飞思卡尔ZigBee射频芯片MC13192的原理与应用
一种低功耗无线传感器网络节点设计
计算机测量与控制．２０２１．２９（２） 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 ·２６２ ·收稿日期：２０２００７０６； 修回日期：２０２００７２４。
基金项目：陕西工业职业技术学院科研项目（ＺＫ１８－０３）。
作者简介：兰 羽（１９７５），男，陕西商洛人，硕士，副教授，主要从事传感器与微系统应用方向的研究。
引用格式：兰 羽．一种低功耗无线传感器网络节点设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２１，２９（２）：２６２２２６６．文章编号：１６７１４５９８（２０２１）０２０２６２０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２１．０２．０５０ 中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ一种低功耗无线传感器网络节点设计兰 羽（陕西工业职业技术学院电气学院，陕西咸阳 ７１２０００）摘要：无线传感网络节点功耗直接决定了无线网络的生存周期，为了降低节点能耗，在对多种微处理器芯片和射频芯片性能分析比较的基础上，选择了ＭＳＰ４３０Ｆ２６１８处理器芯片和射频芯片ＣＣ２５２０射频芯片，采用微处理器与无线模块独立架构，设计了一种性能灵活无线网络节点；提出了微处理器、射频芯片在工作模式与多种低功耗模式之间切换，以及微处理器时钟的控制等节能策略，在此基础上设计了网络路由节点和端节点软件系统；实验证明：在发射功率为０ｄＢｍ，数据传输速率为１ＭＨｚ时，设计的节点运行电流和休眠电流（２６．１ｍＡ，１．５７μＡ）与传统的Ｉｍｏｔｅ节点（３５．１ｍＡ，３．６μＡ）、Ｍｉｃａ２节点（５６．２ｍＡ，２１μＡ）相比，明显低于传统节点；当节点电池容量为２ ７００ｍＡｈ，工作周期为１０分钟时，其生存周期为７．２个月；设计的节点的寿命达到预期目标。
关键词：无线传感网络节点；节点架构；单片机ＭＳＰ４３０Ｆ２６１８；射频芯片ＣＣ２５２０；低功耗策略犇犲狊犻犵狀狅犳犪犔狅狑－狆狅狑犲狉犠犻狉犲犾犲狊狊犛犲狀狊狅狉犖犲狋狑狅狉犽犖狅犱犲ＬａｎＹｕ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＳｈａａｎｘｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｈｉｃｈｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃｈｉｐｓａｎｄｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈｉｐｓ，ｍＳＰ４３０Ｆ２６１８ａｎｄＣＣ２５２０ａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｆｌｅｘｉｂｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｍｉｃｒｏｐｒｏ ｃｅｓｓｏｒａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＲＦｃｈｉｐｓｗｉｔｃｈｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｗｏｒｋｍｏｄｅａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｍｏｄｅ，ａｎｄｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃｌｏｃｋｃｏｎｔｒｏｌａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍｏｆｎｅｔｗｏｒｋｒｏｕｔｉｎｇｎｏｄｅａｎｄｅｎｄｎｏｄｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇａｎｄｒｅｓｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｓ（２６．１ｍＡ，１．５７μＡ）ｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｎｏｄｅｓａｒｅｓｉｇ ｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＩｍｏｔｅｎｏｄｅｓ（３５．１ｍＡ，３．６μＡ）ａｎｄＭｉｃａ２ｎｏｄｅｓ（５６．２ｍＡ，２１μＡ）ｗｈｅｎｔｈｅｔｒａｎｓ ｍｉｔｔｉｎｇｐｏｗｅｒｉｓ０ＤＢＭａｎｄｔｈｅＤａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｅｉｓ１ＭＨｚ．Ｗｈｅｎｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｎｏｄｅｉｓ２ ７００ｍＡｈａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｙｃｌｅｉｓ１０ｍｉｎｕｔｅｓ，ｉｔｓｌｉｆｅｃｙｃｌｅｉｓ７．２ｍｏｎｔｈｓ．Ｔｈｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｎｏｄｅａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｇｏａｌ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ；ｎｏｄｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ＭＣＵＭＳＰ４３０Ｆ２６１８；ＲＦｃｈｉｐＣＣ２５２０；ｌｏｗｐｏｗｅｒｓｔｒａｔｅｇｙ０ 引言无线传感器网络（ＷＳＮ）是互联网的延伸，是由大量的、廉价的、微型的传感器节点构成，节点间通过自组织、多跳方式组成无线网络，对陌生环境的数据采集并通过无线网络传送至监控中心［１２］。
