chip microcomputer; DS1302