黃學達，林 峰

（重慶郵電大學 重郵信科通信技術有限公司，重慶 400065）

基于ZigBee技術的TD-SCDMA網(wǎng)絡宜居通終端產(chǎn)品的研究

黃學達，林 峰

（重慶郵電大學 重郵信科通信技術有限公司，重慶 400065）

Zigbee是一種低速、低功耗、低成本的短距離無線網(wǎng)絡技術，主要面向自動化和遠程控制的應用。本文主要介紹 Zigbee技術用于TD-SCDMA網(wǎng)絡的宜居通設備，首先對宜居通的硬件結構進行描述，其次是研究其軟件設計，最后 Zigbee技術成功用于宜居通產(chǎn)品。

Zigbee；TD-SCDMA；宜居通；終端產(chǎn)品

TD-SCDMA是由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權為主的、被國際上廣泛接受和認可的第三代移動通信標準(簡稱3G)。2008年，中國移動正式獲得TD-SCDMA的牌照，正式啟動TD-SCDMA網(wǎng)絡的建設，TD-SCDMA產(chǎn)品成功用于北京奧運會。目前TD-SCDMA，比GSM/GPRS/EDGE數(shù)據(jù)帶寬大的優(yōu)勢，僅用于語音、短信等傳統(tǒng)通信方式無法體現(xiàn)其優(yōu)勢，中國移動物聯(lián)網(wǎng)基地的建立，致力于推廣TD-SCDMA的應用，與廣大老百姓密切相關的基于TD-SCDMA的宜居通、二維碼、物聯(lián)通、親情通、車務通等中國移動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提上了議事日程。

目前TD-SCDMA的宜居通產(chǎn)品可以采用基于2.4 GHz的ZigBee技術。ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4 GHz,，具有最高250 kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10～75 m的范圍內(nèi)。

本文主要研究基于ZigBee技術的TD-SCDMA網(wǎng)絡宜居通終端產(chǎn)品。

1 ZigBee技術在宜居通終端產(chǎn)品的應用

宜居通終端是目前中國移動大力推廣的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，是TD-SCDMA無線通信技術和物聯(lián)網(wǎng)技術帶來的家庭信息化新產(chǎn)品，在現(xiàn)有TD-SCDMA無線座機基礎上，通過接入無線傳感設備，采集處理各類環(huán)境信息，經(jīng)由無線網(wǎng)絡傳遞，方便用戶實時監(jiān)控與管理。宜居通在具備TD無線移動座機功能之余，更從安防預警、家電遠程控制等方面全方位優(yōu)化生活方式和居住環(huán)境，滿足用戶對智能家居現(xiàn)代生活的需求。

ZigBee作為一種無線通信技術，ZigBee具有低功耗，成本低，時延短，網(wǎng)絡容量大，可靠，安全的特點。

如圖1所示，宜居通產(chǎn)品通過ZigBee技術接收告警信息，通過TD-SCDMA網(wǎng)絡上傳中國移動物聯(lián)網(wǎng)運營平臺，中國移動運營平臺通過短信方式下發(fā)通知事先設置手機號碼的用戶手機中，從而用戶在外可以完全、清楚的掌握到家中的而任何情況。

圖1 宜居通終端應用示意圖Fig. 1 Application diagram of YIJUTONG terminal device

2 宜居通終端的硬件設計

2.1 宜居通終端的硬件原理

該宜居通終端實現(xiàn)短距離無線收發(fā)的ZigBee方案采用TI公司的CC2531+CC2590，完成各種告警信息、控制信息的編碼、解碼、無線傳輸?shù)取?/p>

宜居通與TD-SCDMA基站通信模塊采用某公司的基帶處理器平臺實現(xiàn)，支持TD-SCDMA網(wǎng)絡模式，通過USB接口與CC2531通訊，實現(xiàn)告警信息、各種控制信息的收發(fā)，也可以實現(xiàn)CC2531的升級維護。宜居通終端的結構框圖如圖2所示。

圖2 宜居通終端結構示意圖Fig. 2 Structure diagram of YIJUTONG terminal device

2.2 宜居通終端硬件結構

本宜居通終端硬件主要包括幾個部分：ZigBee BB模塊，ZigBee RF FEM模塊, TD-SCDMA modem等。

2.2.1 ZigBee BB模塊

本模塊主要采用TI公司多處理器結構的芯片 CC2531，CC2531是TI公司針對2．4 GHz ISM頻帶推出的第二代支持ZigBee／IEEE 802．15．4協(xié)議的片上集成芯片。

其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標準增強型8051MCU內(nèi)核、256 KB Flash和8 KB RAM；具有1個USB全速接口、2個USART、8位和16位定時器、看門狗定時器、8路輸入可配置的12位ADC、21個GPIO、AES128協(xié)同處理器；硬件支持CSMA-CA、數(shù)字化的RSSI／LQI和強大的DMA功能，具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。