射频芯片的
射频芯片的射频芯片（RF芯片）是一种用于电子设备中处理射频信号的集成电路芯片。
它主要负责将射频信号从模拟域转换为数字域，并进行信号处理和调制解调等功能。
射频芯片在无线通信、雷达系统、卫星通信、无线电广播等领域有着广泛的应用。
射频芯片的设计和制造对于电子设备的性能和功能起着关键作用。
一个优秀的射频芯片应该具备低功耗、高灵敏度、宽频带、低功率噪声和高线性度等特点，以满足不同应用场景下的需求。
射频芯片通常由模拟前端和数字后端构成。
模拟前端主要负责射频信号的放大、滤波和混频等处理，通常采用射频放大器、混频器、滤波器等模块。
数字后端则负责数字信号的处理和调制解调等功能，常用的有数字信号处理器（DSP）、模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）等。
这些模块之间通过高速数据总线进行数据传输和交互。
射频芯片设计过程中的关键问题包括功率消耗、热管理和电磁兼容等。
由于射频芯片的工作频率通常较高，功率消耗较大，因此需要通过优化电路结构和工艺技术来降低功耗和热量产生。
同时，射频芯片中的各个模块之间的电磁干扰问题也需要得到有效控制，以确保信号传输的准确性和可靠性。
射频芯片的制造过程通常采用半导体工艺技术，包括晶圆制造和后端封装测试。
晶圆制造主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入和金属蒸镀等步骤，用于在硅片上形成各种电子器件和互连线。
封装测试则是将芯片封装到封装盒中，并进行性能测试和可靠性验证。
射频芯片的应用范围非常广泛。
在无线通信领域，射频芯片被广泛应用于移动通信、卫星通信、无线局域网、蓝牙和射频识别等系统中。
在雷达系统中，射频芯片则起着提供高灵敏度和高动态范围等关键特性的作用。
在无线电广播中，射频芯片则负责信号的调制和解调，以实现信号的传输和接收。
总之，射频芯片作为一种关键的电子器件，在现代科技发展中扮演着重要的角色。
随着无线通信、雷达技术和无线电广播等领域的不断发展和创新，射频芯片的需求将会越来越大。
因此，不断提高射频芯片的性能和可靠性，将是未来研究和发展的重要方向。
飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128加密(程序下载不进去,正负极未短路,通电芯片不发烫)后解锁的方法及步骤w
飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128加密（程序下载不进去，正负极未短路，通电芯片不发烫）后解锁的方法及步骤/*****************************************************************************/ *本人用此法成功解救了4块板子【窃喜！】，此说明是本人边操作边截图拼成的，有些是在别的说明上直接截图【有些图本人不会截取，就利用现成的了，不过那也是本人用豆和财富值换来的】，表达不清之处还望见谅，大家将就着看吧！如能有些许帮助，我心甚慰！！！————武狂狼2014.4.23 /*****************************************************************************/编译软件：CW5.1版本，下载器：飞翔BDMV4.6 【1】，连接好单片机，准备下载程序，单击下载按钮出现以下界面或（图1.1）图 1.1——4中所有弹出窗口均单击“取消”或红色“关闭”按钮依次进入下一界面（图1.2）（图1.3）（图1.4）******************************************************************************* *******************************************************************************【2】单击出现如下图所示下拉列表，然后单击（图2.1）出现下图（图2.2）对话框，按下面说明操作（图2.2）弹出图2.3，单击按钮，依次出现如图2.4--5窗口，均单击（图2.3）（图2.4）******************************************************************************* *******************************************************************************【3】单击出现下拉列表，然后单击下拉列表中单击按钮出现如下界面，单击选择相对应的单片机型号（我选的红色方框里的HCS12X….）,单击OK. PS:【此步骤是本人自己试出来的，若不进行此操作，图3.3中下拉列表中无要找选项】（图3.1）（图3.3）（图3.4）（图3.5）红色方框2中默认即为所要选的文件，此步只需单击确认按钮即可，如有不同读者酌情处置。
