zigbee的无线音频传输系统的硬件设计
本文在分析了无线多媒体传感器网络特点和存在的问题的基础上，研究了ZigBee协议和工作原理，对系统做了可行性分析，并提出了系统的设计方案，针对无线音频传感器音频信息的采集与处理、编码压缩技术和无线通信等展开了一系列的研究。本系统设计和实现了无线音频传输的硬件平台(音频信号的采集和播放、音频信号的编码处理等)，最终在CC2530平台上设计实现了基于ZigBee的无线音频传输系统。本文最后对系统做了测试实验，经测试表明，系统实现了音频信号采集、无线传输和播放，具有实时、稳定、低成本和低功耗的特点，具有一定的应用价值。关键词 无线音频传输，ZigBee，CC2530，编码压缩目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及内容 1
1.2 国内外研究现状与存在的问题 2
1.3 相关关键技术 3
2系统总体设计 6
3 硬件详细设计 6
3.1 音频采集 6
3.2 音频A/D、D/A转换（CSP1027） 7
3.3 音频编解码模块（AMBE1000） 8
3.4 MCU控制器（STC10F08XE） 11
3.5 ZigBee传输模块 12
3.6 音频功放模块 16
3.7 音频输出模块 17
3.8 电源模块 17
4 硬件调试 18
总结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1．1 课题研究背景及内容
无线多媒体传感器在当今的用处已经相当广泛了，借助无线多媒体传感器可以大大节省人力资源。无线多媒体传感器利用节点内置的各种传感器测量所在周围环境中的声音、图像、红外、雷达和地震波信号，从而得到我们所需要的数据和信号。在通信方式上，尽管可以采用多种方式进行通信，但通常低功率低功耗的短距离无线通信技术被认为最适宜传感器网络的实现，为明确起见，通常我们称作为无线传感器网络。无线传感器网络相比于传统的无线网络有着截然不同的设计目的，在无线传感器网络范围内，除了少部分节点需要移动外，大多数节点都是静止的。因为他们经常处在人无法接近的极端恶劣的环境中，有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
声音、图像、红外、雷达和地震波信号，从而得到我们所需要的数据和信号。在通信方式上，尽管可以采用多种方式进行通信，但通常低功率低功耗的短距离无线通信技术被认为最适宜传感器网络的实现，为明确起见，通常我们称作为无线传感器网络。无线传感器网络相比于传统的无线网络有着截然不同的设计目的，在无线传感器网络范围内，除了少部分节点需要移动外，大多数节点都是静止的。因为他们经常处在人无法接近的极端恶劣的环境中，有的甚至运行在危险的环境中，能源无法及时的更替，因此，延长网络节点的生存周期策略的有效设计成了无线传感器网络的关键问题[1]。用户对无线传感器网络与传统传感器提出截然不同的技术要求，传统的传感器以数据为核心，而无线多媒体传感器则以传输数据为目标。
在有大量网络节点的传感器网络中，两个相互靠近节点之间的距离非常近，采用多跳通信模式很大程度上降低了功耗，同时通信的隐蔽性也有所增加，通常长距离无线通信容易遭受外界噪声的扰乱，采用多跳通信这个问题就可以得到很好地解决。正是由于现实的要求和各种制约因素的存在，也为研究传感器网络的发展和研究提出了新的技术性问题[2]。纵观这么多年来无线传感器的发展情况，越来越多的问题得以解决并且技术也在不断的更新和突破。可事实只能进行简单数据采集和处理监测任务中得到简单的数据的无线传感器网络系统是目前市场上的共性，具有很少的信息数据含量，较差的灵活性，以及不广泛的应用前景，因此，应运而生的无线多媒体传感器将取代以往的单功能的无线传感器，这种传感器具有多种感知媒体类型的传感器节点构成。节点之间互相利用资源分工合作处理任务，针对不一样的媒体有不同的处理办法和感知能力。不断强化和完善传感器的功能。其中，对于本课题而言，无线音频传感器是系统实现的重点内容。
多媒体传感器节点是无线多媒体传感器网络系统的基础，如果能在开发多媒体传感器节点的研究上取得突破并推出实用可行的无线多媒体传感器网络，对促进我国的经济发展、核心技术拥有、国防安全具有重大的现实意义和深远的战略意义。
ZigBee作为一种无线通信技术，采用的标准是IEEE 802.15.4[3]。作为无线多媒体传感器网络理想的无线通信技术，IEEE 802.15.4是一种低成本、低功耗的无线通信技术标准，这些特点正好和无线多媒体传感器网络的要求相符合。相比于其他无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点：1.功耗低；2.成本低；3.延时短；4.传输范围小；5.传输速率低；6.网络容量大；7.可靠性高；8.安全[4]。由于ZigBee技术具有上述优势，若将其与无线多媒体传感器网络结合将使无线多媒体传感器网络具有更大的应用范围。