2.2.2 ZigBee RF FEM模塊

本模塊采用TI公司的CC2590， CC2590是TI高集成度2.4GHz RF前端，能將低功耗無線系統(tǒng)覆蓋范圍擴展8倍。CC2590 是一款高性能的低成本前端，適用于諸如ZigBee網(wǎng)絡、傳感器、工業(yè)、消費類電子。

2.2.3 TD-SCDMA modem模塊

本模塊采用某公司的TD-SCDMA基帶處理器，TDSCDMA RF以及MCP存儲器(NAND+DDR)。其中TDSCDMA基帶處理器支持HSPA+；上行2.2 Mbps(HSUPA)、下行2.8 Mbps(HSDPA)；支持豐富的外設接口：UART、GPIO、USB2.0、LCD、SPI等；支持3G特色業(yè)務：包括可視電話、移動互聯(lián)等；支持MP3、MP4、照相、攝像等多媒體功能。

與CC2531采用USB接口進行通訊，實現(xiàn)宜居通終端接收外設告警信號，以及下發(fā)各種控制信號，通過該模塊把告警信息上傳中國移動運營平臺，支持的TD-SCDMA頻段是1 880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz。

3 宜居通終端的基本軟件設計

宜居通終端軟件設計主要由兩部分組成，一是TDSCDMA網(wǎng)絡終端的相關軟件設計，本文不做介紹，二是ZigBee芯片CC2531的軟件設計，是本文研究的重點。

3.1 ZigBee軟件主流程

本軟件設計基于TI公司的ZStack 2007協(xié)議棧。ZStack 2007是TI公司專門為CC2531芯片設計的ZigBee協(xié)議棧。它是由一個簡單的單線程操作系統(tǒng)管理，該系統(tǒng)基于任務調(diào)度的機制。各個任務的事件處理函數(shù)按照任務的優(yōu)先級被放入函數(shù)指針數(shù)組tasksArr[idx]中，事件以16位的變量形式存放在數(shù)組tasksEvents[idx]中，因此每個任務最多可定義16個事件。

操作系統(tǒng)運行流程如圖3所示。主函數(shù)在完成宜居通終端相關的初始化之后會進入操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是一個無限循環(huán)，一直在檢測各個任務中的事件tasksEvents[idx]，當它不為零時就會調(diào)用相應的事件處理函數(shù)tasksArr[idx]。處理完一個事件會將代表此事件的位清零，同時返回未處理的事件，直到這個任務中所有的事件處理完畢（即所有的事件位都被清零），操作系統(tǒng)就會跳向下一個任務進行事件處理。

圖3 操作系統(tǒng)運行流程Fig. 3 Operation scheme of OS

3.2 ZigBee軟件模塊化設計

宜居通終端軟件采用的是功能模塊化設計，不同功能用不用模塊表示，不同模塊間用接口連接，通過接口來調(diào)用其他模塊的功能。如圖4所示，宜居通終端主要由TD-SCDMA網(wǎng)絡通訊模塊、ZigBee數(shù)據(jù)處理模塊、ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。

圖4 宜居通終端軟件模塊框圖Fig. 4 Software module diagram of YIJUTONG terminal

CC2531專門提供一個I/O口對供電電壓進行A/D采樣，當供電的電源電壓不足（即低于設定的某一個值）時，通過軟件控制進行切換，先讓另一組電源對節(jié)點進行供電，再打開太陽能充電電路對本組電源充電。節(jié)點在通信和采集數(shù)據(jù)時功耗很大，因此在每一次的通信和采集數(shù)據(jù)完成之后都會檢測當前供電電壓值和當前的充電電壓值，根據(jù)兩個電壓值決定是否進行電源切換、對電源進行充電，以及充電是否完成。

4 結束語

基于ZigBee技術，使用CC2531的宜居通終端設備的硬件、軟件設計比較復雜，本文僅就宜居通終端的硬件原理，各功能模塊的軟件設計作了介紹。實驗結果表明：宜居通終端工作狀態(tài)穩(wěn)定，故障率低，可以按照用戶設置準確地實現(xiàn)安防告警、智能家電控制。整個系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)可靠、功耗低、可遠程控制等顯著優(yōu)點，具有良好的應用前景。

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Research of TD-SCDMA terminal device based on ZigBee

HUANG Xue-da, LIN Feng
（Chongqing University of Posts and Telecomminications,Chongqing CYIT Communication Technologies Co.,Ltd,Chongqing400065,China）

Zigbee technology is a low data rate，low power consumption，lost cost，wireless networking protocol targeted towards automation and remote control applications. Zigbee technology is introduced which applied to yijutong terminal on TD-SCDMA network，F(xiàn)irst of all，hardware structure of yijutong is described，secondly，software design is discussed，finally，Zigbee technology is applied successfully to yijutong terminal.

Zigbee; TD-SCDMA; Yijutong; terminal device

TN929.5

A

1674-6236(2014)07-0158-03

2013-09-08稿件編號201309056

電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金項目(工信部[2008]355號)

黃學達(1972—)，男，四川宜賓人，碩士，工程師。研究方向：TD-SCDMA終端產(chǎn)品的硬件研究。