低速、低功耗的无线传输技术—ZigBee
低速、低功耗的无线传输技术—ZigBee1无线传输协议提起无线传输技术，或许很多人会想到红外（IrDA ）、想到调频（FM，甚至会想到GSM CDM, Bluetooth，这些都是无线技术发展的里程碑，是无线技术发展到成熟，结合实际应运而生的科技产物，并在各自的领域发挥着举足轻重的作用。
随着通信技术和计算机技术的飞速发展，对于短距离无线通信的需求越来越多，各大著名半导体厂商组成各种协议联盟，研发出多种应用于不同领域的短距离传输协议，比如用于超短距离传输大批量数据的UW （B （Ultra Wideband ）），应用于非标准无线射频协议的ANT以及本文要介绍的，应用于低功耗、短距离传输的ZigBee 协议。
2协议的发展ZigBee 协议是由包括飞思卡尔半导体在内的ZigBee 联盟制定的无线通信标准，ZigBee 联盟成员包括飞思卡尔、摩托罗拉、三星等著名半导体厂商。
ZigBee 联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接的监测和控制。
ZigBee 是基于IEEE802.15.4 标准的低功耗协议。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（Bee）是靠飞翔和“嗡嗡” （Zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
ZigBee 技术也是依靠各个节点去传递信息，ZigBee 可以组建成大规模的网络，网络节点容量可多达65535 个。
表1 总结了各种常见的协议的特点以及应用领域。
从表中可以看到，ZigBee 的特点是传输距离短、复杂度低、低功耗、低数据速率、低成本、可以组成网络。
主要适合用于自动控制和远程控制领域。
（表1）任何协议，任何产品都要有应用才有存在的价值，那么ZigBee 可以应用到那些领域呢？图1 所示，如下场合适合ZigBee 技术：1）设备成本低、传输数据量小。
2）设备体积小，不便放置较大的充电电池或者充电模块。
mcp芯片
mcp芯片MCP（Multi-Chip Package），中文名称为多芯片封装，是一种集成了多个芯片的封装技术。
它将多个芯片封装在一个包内，通过高密度的互连线路将芯片之间进行连接。
MCP芯片常用于需要高度集成和较小尺寸的应用场景，如移动设备、嵌入式系统等。
MCP芯片的核心技术是通过三维堆叠封装技术将多个芯片层叠在一起，并通过互连线路实现芯片之间的通信。
这种技术能够大大提高芯片的集成度，减少设备的尺寸，并提高系统的性能。
MCP芯片通常由主控芯片、存储芯片、射频芯片等多个功能模块组成。
封装方式可以是球栅阵列封装（BGA）或者无焊盖封装（FCBGA），常见的MCP芯片封装尺寸从几毫米到几厘米不等。
MCP芯片的优势主要体现在以下几个方面：1. 高集成度：MCP芯片可以将多个芯片集成在一个包内，实现多个功能模块的集成。
这样不仅可以减小设备的尺寸，提高设备的性能，还能降低系统成本。
2. 低功耗：MCP芯片通过在一个封装内集成多个功能模块，可以有效减少功耗。
各个芯片之间通过短距离的互连线路进行通信，能够降低传输功耗，提高系统的能效。
3. 高性能：MCP芯片集成了多个芯片，能够实现不同功能模块之间的高速通信和协同工作。
通过集成多个功能模块，可以提高系统的整体性能，满足高性能应用的需求。
4. 灵活性：MCP芯片可以根据应用的需求进行定制设计。
不同功能模块可以选择不同的芯片，灵活组合，实现定制化的功能需求。
5. 可靠性：MCP芯片通过三维堆叠封装技术，能够实现芯片之间的密集互连，减少因互连线路导致的问题。
同时，MCP芯片还可以通过多重备份机制提高系统的可靠性，降低故障率。
MCP芯片在移动设备、嵌入式系统等领域有着广泛的应用。
在手机中，MCP芯片可以集成处理器、内存、无线模块等多个芯片，实现高性能和低功耗的手机设计。
在汽车电子系统中，MCP芯片可以集成多个功能模块，如车载娱乐系统、导航系统等，提供丰富的车载应用。
总之，MCP芯片作为一种高度集成的封装技术，在提高设备性能、减小尺寸、降低功耗等方面有着独特的优势。
ZigBee技术与应用介绍
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入 各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近 距离无线组网通讯技术。
ZigBee概述
❖ZigBee的起源
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越 来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的 局限。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网络设备类型
设备类型
拓扑类型 可否成为协调器 通话对象
全功能设备 （FFD）
星形，树形，网状
可以
任何ZigBee设备
简化功能设 协调器通话