关于无线音频传输的应用，虽然它在音质方面仍然和有线连接有明显的差距，导致其在目前来看还无法完全替代有线传输，但是它却能在某些领域中占霸主地位。近几年，智能手机、平板电脑等移动设备产业正在飞速发展中，而无线传输技术带来的便携性使得无线音频的需求得到了极大提高。所以我认为无线音频传输技术在未来是大有作为的。
1．2 国内外研究现状与存在的问题
国内外对无线多媒体传感器网络的研究热点主要集中在传感器节点的硬件设计、通信协议、节能技术和数据压缩技术等。在传感器节点硬件设计方面，研究的内容主要是不同类型的传感器平台的设计与实现；传输协议方面，主要研究的是MAC层、网络层协议的优化，使其能使用于大数据量的应用环境；传感器网络管理和节能方面，主要研究热点是能量管理，尽量减少能量损耗。另外，也有适用于无线多媒体传感器网络的音频、图像和视频数据的压缩编码算法和传输方案提出，通过数据处理和压缩，可以大大减少无线传输的数据量，从而降低网络负载。
目前国内一些学者和大学也不不断的进行研究无线多媒体传感器的工作，国内研究主要侧重传感器节点的通信协议、硬件设计、节能技术和数据压缩技术方面。国家“八六三”计划、国家“973”计划、国家自然科学基金等对无线传感器网络领域进行立项研究，其中涉及注入网络通信协议、数据传输、网络覆盖等一系列问题。在传感器硬件设计这块，寻找不同类型的传感器平台的设计和选择。在传输协议这块，研究侧重网络协议的优化与研究，MAC层的研究也会是重点研究的对象，使其能够使用于大数据的应用环境。学者们也在致力于节能方面进行不断的研究，重在尽可能地减少能源损耗。伴随着传感器的发展壮大，一些顶尖的专家对编码算法进行了优化和改革，并相继提出实用的理论，通过压缩数据能够减小传输的数据量，从而在一定程度上降低了网络负载[5]。
1．3 相关关键技术
1.3.1 无线多媒体传感器网络
在环境监测领域我们经常使用无线多媒体传感器，因为相比于其它监测方法，显然比较价格低廉，功耗也很低并且网络通信系统基于多跳通信。通常一个区域内运行着大量的网络节点，相邻节点之间离的比较近，每一个节点都有限的计算能力和比较有小的储存空间大小，这些都是无线多媒体传感器网络的特点。通常实际的监测任务都很繁重、规模大且复杂，这就要要求多媒体传感器各个环节的协调，能够采集数据并且能够对采集到的数据进行处理，并且利用无线通信进行传输。一般地，数据采集和进行联网通信是汇聚节点的功能，通常这部分的节点数量比较少。节点相比于计算机而言，计算能力是比较弱的，程序和内存空间也远远不如计算机，这是因为节点本
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及内容 1
1.2 国内外研究现状与存在的问题 2
1.3 相关关键技术 3
2系统总体设计 6
3 硬件详细设计 6
3.1 音频采集 6
3.2 音频A/D、D/A转换（CSP1027） 7
3.3 音频编解码模块（AMBE1000） 8
3.4 MCU控制器（STC10F08XE） 11
3.5 ZigBee传输模块 12
3.6 音频功放模块 16
3.7 音频输出模块 17
3.8 电源模块 17
4 硬件调试 18
总结 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1．1 课题研究背景及内容
无线多媒体传感器在当今的用处已经相当广泛了，借助无线多媒体传感器可以大大节省人力资源。无线多媒体传感器利用节点内置的各种传感器测量所在周围环境中的声音、图像、红外、雷达和地震波信号，从而得到我们所需要的数据和信号。在通信方式上，尽管可以采用多种方式进行通信，但通常低功率低功耗的短距离无线通信技术被认为最适宜传感器网络的实现，为明确起见，通常我们称作为无线传感器网络。无线传感器网络相比于传统的无线网络有着截然不同的设计目的，在无线传感器网络范围内，除了少部分节点需要移动外，大多数节点都是静止的。因为他们经常处在人无法接近的极端恶劣的环境中，有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
声音、图像、红外、雷达和地震波信号，从而得到我们所需要的数据和信号。在通信方式上，尽管可以采用多种方式进行通信，但通常低功率低功耗的短距离无线通信技术被认为最适宜传感器网络的实现，为明确起见，通常我们称作为无线传感器网络。无线传感器网络相比于传统的无线网络有着截然不同的设计目的，在无线传感器网络范围内，除了少部分节点需要移动外，大多数节点都是静止的。因为他们经常处在人无法接近的极端恶劣的环境中，有的甚至运行在危险的环境中，能源无法及时的更替，因此，延长网络节点的生存周期策略的有效设计成了无线传感器网络的关键问题[1]。用户对无线传感器网络与传统传感器提出截然不同的技术要求，传统的传感器以数据为核心，而无线多媒体传感器则以传输数据为目标。
