多通道混合遥控系统_控制部分软件设计
多通道混合遥控系统_控制部分软件设计[20200102180601]
针对本课题即多通道混合遥控系统,设计了一种基于单片机CC2530控制技术的可编程无线电遥控多通道开关系统的设计方法,并介绍了包括ZigBee无线通讯技术、IEEE802.15.4协议和RF电路无线电收发技术,克服了超声波遥控距离短和红外遥控受障碍物影响的缺点,对该系统给出了主要的软件流程,整个系统结构清晰，性能可靠、稳定，成本低，有较高的智能水平。该装置具有良好的人机界面,实现了遥控开关的基本控制功能和关键参数的遥控。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:CC2530,多通道,无线电,遥控
目 录
1 引言 1
2 总体设计 1
2.1 单片机控制模块 1
2.2 无线电收发模块 3
2.2.1 ZigBee技术 3
2.2.2 2.4-GHz IEEE.802.15.4 3
2.2.3 RF4CE 3
2.3 LCD显示模块 4
2.4 电源模块 5
2.5 LED显示模块 5
3 Zigbee技术概况和网路配置 6
3.1 物理层（PHY） 6
3.1.1 无线信道的分配 6
3.1.2 物理层主要功能 7
3.1.3 IEEE.802.15.4的调制方式 7
3.1.4 PPDU格式 7
3.2 媒体访问控制层（数据链路层）规范 8
3.2.1 超帧结构 8
3.2.2 数据传输模式 10
3.2.3 数据链路层帧结构 11
3.3 ZigBee网络节点构成 11
4 仿真程序编写 12
4.1 Keil仿真软件 13
4.1.1 系统概述 13
4.1.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 13
4.2 CC2530无线数据传输并显示在液晶上 14
4.3 CC2530一对多(多对一)无线数据传输 15
4.4 无线传输抗干扰分析 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
附录 20
1 引言
伴随着社会经济的蓬勃发展和科学技术的飞速发展，遥控装置的中央控制部件已经从曾经的分立器件、集成化的电路渐渐发展到当今的单片机，智能化水平有了很大的进步。无线遥控能够通过利采取无线电波、超声波、红外光波等介质作为媒介，通过无线电远程控制的方法，克服了超声波远程控制距离短和红外远程控制受障碍物影响的缺点[3]。遥控系统有单通道遥控和多通道遥控，单通道就是芯片组可在一个数据通道上分别寻址、读取数据。而多通道即利用多个通道，多通道的处理效率比单通道的要快些；根据单位时间内传输的指令条数可分为单路远程控制和多路远程控制，可见多路远程控制在单位时间里传输的数据量更大；根据指令信号的控制技术，远程控制可以分为开关型以及比例型，开关型的应用有风扇的起停操控，比例型的应用有电机调速。针对本课题即多通道混合遥控系统的设计，摸索出一种依靠CC2530单片机远程控制开关的系统的设计方法，这种设计包含了多路多功能技术，无线电遥控技术以及开关控制等功能。
2 总体设计
本课题由控制部分和手持柄两部分组成。其中控制部分有单片机控制模块，无线信号发送、接收模块，LCD显示模块，LED灯模块，电源模块等组成。系统结构图如图1所示。
图1 系统结构图
2.1 单片机控制模块
控制部分选择CC2530单片机。CC2530是结合ZigBee技术系统、IEEE802.15.4和RF4CE于一体的片上系统，集合型CC2530单片机芯片上分布着40个引脚。CC2530单片机引脚图如图2所示。
图2 CC2530单片机引脚图
CC2530单片机芯片大抵能够分为三部分：CPU与内存部分，时钟、外部设备和电源管理部分，无线电部分。
（1）CPU与内存：8051CPU内核置于CC253x芯片系列，它是一个8位微处理器，有四个8位并行端口以及两个定时/计数器。
（2）调试接口：执行一个特有的TW的方法实现调试内电路的功能。
（3）I/O控制器：全部的通用I/O引脚受其控制。
（4）五通道DMA控制器：利用一个多功能的五通道直接内存存取控制器，通过外部存储空间访问存储器，达到读取全部物理存储器的目标。
（5）定时器1：是一个16位定时器，有自由运行模式、正计数/倒计数模式、通道模式控制等模式，有具有脉冲宽度调制器的功能。
（6）内置MAC定时器：是特意为支撑IEEE802.15.4协议以及射频的MAC层协议的slot操作而设计的。