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网 络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组 成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。
网络的自组织自语能力强
■ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感 知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络； ■ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发 生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网 络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统 仍然能正常工作。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee通信可靠性保 通证信可靠机制
■ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，同时为需要 固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的 竞争和冲突；明晰的信道检测 ■MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数 据包都必须等待接受方的确认信息。
MT-ZigBee硬件平台的设计
MT-ZigBee硬件平台的设计0 引言ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离、低速率的无线通信技术，其物理层和媒体访问控制层协议为IEEE 802．15．4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发根据用户的实际应用需求，对其进行开发设计。
在设计开发ZigBee协议之前必须要有相应硬件平台的支撑，这里为ZigBee协议栈的实现提供了相应的硬件平台设计。
在此主要介绍了MT- ZigBee硬件平台的设计与各硬件模块的测试。
硬件平台的设计主要包括硬件平台的选型、ZigBee控制电路的硬件设计和ZigBee射频电路部分的硬件设计；硬件平台的测试主要包括各个硬件模块的测试。
1 ZigBee硬件方案在ZigBee技术联盟中，Freescale，TI，Chipeon，Philips等公司都是ZigBee标准制订的先驱。
在射频收发芯片方面，主要有FreesealeFreeseale公司的MC13192MC13192，MC13193和Chipeon公Chipeon公司的CC2420CC2420，CC2430所提供的两大解决方案。
下面简单比对这两种可选的硬件开发方案。
Freescale公司面向ZigBee技术推出了完整的硬件解决方案，其中主要包括MC13192，MC13193射频(Radio Frequenee，RF)收发芯片；与RF端相配套的低功耗HCS08核MCU；相关的传感器等。
MC13192，MC13193是符合IEEE 802．15．4标准的射频数据调制解调器，它工作在2．4 GHz频段下，与MCU通过标准的4线SPI接口通信，采用16个射频通道，数据速率为250 Kb／s。
与HCS08核MCU配套使用，可提供低成本、低功耗、经济高效的ZigBee硬件平台方案。
挪威半导体公司Chipcon推出的CC2430 射频芯片是全球首颗符合ZigBee技术标准的2．4 GHz射频芯片，它沿用了CC2420的架构。
飞思卡尔半导体 如何在M68HC08、HCS08和HCS12 微控制器上应用IIC模块 说明书
飞思卡尔半导体文件编号：AN3291 应用笔记第1版，03/2007Specifications and information herein are subject to change without notice. ©Freescale Semiconductor，Inc., 2007. All rights reserved.General Business Information如何在M68HC08、HCS08和HCS12微控制器上应用IIC模块作者： Stanislav Arendarik应用工程师捷克共和国，罗斯诺夫1 简介此应用笔记是如何在飞思卡尔的微控制器上应用IIC模块的一个示例。
IIC模块可以分别在主模式或从模式下使用。
在这种情况下，由于IIC 总线主要用于在微控制器（MCU）和IIC外设之间的通信，因此在主模式时与串行EEPROM进行通信。
IIC总线可以在两个微控制器（MCU）之间直接进行通信，然而SPI总线却更适用于这种应用。
此应用笔记总结了通用IIC总线状态和定义，并提供了如何与串行EEPROM进行通信的示例（24C16和24C512）。
您可以轻松地用另外一个IIC器件取代EEPROM，但是必须改变将其标识为从器件的IIC地址字节。
