项目3 嵌入式系统常用接口及通信技术

项目三、嵌入式系统常用接口及通信技术一、项目概况一、项目概况项目说明：

本项目利用ARM嵌入式微处理器与接口知识，在嵌入式系统的集成开发环境中采用基于Linux的应用程序设计基础上设计程序并在ARM板内烧写开发的可执行文件实现仿真月球车的图像识别与传输控制。二、知识储备2.1无线通信原理无线通信系统组成框图二、知识储备2.1无线通信原理各部分作用信息源：提供需要传送的信息变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去传输媒质：信息的传送通道（自由空间）接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号受信人：信息的最终接受者二、知识储备2.1无线通信原理典型发送设备的组成框图二、知识储备2.1无线通信原理典型接收设备的组成框图二、知识储备2.2常见无线通信技术红外线通信（IRDA）蓝牙（Bluetooth）ZigBee无线局域网（WLAN），WiFi技术应用最广泛重点讲解主流技术ZigBee和WiFi

二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBeeZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。ZigBee无线网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。因此它具备简单、方便、稳定和低成本等特点。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBeeZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段，而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBeeZigBee技术特点数据传输速率低：20Kb/秒~250Kb/秒，专注于低传输应用。功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。网络容量大：网络可容纳65,000个设备。时延短：通常时延都在15ms~30ms。安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。有效范围小：有效覆盖范围10~75米，具体依据实际发射功率大小和各种不同的应用模式而定。传输可靠：采用碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的业务预留专用时隙。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee设备类型:Coordinator(协调器)协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID(也称之为PANID，即PersonalAreaNetworkID)，随后启动整个网络。Router(路由器)路由器的功能主要是：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的由电池供电的儿子终端设备的通讯。End-Device(终端设备)终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以可以是一个电池供电设备。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee协调器创建网络流程：二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee路由器发现加入网络流程：二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee终端节点发现加入网络流程：二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBeeZigBee信道2.4GHz的射频频段被分为16个独立的信道。每一个设备都有一个DEFAULT_CHANLIST的默认信道集。协调器扫描自己的默认信道集并选择一个信道上噪声最小的信道作为自己所建网络的信道。终端节点和路由节点也要扫描默认信道集并选择一个信道上已经存在的网络加入。PANIDPANID指网络编号，用来区分不同的ZigBee网络。协调器是通过选择网络信道及PANID来启动一个无线网络的。PANID的有效范围为0~0x3FFF。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBeeIEEE物理地址每个ZigBee设备都有一个64位的IEEE长地址，即MAC地址。物理地址是在出厂时候初始化的。它是全球唯一的。当一个zigbee节点加入网络时候，它的IEEE地址不能与网络中现有节点的IEEE地址冲突且不能为0xFFFFFFFFFFFFFFFF。网络地址网络地址也称短地址，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方，对于协调器来说，短地址始终为0x0000，对于路由器和节点来说，短地址由其所在网络中的协调器分配。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee目前ZigBee的实现方案主要有三种：MCU和RF收发器分离的双芯片方案如：TICC2420+MSP430、FREESCLAEMC13XX+GT60、MICROCHIPMJ2440+PICMCU集成RF和MCU的单芯片SOC方案如：TICC2430/CC2431、FREESCALEMC1321X、EM250。ZigBee协处理器和MCU的双芯片方案如：JENNICSOC+EEPROM、EMBER260+MCU在主要的Zigbee芯片提供商中，德州仪器(TI)的Zigbee产品线覆盖了以上三种方案，飞思卡尔、Ember、Jennic可以提供单芯片方案，Atmel、Microchip等其它厂商大都提供MCU和RF收发器分离的双芯片方案。二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee工程的选择不同的设备类型协调器路由器节点设备不同的开发板EBDB二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee工程的配置:预编译宏Z-Stack协议栈的代码采用了大量的预编译宏定义来模块化代码，以此来节省硬件代码空间。用户可以根据具体应用环境适当添加或删除宏定义。具体编译宏由协议栈相关文档详细解释。Options->C/C++Compiler->Preprocessor中查看二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee工程的编译与下载二、知识储备2.2常见无线通信技术ZigBee配置文件在f8wConfig.cfg等配置文件中定义了工程相关的网络通讯设置。其中比较重要的是和ZigBee通信相关的信道通道的设置，和PANID的设置，用户可以通过更改该文件中的相关宏定义，来控制ZigBee网络的通道和PANID。Options->C/C++Compiler->Preprocessor中查看二、知识储备2.2常见无线通信技术Wifi什么是WLAN？无线局域网的缩写，指采用802.11无线技术进行互连的一组计算机和相关设备。无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，即WLAN）是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网，是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，广泛适用于需要可移动数据处理或无法进行物理传输介质布线的领域。随着IEEE802.11无线网络标准的制定与发展，使无线网络技术更加成熟与完善。并已成功的广泛应用于众多行业，如金融证券、教育、大型企业、工矿港口、政府机关、酒店、机场、军队等。产品主要包括：无线接入点、无限网卡、无线路由器、无线网关、无线网桥等。

二、知识储备2.2常见无线通信技术WifiWiFi的全称是WirelessFidelity，又叫802.11b标准，是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准。该技术使用的使2.4GHz附近的频段，该频段目前尚属没用许可的无线频段(在2.4GHz及5GHz频段上免许可)。最高带宽为11Mbps，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps；其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。

WLAN和Wi-Fi（WiFi）区别？

Wlan是无线网络的缩写。又叫做无线局域网。同理无线城域网叫做Wwan.

WIFI是无线网络中的一个标准，比如说那些IEEE802.11a、b、g之类的都属于WIFI这个标准。二、知识储备2.2常见无线通信技术Wifi:应用无线AP＋LAN的应用私网无线办公环境，家庭防止非内部人员进入网络a、MAC地址过滤b、ip＋用户名的锁定AP+router无线＋LAN＋internet的应用专网VPN：公司之间异地互连的专用网络基于internet的公司局域网网络电话：NetPhone，IpPhone基于VPN全面实现语音通话网络视频：基于Iweb的视频会议监控基于internet的数据流的解决二、知识储备2.2常见无线通信技术Wifi:应用企业：ERP….Server＋ERP软件＋AP＋PDA＋CFWLAN医院：查询系统病例、药品、监控…..Server＋医用软件＋AP＋PDA＋CFWLAN超市：广播系统、监控系统：Server＋发布软件＋AP＋WCard＋机顶盒＋TV交通：各个交通路口的监控IP、VPNServer＋监控软件＋AP＋IpCAMServer＋CAM铁路、航空、电信：IP、VPN售票系统的通信专用网络的票务Server＋监控软件＋AP＋IpCAMServer＋CAM＋IpPhone二、知识储备2.4CM