通信工程本科毕业设计（论文）-短距离无线通信模块开发.doc

分类号：分类号：TP408TP408 U U D D C C：D10621-408-(2011)1019-0D10621-408-(2011)1019-0 密密 级：公级：公 开开 编编 号：号：20071011912007101191 成成 都都 信信 息息 工工 程程 学学 院院 学学 位位 论论 文文 短距离无线通信模块开发短距离无线通信模块开发 论论文作者姓名：文作者姓名： 申申请请学位学位专业专业： ：通信工程通信工程 申申请请学位学位类别类别： ：工学学士工学学士 指指导导教教师师姓姓名名（ （职职称称） ）： ： 论论文提交日期：文提交日期： 2011 年年 06 月月 3 日日 短距离无线通信模块开发短距离无线通信模块开发 摘摘 要要 目前移动通信发展很快。现有的 GMS/NCDMA 等技术正迅速地发展，第三 代移动通信系统（3G）也已经提上了日程，并很快投入商用。也些技术可以实 现远距离的通信。但是是人们也许没有注意到，在相距飓尺的地方同样也需要 无线通信。因此，低价位、底功耗、可替代电缆的无线数据通信被越来越多的 需要。 本设计的目的主要实现较小区域内的无线通信，为选取最优技术本论文对 目前使用较广泛的蓝牙、 80 2 .11(Wi Fi)、ZIGBEE 和 Ir DA 技术分别进行 了阐述和比较 ,比较了他们技术上的异同点 ,讨论了在选择、使用这些技术时 应注意的问题 ，通过方案对比，考虑到 ZIGBEE 具有功耗低、成本低、网络容 量大、时延短、数据安全、工作频段灵活、网络的自组织、自愈能力强、通信 可靠等优点，最终选择 ZIGBEE 方式，本模块是以 CC2430 芯片为核心，经过 实际验证，该无线模块实现了无线通信的功能，达到了预期的效果。 关键词关键词：短距离无线通信；ZIGBEE；CC2430；IEEE 802.15.4 标准 Short-range wireless communication module development Abstract The current mobile communication develops very quickly. The existing GMS/NCDMA technology are thriving, third generation mobile communication system (3G) has also put on the agenda, and soon commercially available. Also some technology can achieve long distance communication. But people may not notice, in place of generally feet apart also need to wireless communications. Therefore, low price, bottom power consumption and alternative cables wireless data communication is more and more needs. The purpose of this design within the small area mainly realize the wireless communication, and to choose the optimal technical this paper used more widely present bluetooth, 80 2. 11 (Wi Fi), zigbee and Ir DA technology is discussed and compared respectively, compares the differences and similarities in their technology, discussed in selecting, using these techniques problems should be paid attention to, through the scheme contrast, considering zigbee with low power consumption, low cost, network capacity, delay short, data security, flexible, network working band the self-organizing, self-healing capability, communication and reliable, finally choosing this module is zigbee way, CC2430 chips as the core, through actual verification, the wireless module realized wireless communication function, achieve the expected effect. Key words: Short-range wireless communication; ZIGBEE; CC2430; IEEE802.15.4. 目目 录录 论文总页数：31 页 1.引言引言.1 1.1.本课题研究的意义.1 1.2.本课题的研究方法.2 1.3.论文安排.2 2.短距离无线通信模块总体设计短距离无线通信模块总体设计.2 2.1.几种常用的无线技术标准及对比.2 2.1.1.蓝牙简介.3 2.1.2.802.11(Wi-Fi).3 2.1.3.IrDA .4 2.1.4.ZIGBEE.5 2.2.四种主要的 ZIGBEE 实现方案.6 2.2.1.MCU 和 RF 收发器分离的双芯片方案.6 2.2.2.集成 RF 和 MCU 的单芯片方案.6 2.2.3.基于 FPGA 的方案.6 2.2.4.自己设计收发电路方案.7 2.3.ZIGBEE 协议体系结构.7 2.3.1.IEEE 802.15.4 标准.7 2.3.2.ZIGBEE 协议栈.8 2.3.3.网络层关键技术.8 2.4.基于 ZIGBEE 的短距离通信模块的总体设计.9 3.硬件部分设计硬件部分设计.9 3.1.CC2430 介绍.9 3.2.CC2430 无线模块最小系统设计.13 3.2.1.复位电路.13 3.2.2.串口通信电路.13 3.2.3.时钟电路.14 3.2.4.电源管理电路.14 3.2.5.JTAG 接口电路及 I/0 电路.15 4.硬件测试部分设计硬件测试部分设计.16 4.1.串口电路测试.16 4.2.两模块点对点通信测试.17 5.本次设计的不足及改进方式本次设计的不足及改进方式.20 结结 论论.20 参考文献参考文献.20 致致 谢谢.21 声声 明明.22 附附 录录.23 第 1 页 共 31 页 1.1.引言引言 课题背景课题背景 工业应用中，现阶段基本上都是以有线的方式进行连接，实现各种控制功 能。各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带 来了便利。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来 说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。但随 着射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传 输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。而同时有线 网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意 移动等缺点越发突出。在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们把目 光转向了无线通信方式。 1.1. 本课题研究的意义本课题研究的意义 随着 Internet 的飞速发展，从 WAN 到 MAN，再到 LAN，PAN，这些技术已逐 渐成熟。目前，各类网络中最具增长潜力的是无线网络，许多机构会选择采用 无线局域网（WLAN）来拓展他们的现有网络，获得在机构区域内部移动接入网 络的能力。 怎样不通过电缆，摆脱物理连接上的限制，使设备互联起来呢？为了找到 这个问题的答案，现研究短距离无线通信的一个方面，通过对比各种技术，采 取当前发展潜力较大的 zigbee 作为研究方向，能使短距离无线通信技术更大部 分的应用在生活中。