目录1 简介…………… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 12 IIC 总线摘要………….. . . . …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1 IIC总线术语.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 位传输. ………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 22.3 起始条件和停止条件(START and STOP Conditions)...... . 32.4 总线通信. . ……………………….. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.5 控制字节………………………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 32.6 地址字节……….... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.7 应答………… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 42.8 读/写格式………………………………......…..…... . . . . . . .. 53 用于微控制器的IIC软件程序. ………. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 IIC的初始化. … . . . …….. . . . . . . . . .. .. . . . .. .. .. . . . . . . . 63.2 写入功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . 73.3 读取功能 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . .. . . . . . . . . 93.4 中断应用举例. . . . . . ……………. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 133.4.1 MCU作为主机.. . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . 133.4.2 MCU作为从机. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . 164 结论. . . ……... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . .. . . 17IIC总线摘要2 IIC 总线摘要IIC总线是基于主机和从机间线与（开漏）连接的双向、两线式总线。
基于ZigBee的远程无线抄表系统设计
基于ZigBee 的远程无线抄表系统设计Design of Remote Wireless Meter Reading System based on ZigBee Technology连瑞红薛毓强(福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350002)摘要:针对传统抄表技术中存在的一些问题,提出了基于ZigBee 技术的远程无线抄表系统。
结合Zig Bee 特点和系统各部分的功能,建立了系统的网络结构。
介绍了系统中各环节的数据通信方式及智能表、数据采集点和中心节点的设计。
关键词:Zig Bee ;智能表;无线网络;抄表系统Abstr act:The remo te w ireless meter reading sy stem based on Zig Bee techno log y is presented aim at reso lve the shortcoming of the technolog y of the traditional meter work structure is constructed based on the features o f the Z igBee and the functions of the unit of the system.T he communication mode betw een the units,the design of the intelligent meters and the data collectio n unit and the central node are intro duced.Keywords:Zig Bee;intellig ent meter;w ireless netw ork;meter reading system 中图分类号:TM931文献标识码:A 文章编号:1006-0170(2007)01-0025-03FUJIAN DIAN LI YU DIANG ONG第27卷第1期2007年3月IS S N 1006-0170CN 35-1174/TM水、电、气三表数据通常采用传统的手工和半手工方式抄送,存在着费时、费力、费用高等问题。
zigbee无线模块原理
zigbee无线模块原理
Zigbee是一种低功耗的无线通信协议，它可以实现在家庭、办公室和工业环境中的智能设备之间的无线通信。
Zigbee无线模块是实现Zigbee协议的硬件设备，它包含了射频收发器、微