（7）定时器3和定时器4：具有两个捕获/比较通道，设置、清除或切换输出比较，具有定时、计数和脉冲宽度调制功能。
（8）睡眠定时器：在PM2超低功耗模式下工作，可以用来设置系统进入或者退出睡眠模式。
（9）看门狗：CC2530单片机在固件挂起的条件下，看门狗复位，则重新计数；看门狗减到零，则程序没有正常运行。
2.2 无线电收发模块
无线电收发部分包括ZigBee无线通讯技术、IEEE802.15.4和射频电路这三部分[1]。
2.2.1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种提供控制或者传感器等电子元器件之间的近距离、低功耗、低速率、低复杂度、低成本的双向无线通讯技术。
2.2.2 2.4GHz IEEE802.15.4
IEEE802.15.4协议介绍了无线、低速率的个人局域网的物理层与媒体接入控制 。它是ZigBee技术的基础。
2.2.3 RF4CE
RF4CE电路是新生的家电远程控制标准协议[10]，RF表明射频，4即“for”与“four”谐音，CE的意思是消费电子。RF4CE不仅能提升信号的传输距离还能提高抗干扰性能，使得信号的传送不被障碍物影响；使得操作的可靠性大大提高；还能实现双向通信和满足不同电器的同时操作需求，显著延长了遥控器电池寿命。
无线电数据传输模块应遵循主要原则包括：
（1）安全性原则：根据安全原则，充分对新技术，新设备进行评估，从而规避已知风险，并且逐步向公众推广控制风险所需的措施。只有这样，才能不断推动CC2530的发展，才能更好的为数据提供安全有效的传输环境。
（2）先进性原则：目标是建立一个功能全面，技术先进，并符合当前需求的协调器，这就要求我们必须紧跟无线数据传输技术的最新进展，同时要充分利用日新月异的科技创新与技术进步。
（3）实用性原则：根据需求不断对系统进行优化，使系统在技术性，经济性方面更具有优势，能够更好地寻求平衡性。同时，系统尽量使用全球统一的标准，这样有利于资源共享，提高资源的利用效率。
CC2530芯片网络处理器的优势为：整合了业界标准增强型8051做控制器和全集成的高效射频收发机、8KB的随机存储器以及其他的外部设备和强大功能。2.4GHz IEEE802.15.4使其具有卓尔不群的接收灵敏度和功率，在接收、发射信号时具有极低的电流消耗，满足了低功耗的要求。
针对本课题即多通道混合遥控系统,设计了一种基于单片机CC2530控制技术的可编程无线电遥控多通道开关系统的设计方法,并介绍了包括ZigBee无线通讯技术、IEEE802.15.4协议和RF电路无线电收发技术,克服了超声波遥控距离短和红外遥控受障碍物影响的缺点,对该系统给出了主要的软件流程,整个系统结构清晰，性能可靠、稳定，成本低，有较高的智能水平。该装置具有良好的人机界面,实现了遥控开关的基本控制功能和关键参数的遥控。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:CC2530,多通道,无线电,遥控
目 录
1 引言 1
2 总体设计 1
2.1 单片机控制模块 1
2.2 无线电收发模块 3
2.2.1 ZigBee技术 3
2.2.2 2.4-GHz IEEE.802.15.4 3
2.2.3 RF4CE 3
2.3 LCD显示模块 4
2.4 电源模块 5
2.5 LED显示模块 5
3 Zigbee技术概况和网路配置 6
3.1 物理层（PHY） 6
3.1.1 无线信道的分配 6
3.1.2 物理层主要功能 7
3.1.3 IEEE.802.15.4的调制方式 7
3.1.4 PPDU格式 7
3.2 媒体访问控制层（数据链路层）规范 8
3.2.1 超帧结构 8
3.2.2 数据传输模式 10
3.2.3 数据链路层帧结构 11
3.3 ZigBee网络节点构成 11
4 仿真程序编写 12
4.1 Keil仿真软件 13
4.1.1 系统概述 13
4.1.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 13
4.2 CC2530无线数据传输并显示在液晶上 14
4.3 CC2530一对多(多对一)无线数据传输 15
4.4 无线传输抗干扰分析 15
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
附录 20
1 引言