同时，对身边层出不穷的无线通信产品也有相应的了解。 相信通过这次的课题设计可以获得更多的专业知识，也希望能将自己了解的短 距离无线通信技术合理利用在生产生活的各个方面。 1.2. 本课题的研究方法本课题的研究方法 首先，对短距离无线通信知识有总体的了解，知道短距离无线通信技术包 括蓝牙、WiFi、zigbee、IrDA 等方面。其次，逐步了解四种技术的优缺点，哪 方面具优势，从而挑选出合适的进行研究。然后进行方案可行性分析，方案总 体设计，方案模块化设计，硬件设计，硬件测试，软件设计，软件测试，分析 实验效果。 第 2 页 共 31 页 1.3. 论文安排论文安排 根据对短距离无线通信的认知研究过程进行论文的安排。首先对比四种基 本的短距离无线通信的方式选择 ZIGBEE 方式进行研究。针对 ZIGBEE 标准，得 出四种可行方案，最终选择集成 RFIC 和 MCU 单芯片方案，芯片选择 CC2430。 。 其次，对短距离无线通信模块做总体设计。为了实现无线数据模块的硬件基础 架构，将硬件设计分为 CC2430 无线模块最小系统及外围电路，最小系统电路包 括复位电路、串口通信电路、时钟电路、电源管理电路、JTAG 接口电路及 I/O 引脚电路，外围电路设计包括键盘电路和数码管显示电路。硬件测试部分选择 较简单的测试程序，需进行对电源、串口电路、晶振电路及两模块点对点通信 的测试。最后，经过制版、调试和对硬件电路测试，通过效果显示找出硬件设 计不足，从而加以改进。 2.2. 短距离无线通信模块总体设计短距离无线通信模块总体设计 2.1. 几种常用的无线技术标准及对比几种常用的无线技术标准及对比 表 1 几种无线通信标准介绍： 市场名标准 GPRS/GSM 1xRTT/CDMA Wi-Fi 802.11b Bluetooth 802.15.1 ZigBee 802.15.4 应用重点 广范围 声音 P0SEL P1SEL IO_DIR_PORT_PIN(0, 0, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(0, 1, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(0, 4, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(0, 5, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(0, 6, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(0, 7, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(1, 0, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(1, 1, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(1, 2, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(1, 3, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(1, 4, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(1, 5, IO_OUT); IO_DIR_PORT_PIN(1, 6, IO_IN); IO_DIR_PORT_PIN(1, 7, IO_IN); void phyInit(void ) phyState = PHY_STATE_IDLE; phy_pib.flags.val = 0; phy_pib.flags.bits.txFinished=1; void halInit(void)/设置时钟源 local_radio_flags.val = 0; SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); halInitUart(); halSetBaud(LRWPAN_DEFAULT_BAUDRATE); halInitMACTimer(); 第 24 页 共 31 页 void main (void) halInit(); evbInit(); debug_level = 10; phyInit(); macInit(); conPrintConfig(); ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT(); /enable interrupts EVB_LED1_OFF(); EVB_LED2_OFF(); macInitRadio(); macSetPANID(LRWPAN_DEFAULT_PANID); macSetChannel(LRWPAN_DEFAULT_START_CHANNEL); macSetShortAddr(0); /conPrintROMString(Main loop .n); #if 1 MainLoop(); #else while (1) macFSM(); #endif 温度测试程序： #include #include msstate_lrwpan.h #include MAC.h 第 25 页 共 31 页 #include #include SensorComm.h #define APP_TAG_STARTUP (0) #define APP_TAG_INITED (1) #define APP_TAG_JOINREQUESTED (2) #define APP_TAG_JOINEDGROUP (3) #define APP_TAG_ADDITIONALlISTEN (4) #define APP_CAPTAIN_STARTUP (5) #define APP_CAPTAIN_INITED (6) #define APP_CAPTAIN_CALLING (7) #define APP_CAPTAIN_REPLACECAPTAIN (8) #define STARTUP_MSG ZigBee Demo RFD Application v1.0 #define MAC_RESPONSE_WAITFOR_DURATION (50) #define MAC_ACK_WAITFOR_DURATION (50) #define QUERY_INT_DURATION (200) #define MAC_QUERY_WAIT_DURATION (25) #define MAC_WAITFOR_QUERY_DURATION (250) #define PHYSetChannel(x)macSetChannel(x) #define PHYGetPhyChannel() macGetChannel() #define PHYSetTxPower(x) halSetTxPower(x) #define GRADIENT_C 0.01496 #define OFFSET_C -300 /偏移量，此参数需要标定 #define ADC14_TO_CELSIUS(ADC_VALUE) ( (float)ADC_VALUE *(float)GRADIENT_C + OFFSET_C) #define GRADIENT_F (9.0/5.0 * GRADIENT_C) #define OFFSET_F (9.0/5.0 * OFFSET_C) + 32 #define ADC14_TO_FARENHEIT(ADC_VALUE) ( (float)ADC_VALUE *(float)GRADIENT_F + OFFSET_F) /*参考电压: 1,25 V, 分辨率: 14bit, 温度传感器 */ #define SAMPLE_TEMP_SENSOR(v)/温度采集函数 do ADCCON2 = 0 x3E; ADCCON1 = 0 x73; while(!(ADCCON1 v = ADCL; v |= (unsigned int)ADCH) 0 x03) #if defined(IAMTAG) WirelesDebugOut(DEBUG_HARDWARE_RESET); if(rst=0 x02)/看门狗复位 ConsolePutROMString(watch dog resetrn); WirelesDebugOut(DEBUG_WATCHDOG_RESET); WatchDogReset=0; if(rst=0 x00)