控制器和其他必要的电子元件。
Zigbee无线模块使用的是ISM频段，一般是2.4GHz频段，这
是一个无需许可证的频段。
模块中的射频收发器具有发送和接收功能，可以将数据转换为射频信号并发送到目标设备。
同时，它也可以将接收到的射频信号转换为数字数据，供微控制器进行处理。
微控制器是Zigbee无线模块的核心部件，它负责控制整个模
块的运行。
它可以处理数据的编码、解码和处理，负责与其他设备进行通信。
微控制器还可以管理模块的功耗，使其能够在低功耗模式下运行并延长电池寿命。
为了实现更好的信号传输和接收，Zigbee无线模块还包含一些附加部件。
例如，模块可能包含天线，用于增强射频信号的传输和接收能力。
还可能包含滤波器和放大器，以提高信号的质量和强度。
在使用Zigbee无线模块时，首先需要对其进行初始化和配置。
这通常通过连接到计算机或其他控制设备上的串口或USB接
口来完成。
通过这个接口，可以向模块发送指令和数据，并通过模块返回的响应进行交互。
总之，Zigbee无线模块通过射频收发器、微控制器和其他元件实现Zigbee协议的无线通信。
它具有低功耗、长电池寿命和可靠的信号传输等特点，适用于各种智能设备和物联网应用。
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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 飞思卡尔ＺｉｇＢｅｅ射频芯片ＭＣ１３１９２的原理与应用 作者：朱小杰 孙长燕 孙肖子 来源：《电子世界》2005年第10期
ZigBee技术是一种低速率无线传输技术，它基于IEEE802.15.4标准，工作频率为868MHz、915MHz或2.4GHz，其中2.4GHz是一个开放的频率。该技术的突出特点是应用简单、电池寿命长、组网能力强、可靠性高以及成本低。与已经在市场上推广了很多年的蓝牙技术相比，ZigBee技术的传输速率要低一些(ZigBee的峰值速率为250kbps，蓝牙的峰值速率为750kbps)，但ZigBee的待机功耗比蓝牙要低1到2个数量级(ZigBee为3～40μA，蓝牙为200μA)。由于以上的优点，ZigBee技术在低成本、低速率、低功耗的无线传输方面有很大的发展前景，例如在工业或企业市场，需要感应式网路，提供感应辨识、灯光与安全控制等功能 ；而在未来的网络家庭中，像空调系统的温度控制器，灯光、窗帘的自动控制，老人与行动不便者的紧急呼叫器，电视与音响的万用遥控器，烟雾侦测器等这些应用，都非常需要和适合采用这种低成本、低速率、低功耗的无线传输技术。
MC13192是飞思卡尔公司提供的符合IEEE 802.15.4标准的带数据调制解调器的射频收发芯片。该芯片性能稳定，功耗很低，采用经济高效的CMOS设计，几乎不需要外部组件。更重要的是，该芯片和飞思卡尔其他的ZigBee产品组合在一起可以搭建成飞思卡尔ZigBee－Ready平台，利用该平台进行ZigBee相关方面的开发工作可以有效地缩短工程师的开发时间，降低开发成本。
主要特点 MC13192符合IEEE 802.15.4标准，它选择的工作频率是2.405～2.480GHz，数据传输速率为250kbps，采用O-QPSK调试方式。这种功能丰富的双向2.4GHz收发器带有一个数据调制解调器，可以在ZigBee技术应用中使用，它还具有一个优化的数字核心，有助于降低MCU处理功率，缩短执行周期。内部集成4个定时比较器，使其可以和性能较低、价格低廉的MCU配合使用以降低成本，广泛的中断维修服务使得MCU编程更为容易；芯片和MCU之间使用串行外围接口，使得在MCU选择上具有更大的余地。芯片集成的连接质量和电源检测功能可以为组网和维护提供必要的数据。除此之外，芯片还具有以下的特性 ：全频谱编码和译码；经济高效的CMOS设计，几乎不需要外部组件；可编程的时钟，供基带MCU使用；标准的4线SPI（以4MHz或更高频率运行） ；扩展的范围性能（使用外部低噪音放大器功率放大器） ；可编程的输出功率，通常为0dB ；超低功率模式 ；7条GPIO线路；芯片采用2.7V供电，接收状态耗电37mA，发射状态耗电30mA，功耗很低；QFN-32封装，尺寸为5mm×5mm，是同类芯片中尺寸最小的。
内部结构 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 芯片内部结构如图1所示。芯片主要由模拟接收发射部分、数字调制解调部分、片内频率合成器、电源管理部分以及与MCU接口部分组成。
从天线接收进来的射频信号经过两次下变频之后变成两路正交信号（I和Q）,片内集成的CCA（空闲信道评估）模块根据接收到的基带信号的能量进行空闲信道评估检测。CCA和前端的LNA（低噪声放大器）都要受到AGC（自动增益控制）的控制。数字接收端通过差分码片检测（DCD）后经过相关器对直接序列扩频（DSSS）进行解扩，经过符号同步检测和包处理以后最终得到接收到的数据。通过SPI接口传送到MCU。
要发送的128字节信号由MCU通过SPI接口传送到MC13192的发送缓冲器中，头帧和帧检测序列由MC13192产生，根据IEEE802.15.4标准，所要发送的数据流的每４个比特被32码片的扩频序列扩频，扩频以后的信号送到相位开关调制器上以O-QPSK的方式通过直接上变频调制到载波后通过天线发射出去。
芯片还集成频率合成器、电源管理模块、定时器、中断判决器以及用于接收、发射的存储器电路。
