1 Zigbee技術(shù)概述
Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。一般而言， 隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，Zigbee技術(shù)將是最低功耗和成本的技術(shù)。同時(shí)基于Zigbee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，也決定了Zigbee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。Zigbee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：省 電、可靠、成本低、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全。
Zigbee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過(guò)的802．15．4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它不僅只是802．15．4的名字。IEEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，Zigbee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32 K 字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒(méi)有限制。Zigb ee 聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其它節(jié)點(diǎn)獲得。
完整的Zigbee協(xié)議套件由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用會(huì)聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由Zi gbee 聯(lián)盟制定，IEEE802．15．4負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。圖1所示為Zigbee協(xié)議架構(gòu)。
2 Zigbee在汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
目前高速公路的車輛交通事故日益增多，很大部分是由于輪胎的氣壓過(guò)高或過(guò)低導(dǎo)致輪胎爆胎引起的。輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全天候?qū)喬ダ锏膲毫M(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎的漏氣和低壓、高壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警，使車輛始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)。盡量避免因輪胎氣壓所導(dǎo)致的交通事故。
Zigbee主要應(yīng)用在距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、 間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)想，它的應(yīng)用目標(biāo)主要是：工業(yè)控制( 如自動(dòng)控制設(shè)備、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))，汽車無(wú)線監(jiān)測(cè)( 如輪胎氣壓、溫度等)，醫(yī)護(hù)( 如監(jiān)視和傳感) ，家庭智能控制( 如照明、水電氣計(jì)量及報(bào)警)，消費(fèi)類電子設(shè)備的遙控裝置、PC外設(shè)的無(wú)線連接等領(lǐng)域。
2．1 系統(tǒng)組成及原理
輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由輪胎壓力傳感器、控制器、射頻發(fā)射器和接收機(jī)組成。輪胎壓力傳感器由摩托羅拉公司開(kāi)發(fā)的集成電容式壓力傳感器MPXY8020A作為胎壓檢測(cè)單元，具有低功耗和全集成的特點(diǎn)。采用Zigbee模塊CC2430作為信號(hào)控制處理與發(fā)射接收單元。
裝在每一個(gè)車輪胎里的壓力傳感器將輪胎里的壓力、溫度信息經(jīng)射頻發(fā)射器將輪胎壓力、溫度等信息從輪胎內(nèi)部傳送給駕駛室里的接收器模塊，能夠讓駕駛員在汽車運(yùn)行時(shí)了解到輪胎的工作情況，檢測(cè)輪胎的氣壓、溫度是否正常，并進(jìn)行異常報(bào)警，確保安全。智能輪胎與汽車儀表盤上一個(gè)接受器及顯示器配合，即構(gòu)成一個(gè)輪胎壓力器監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)( TP MS) 。
2．2 CC2430在汽車檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用
發(fā)射接收、數(shù)據(jù)處理元件以CC2430為核心的輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1 ) 傳感器數(shù)據(jù)的處理。裝在每一個(gè)車輪胎里( 4 個(gè)輪在車上，1個(gè)備用輪) 的壓力傳感器( Motorola器件號(hào)MP XY8020A)是電容型 ME MS壓力傳感器，專用于滿足TP MS在溫度和壓力媒介兼容方面的要求。它是一個(gè)單體壓力和溫度傳感器，并具備電源管理和數(shù)字輸出功能。
2 ) 輪胎數(shù)據(jù)發(fā)射。為了保證在惡劣的環(huán)境下收發(fā)數(shù)據(jù)的可靠性，以及根據(jù)本應(yīng)用信息量小、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，采用信息冗余的方法來(lái)保證數(shù)據(jù)可靠地接收，即連續(xù)發(fā)送相同內(nèi)容的信息。數(shù)據(jù)的發(fā)送處理，這里采用CC2430模塊。
3 ) 輪胎數(shù)據(jù)接收。為了降低功率，節(jié)約電池的電能，在駕駛室數(shù)據(jù)處理器中安裝有加速度傳感器，一旦車輛啟動(dòng)，就激活各輪胎中的壓力檢測(cè)發(fā)射電路，車輛停止，輪胎中電路進(jìn)入睡眠模式。
4 ) 輪胎壓力顯示、報(bào)警。根據(jù)輪胎類型、季節(jié)， 可在駕駛室控制器中設(shè)置輪胎壓力、溫度數(shù)據(jù)。控制器在車輛運(yùn)行時(shí)連續(xù)接收輪胎數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、保存、顯示。如果出現(xiàn)異常，報(bào)警提示駕駛員。存儲(chǔ)在FLASH中的數(shù)據(jù)可供事后分析事故使用。
2．3 CC2430模塊
CC2430芯片以強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)很高的認(rèn)可。它結(jié)合Chipcon公司全球先進(jìn)的Zigbee協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計(jì)，展示了領(lǐng)先的Zigbee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無(wú)線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域， 同時(shí)也適用Zigbee之外2．4 G Hz 頻率的其他設(shè)備。
1 ) CC2430芯片的主要特點(diǎn)：高性能和低功耗的8051微控制器核：集成符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4GHz的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)；優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性；在休眠模式時(shí)僅0．9的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于0．6的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持cSMCA功能；較寬的電壓范圍(2．0～ 3．6V)；數(shù)字化的RSSI ／LQ1支持和強(qiáng)大的DMA功能；具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能；集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE802．15．4規(guī)范的MAC計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器；強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。CC2430的Zigbee基本組成框圖如圖3所示。
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