在有大量网络节点的传感器网络中，两个相互靠近节点之间的距离非常近，采用多跳通信模式很大程度上降低了功耗，同时通信的隐蔽性也有所增加，通常长距离无线通信容易遭受外界噪声的扰乱，采用多跳通信这个问题就可以得到很好地解决。正是由于现实的要求和各种制约因素的存在，也为研究传感器网络的发展和研究提出了新的技术性问题[2]。纵观这么多年来无线传感器的发展情况，越来越多的问题得以解决并且技术也在不断的更新和突破。可事实只能进行简单数据采集和处理监测任务中得到简单的数据的无线传感器网络系统是目前市场上的共性，具有很少的信息数据含量，较差的灵活性，以及不广泛的应用前景，因此，应运而生的无线多媒体传感器将取代以往的单功能的无线传感器，这种传感器具有多种感知媒体类型的传感器节点构成。节点之间互相利用资源分工合作处理任务，针对不一样的媒体有不同的处理办法和感知能力。不断强化和完善传感器的功能。其中，对于本课题而言，无线音频传感器是系统实现的重点内容。
多媒体传感器节点是无线多媒体传感器网络系统的基础，如果能在开发多媒体传感器节点的研究上取得突破并推出实用可行的无线多媒体传感器网络，对促进我国的经济发展、核心技术拥有、国防安全具有重大的现实意义和深远的战略意义。
ZigBee作为一种无线通信技术，采用的标准是IEEE 802.15.4[3]。作为无线多媒体传感器网络理想的无线通信技术，IEEE 802.15.4是一种低成本、低功耗的无线通信技术标准，这些特点正好和无线多媒体传感器网络的要求相符合。相比于其他无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点：1.功耗低；2.成本低；3.延时短；4.传输范围小；5.传输速率低；6.网络容量大；7.可靠性高；8.安全[4]。由于ZigBee技术具有上述优势，若将其与无线多媒体传感器网络结合将使无线多媒体传感器网络具有更大的应用范围。
关于无线音频传输的应用，虽然它在音质方面仍然和有线连接有明显的差距，导致其在目前来看还无法完全替代有线传输，但是它却能在某些领域中占霸主地位。近几年，智能手机、平板电脑等移动设备产业正在飞速发展中，而无线传输技术带来的便携性使得无线音频的需求得到了极大提高。所以我认为无线音频传输技术在未来是大有作为的。
1．2 国内外研究现状与存在的问题
国内外对无线多媒体传感器网络的研究热点主要集中在传感器节点的硬件设计、通信协议、节能技术和数据压缩技术等。在传感器节点硬件设计方面，研究的内容主要是不同类型的传感器平台的设计与实现；传输协议方面，主要研究的是MAC层、网络层协议的优化，使其能使用于大数据量的应用环境；传感器网络管理和节能方面，主要研究热点是能量管理，尽量减少能量损耗。另外，也有适用于无线多媒体传感器网络的音频、图像和视频数据的压缩编码算法和传输方案提出，通过数据处理和压缩，可以大大减少无线传输的数据量，从而降低网络负载。
目前国内一些学者和大学也不不断的进行研究无线多媒体传感器的工作，国内研究主要侧重传感器节点的通信协议、硬件设计、节能技术和数据压缩技术方面。国家“八六三”计划、国家“973”计划、国家自然科学基金等对无线传感器网络领域进行立项研究，其中涉及注入网络通信协议、数据传输、网络覆盖等一系列问题。在传感器硬件设计这块，寻找不同类型的传感器平台的设计和选择。在传输协议这块，研究侧重网络协议的优化与研究，MAC层的研究也会是重点研究的对象，使其能够使用于大数据的应用环境。学者们也在致力于节能方面进行不断的研究，重在尽可能地减少能源损耗。伴随着传感器的发展壮大，一些顶尖的专家对编码算法进行了优化和改革，并相继提出实用的理论，通过压缩数据能够减小传输的数据量，从而在一定程度上降低了网络负载[5]。
1．3 相关关键技术
1.3.1 无线多媒体传感器网络
在环境监测领域我们经常使用无线多媒体传感器，因为相比于其它监测方法，显然比较价格低廉，功耗也很低并且网络通信系统基于多跳通信。通常一个区域内运行着大量的网络节点，相邻节点之间离的比较近，每一个节点都有限的计算能力和比较有小的储存空间大小，这些都是无线多媒体传感器网络的特点。通常实际的监测任务都很繁重、规模大且复杂，这就要要求多媒体传感器各个环节的协调，能够采集数据并且能够对采集到的数据进行处理，并且利用无线通信进行传输。一般地，数据采集和进行联网通信是汇聚节点的功能，通常这部分的节点数量比较少。节点相比于计算机而言，计算能力是比较弱的，程序和内存空间也远远不如计算机，这是因为节点本
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/jsjkxyjs/2719.html
