基于ZigBee的紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱一飛，王國(guó)棟，高闖，田梅蘭

（長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西西安 710064）

0 前言

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展以及人們居住理念的變化與提升，家居智能化和家電網(wǎng)絡(luò)化逐漸成為熱門話題。智能家居是指將各種信息設(shè)備和住宅設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，從而構(gòu)筑舒適、安全、方便的信息化居住空間，滿足人們?cè)诩抑猩?、工作、娛?lè)和交流的需要，提供安防、社區(qū)管理和人們外出時(shí)了解家居狀況的手段[1]。

紅外轉(zhuǎn)發(fā)器是智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，它在整個(gè)智能家居系統(tǒng)中的位置如圖1所示。

紅外轉(zhuǎn)發(fā)器處在系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)關(guān)與紅外控制設(shè)備之間，負(fù)責(zé)接收由無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送來(lái)的ZigBee 信號(hào)，然后將相應(yīng)的控制指令轉(zhuǎn)換成紅外信號(hào)發(fā)射出去，以達(dá)到控制紅外設(shè)備的目的。為此，紅外轉(zhuǎn)發(fā)器必須具有協(xié)議解析、紅外信號(hào)接收、紅外信號(hào)發(fā)射、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

1 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的硬件設(shè)計(jì)

紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的功能決定了它主要由主控模塊、紅外接收模塊、紅外發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊四部分組成。

1.1 主控模塊

主控模塊選用TI 公司的ZigBee 芯片CC2530，它以8051微處理器為內(nèi)核，自身攜帶的射頻收發(fā)器用來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的無(wú)線通信。在紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)中，8051微處理器負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的控制，射頻收發(fā)器負(fù)責(zé)與網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信。

1.2 紅外接收模塊

紅外接收電路如圖2所示。一體化紅外接收頭1838T 共有三個(gè)引腳，供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。因?yàn)?838T 內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在供電腳上加上濾波電容C5。信號(hào)輸出腳接到CC2530的P0_6引腳，P0_6為定時(shí)器1、通道4的捕獲/比較引腳，這里使用的是捕獲功能，用來(lái)捕獲紅外信號(hào)。沒(méi)有接收到紅外信號(hào)時(shí)，1838T 輸出為高電平，當(dāng)接收到紅外信號(hào)時(shí)，輸出為高電平與低電平組成的脈沖[2]。

圖1 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器在智能家居系統(tǒng)中的位置

圖2 紅外接收電路

圖3 紅外發(fā)射電路

圖4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

圖5 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的軟件流程圖

1.3 紅外發(fā)射模塊

紅外發(fā)射電路如圖3所示。D1、D2、R1和VCC 構(gòu)成二極管與門電路，LED1為紅外發(fā)射管。CCP1接CC2530的P0_4引腳，用來(lái)輸入對(duì)家電的控制（如空調(diào)開(kāi)）所對(duì)應(yīng)的紅外編碼，CCP2接CC2530的P1_4引腳，用來(lái)輸入紅外發(fā)射所需要的38kHz的載波。當(dāng)CCP1和CCP2同時(shí)為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)；CCP1和CCP2有一個(gè)為低電平三極管就截止。當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，正確選取R1和R2的電阻值使三極管工作在飽和狀態(tài)，此時(shí)紅外發(fā)射管的發(fā)射功率最大。

1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

Flash 存儲(chǔ)器選用SST 公司的SST25VF016B，其為16Mbit SPI Serial Flash，它在單電源2.7-3.6V 下可進(jìn)行讀、寫和擦除操作。通過(guò)串行總線接口SPI的總線兼容協(xié)議可訪問(wèn)該Flash 存儲(chǔ)器，SPI 主要由四個(gè)控制線組成，CE 用來(lái)選中該器件，在CE=0的前提下，通過(guò)SI（串行數(shù)據(jù)輸入）、SO（串行數(shù)據(jù)輸出）、SCK（串行時(shí)鐘）來(lái)訪問(wèn)Flash中的數(shù)據(jù)[3]。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路如圖4所示。

設(shè)置CC2530串口1模式為SPI 主模式，選定P1口，P1_7為MI，P1_6為MO，P1_5為SCK，設(shè)置P1_7、P1_6、P1_5為外設(shè)I/O。選定P0口，P0_7為CE，設(shè)置P0_7為通用I/O，當(dāng)CE為低電平時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行讀、寫和擦除操作。

2 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的軟件設(shè)計(jì)

2.1 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器軟件平臺(tái)的構(gòu)建

紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的軟件設(shè)計(jì)是在TI 推出的zigbee2007協(xié)議棧的基礎(chǔ)上和瑞典公司IAR 開(kāi)發(fā)的IAR Embedded Workbench For 8051集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)的。

ZigBee的協(xié)議分為兩部分，IEEE 802.15.4定義了PHY 和MAC 技術(shù)規(guī)范；ZigBee 聯(lián)盟定義了NWK、APS 和API 技術(shù)規(guī)范[4]。ZigBee 協(xié)議棧就是將各個(gè)層定義的協(xié)議都集合在一起，以函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)，并給用戶提供API，用戶可以直接調(diào)用。

2.2 紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的軟件流程圖

紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的軟件流程圖如圖5所示。

3 小結(jié)

該紅外轉(zhuǎn)發(fā)器以ZigBee 芯片CC2530為主控器，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的整體控制，又能實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信，并且可以使用ZigBee2007協(xié)議棧提供的API 進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該紅外轉(zhuǎn)發(fā)器能夠正確接收和解析無(wú)線網(wǎng)關(guān)發(fā)送的命令并有效的控制具有紅外控制功能的家電，運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的目的，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1]金東勇.ZigBee 技術(shù)在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2008

[2]林鈴，于德海.自學(xué)習(xí)紅外遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008，3（6）

[3]吳麗娟，胡海風(fēng)，尤文斌.SST Flash 在數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（3）

[4]瞿雷，劉盛德，胡咸斌.ZigBee 技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007