应用电路 图2是MC13192应用于ZigBee网络终端设备典型应用电路。要发送的信号从MCU通过SPI口传送到MC13192中，经过扩频O-QPSK调制到载波后通过发通路从天线发射出去。从天线来的射频信号经过收通路传送到MC13192中，经过解调、解扩得到原始的数据，再通过SPI接口传送到MCU，MCU同时提供对收发通路切换的控制。
电路中的MC13192射频信号采用差分输入输出的方法，天线采用的是与输入输出相匹配的平衡印制线天线，当然，从实际设计需要出发也可以使用芯片天线来替代印制线天线。从天线接收的射频信号通过由L3和C12组成的窄带匹配网络和单刀双掷开关μPG2120TK-E2后传送到变压器Z1上，由Z1将其分解为两路差分信号传送到MC13192芯片的两个射频信号输入管脚RIN_M和RIN_P上；要发射的两路射频信号从芯片的两个射频信号输出端PAO_P和PAO_M输出，经过变压器Z2后合成一路信号，通过单刀双掷开关μPG2120TK-E2和由L3和C12组成的窄带匹配网络后传送到天线上发射出去。
需要注意的是芯片的PAO+和PAO-管脚需要和芯片的VDDA相连，在电路中是通过变压器Z2将它们相连的。
考虑到晶体振荡器对通信质量的影响，在印制板排版时应将晶体振荡器的位置尽可能地靠近MC13192芯片的XTAL1和XTAL2管脚。电容C5、C6的值应该与晶体振荡器负载电容相一致，MC13192芯片指定的晶振频率为16MHz，稳定度需要在±40ppm之间。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 芯片的VDDA、VDDLO1、VDDLO2、VDDD、VDDVCO管脚是芯片内部电源管理部分的输出，用来向芯片的其他部分供电。在实际应用中对这几个输出的旁路电容的要求比较严格，在设计印制板的时候同样应该将它们的旁路电容的位置尽量靠近相应的输出管脚。
芯片通过标准的四线SPI接口与MCU相连，SPI接口可以在8MHz或者更小的频率下工作就可以满足芯片的使用要求。芯片可以通过CLK0管脚向MCU输出时钟信号，该时钟是通过SPI接口编程控制的，它的默认值为32.786kHz（16MHz/488）。将芯片的管脚与MCU的一个GPIO相连使得MCU可以很容易地控制芯片的工作模式。当然也可以通过开关等外加电路来对工作模式的控制进行扩展以满足实际需要。
在实例中，MCU通过一个GPIO口和芯片的RXTXEN管脚相连，用来初始化芯片的收发操作。芯片也可以将该管脚设置为高电平，通过SPI编程来初始化芯片的收发操作。MCU通过一个GPIO口和芯片的管脚相连，用以在必要的时候对芯片进行复位操作。
MCU的选取 MC13192芯片只是ZigBee技术平台解决方案的一个组件，在具体的实现中必须根据实际需要选择合适的处理设备，所选择的处理设备必须集成支持IEEE802.15.4 MAC和ZigBee软件，才能构成完整的解决方案。考虑到与MC13192良好的兼容性和较好的技术支持，可以优先考虑使用飞思卡尔提供的适合ZigBee技术的处理设备。飞思卡尔推出的HCS08系列是最新的8位MCU，其工作电压为1.8V。HCS08系列的性能与许多16位MCU相当，但功耗很低。将其和MC13192配合使用可以大幅度地延长电池寿命，提高工作性能。该系列共有四款芯片，它们分别是MC9S08GB32/GB60/GT16/GT60。
对于处理设备集成的软件，设计者可以根据自己的需要参考MC13192使用手册编写，也可以采用飞思卡尔已经编写好的MAC层软件。飞思卡尔开发的IEEE802.15.4MAC软件作为ZigBee平台解决方案的一部分，符合协议标准，其体积很小，这样将其集成到MCU上只占很小的存储空间。该软件具有以下特点：可支持对等的、星状和网状网络拓扑；可支持可选的上层Z-Stack ZigBee;省电模式（休眠、应用可配置）；安全性好；载波侦听多点接入/冲突，避免（CSMA-CA）通道访问；可选的带信标的超帧结构；有保证的时间槽（GTS）机制。
MC13192用于ZigBee－Ready平台 飞思卡尔为终端产品制造商推出一站式ZigBee-Ready平台。这种可升级的解决方案致力于为制造商提供完善的产品和支持服务，与通过多个供应商获得产品和支持相比，这种一站式服务能够帮助客户减少开发时间和研发成本。该ZigBee-Ready平台包括工作在2.4GHz频段的射频数据调制解调器MC13192、IEEE 802.15.4兼容性MAC软件，以及一颗低电压、低功耗的MCU- HCS08系列芯片。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn ZigBee-Ready平台解决方案传感器应用的框图如图3所示。在图示的例子中，MCU选择的是MC9S08GT16，其性能很好，而功耗却很低，传感器根据需要选择，可以是温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。由传感器输出的模拟信号经过MCU的8通道10位ADC变换后输入到MCU，MCU通过SPI口和MC13192连接将从传感器采集的信号经过处理后通过MC13192发射出去。对传感器的控制信号可以从MC13192的天线接收进来，通过SPI传送到MCU上，经过MCU的判断处理后通过GPIO口传送到传感器上，以完成对传感器的控制。同时MCU完成对MC13192收发控制和所需要的MAC层操作。