[分享] 基于GPRS模块与Zigbee网络实现照明终端系统的应用设计

fish001 2020-2-12 17:26 楼主

　一、系统总规划

底层部分配置图
1. 功能介绍：
系统的底层部分(指现场控制器以下)由现场控制器，照明终端主控制器(Coord)，照明终端控制器(Router/RFD)构成。照明终端主控制器接收现场控制器通过GPRS模块发送过来的控制器信号后通过Zigbee网络采用透明传输的方式发送命令到照明终端控制器(节点)，对其进行控制操作或读取其状态。主控器(Coord)将现场采集(或巡检)的路灯状态信息通过GPRS模块发送到现场控制器。主控制(Coord)与终端控制器采用分组的方式通讯，每个组有一个组号，同一区域内允许有多组路灯，各组之间互不干扰。
2. 系统特点：
1)基于成熟的Zigbee网络，具有高稳定性和可靠性的特点。
2)低成本。通过大幅简化协议，降低了对通信控制器的要求，ZigBee免协议专利费。
3)低速率。ZigBee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。
4)长距离。普通模块传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到100m-1km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
5)短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。
6)高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,最多可组成65000个节点的大网。
7)高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
8)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz(全球) (ISM)频段。
3. 系统参数
主芯片：CC2430F128
频段：2.4-2.475GHz
通讯协议：标准IEEE 802.15.4、ZigBee2006
网络拓扑结构：网状或串状
调制方式：DSSS
数据传输速率：≤250KBps
接收灵敏度：-103 dBm
通信距离：可达200m以上(加PA)
发射电流：约28mA，(加PA后60mA)
接收电流：约28mA(加PA后60mA)
休眠电流：20uA以下
工作温度-30-80℃
二、照明终端控制器(Coord)
1. 系统组成框图

图1
2. 功能
由于主控制器的CC2430负责的网络任务较重所以采用一个专用的MCU做处理。CC2430只负责网络部分的处理; GPRS拨号，数据接收，命令和数据的下发由MCU来完成。照明终端主控制器接收现场控制器通过GPRS模块发送过来的控制器信号后通过Zigbee网络采用透明传输的方式发送命令到照明终端控制器(节点)，对其进行控制操作或读取其状态。
主控制器和现场控制器通过GPRS模块通讯，GPRS模块工作于Socket模式下，采用透明传输的方式(通讯协议见附件)。GPRS之间的通讯请求采用电话唤醒的模式，有数据请求对方时拨打电话，核对相应的呼叫方后在通过GPRS建立通讯(这部分需咨询ZLG的相关产品)
MCU选用ST公司主流的STM32控制器，采用Cortex-M3内核，兼有成本和性能的优势，具有丰富的接口，有内置看门狗电路，3个带握手控制的USART。(也可以改为现场控制器相同的LPC213x控制器)。
三、照明终端控制器(Router/RFD)
1. 系统组成框图