伴随着社会经济的蓬勃发展和科学技术的飞速发展，遥控装置的中央控制部件已经从曾经的分立器件、集成化的电路渐渐发展到当今的单片机，智能化水平有了很大的进步。无线遥控能够通过利采取无线电波、超声波、红外光波等介质作为媒介，通过无线电远程控制的方法，克服了超声波远程控制距离短和红外远程控制受障碍物影响的缺点[3]。遥控系统有单通道遥控和多通道遥控，单通道就是芯片组可在一个数据通道上分别寻址、读取数据。而多通道即利用多个通道，多通道的处理效率比单通道的要快些；根据单位时间内传输的指令条数可分为单路远程控制和多路远程控制，可见多路远程控制在单位时间里传输的数据量更大；根据指令信号的控制技术，远程控制可以分为开关型以及比例型，开关型的应用有风扇的起停操控，比例型的应用有电机调速。针对本课题即多通道混合遥控系统的设计，摸索出一种依靠CC2530单片机远程控制开关的系统的设计方法，这种设计包含了多路多功能技术，无线电遥控技术以及开关控制等功能。
2 总体设计
本课题由控制部分和手持柄两部分组成。其中控制部分有单片机控制模块，无线信号发送、接收模块，LCD显示模块，LED灯模块，电源模块等组成。系统结构图如图1所示。
图1 系统结构图
2.1 单片机控制模块
控制部分选择CC2530单片机。CC2530是结合ZigBee技术系统、IEEE802.15.4和RF4CE于一体的片上系统，集合型CC2530单片机芯片上分布着40个引脚。CC2530单片机引脚图如图2所示。
图2 CC2530单片机引脚图
CC2530单片机芯片大抵能够分为三部分：CPU与内存部分，时钟、外部设备和电源管理部分，无线电部分。
（1）CPU与内存：8051CPU内核置于CC253x芯片系列，它是一个8位微处理器，有四个8位并行端口以及两个定时/计数器。
（2）调试接口：执行一个特有的TW的方法实现调试内电路的功能。
（3）I/O控制器：全部的通用I/O引脚受其控制。
（4）五通道DMA控制器：利用一个多功能的五通道直接内存存取控制器，通过外部存储空间访问存储器，达到读取全部物理存储器的目标。
（5）定时器1：是一个16位定时器，有自由运行模式、正计数/倒计数模式、通道模式控制等模式，有具有脉冲宽度调制器的功能。
（6）内置MAC定时器：是特意为支撑IEEE802.15.4协议以及射频的MAC层协议的slot操作而设计的。
（7）定时器3和定时器4：具有两个捕获/比较通道，设置、清除或切换输出比较，具有定时、计数和脉冲宽度调制功能。
（8）睡眠定时器：在PM2超低功耗模式下工作，可以用来设置系统进入或者退出睡眠模式。
（9）看门狗：CC2530单片机在固件挂起的条件下，看门狗复位，则重新计数；看门狗减到零，则程序没有正常运行。
2.2 无线电收发模块
无线电收发部分包括ZigBee无线通讯技术、IEEE802.15.4和射频电路这三部分[1]。
2.2.1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种提供控制或者传感器等电子元器件之间的近距离、低功耗、低速率、低复杂度、低成本的双向无线通讯技术。
2.2.2 2.4GHz IEEE802.15.4
IEEE802.15.4协议介绍了无线、低速率的个人局域网的物理层
2.2.3 RF4CE
RF4CE电路是新生的家电远程控制标准协议[10]，RF表明射频，4即“for”与“four”谐音，CE的意思是消费电子。RF4CE不仅能提升信号的传输距离还能提高抗干扰性能，使得信号的传送不被障碍物影响；使得操作的可靠性大大提高；还能实现双向通信和满足不同电器的同时操作需求，显著延长了遥控器电池寿命。
无线电数据传输模块应遵循主要原则包括：
（1）安全性原则：根据安全原则，充分对新技术，新设备进行评估，从而规避已知风险，并且逐步向公众推广控制风险所需的措施。只有这样，才能不断推动CC2530的发展，才能更好的为数据提供安全有效的传输环境。
（2）先进性原则：目标是建立一个功能全面，技术先进，并符合当前需求的协调器，这就要求我们必须紧跟无线数据传输技术的最新进展，同时要充分利用日新月异的科技创新与技术进步。
（3）实用性原则：根据需求不断对系统进行优化，使系统在技术性，经济性方面更具有优势，能够更好地寻求平衡性。同时，系统尽量使用全球统一的标准，这样有利于资源共享，提高资源的利用效率。
CC2530芯片网络处理器的优势为：整合了业界标准增强型8051做控制器和全集成的高效射频收发机、8KB的随机存储器以及其他的外部设备和强大功能。2.4GHz IEEE802.15.4使其具有卓尔不群的接收灵敏度和功率，在接收、发射信号时具有极低的电流消耗，满足了低功耗的要求。
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