基于ARM9處理器的ZigBee工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
摘要:針對工業(yè)無線通訊2.4GHZ 以及以太網(wǎng)通訊技術(shù),提出一種基于嵌入式ARM9處理器的ZigBee工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)硬件采用AT91SAM9260 處理器以及Zigbee/IEEE802.15.4 無線射頻收發(fā)器件CC2520,軟件設(shè)計(jì)基于Linux 內(nèi)核,應(yīng)用層采用ZigBee 協(xié)議實(shí)現(xiàn),并在網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌嵌入式WebServer,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/150305.htm 引言
目前多標(biāo)準(zhǔn)多協(xié)議共存的場合應(yīng)用增多,而充當(dāng)協(xié)議轉(zhuǎn)換橋梁作用的網(wǎng)關(guān)起到了關(guān)鍵作用當(dāng)前比較流行的兩個(gè)本地?zé)o線技術(shù)無疑是Wi-Fi 和藍(lán)牙,但是,對于低功耗、低帶寬的控制類應(yīng)用,諸如工廠內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò),ZigBee 或許是個(gè)更好的選擇。配備一個(gè)功能強(qiáng)大的處理器后,ZigBee 可以在低功耗、低帶寬的限制下高效完成很多復(fù)雜的應(yīng)用。
ZigBee 因其低成本、低功耗、組網(wǎng)靈活等眾多優(yōu)勢,成為工業(yè)無線通信技術(shù)中備受關(guān)注的技術(shù)之一。ZigBee 是一種低速網(wǎng)絡(luò),傳輸速度為10KB/S~250KB/S,多樣的互聯(lián)方式使得組網(wǎng)方式靈活而穩(wěn)健。
文章介紹一種基于AT91SAM9260 的ZigBee 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)ZigBee 與工業(yè)以太網(wǎng)的一種透明接入,上層采用ZigBee 協(xié)議,應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場短距離的無線控制、監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊囊蕴W(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換,并內(nèi)嵌嵌入式WebServer 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)應(yīng)用框圖如圖1 所示用戶可通過ZigBee 以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌得WebServer 直接訪問或修改儀表數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷等當(dāng)網(wǎng)關(guān)接入GPRS 或因特網(wǎng)后,無論你身處何地都可隨時(shí)訪問工業(yè)現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表的遠(yuǎn)程組態(tài)、遠(yuǎn)程診斷以及遠(yuǎn)程操作等功能,使世界范圍內(nèi)的不同傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可以信息共享。
圖1 ZigBee 以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用示意圖
1 硬件設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)硬件如圖2,系統(tǒng)以AT91SAM9260 為核心,AT91SAM9260 為ATMEL 公司高性能ARM9 處理器,主頻可達(dá)200M,帶有以太網(wǎng)MAC,擴(kuò)展了以太網(wǎng)PHY 模塊、 ZigBee 無線通信模塊、Nand FLASH和SDRAM。圖中K9F2G08 為256M的Nand FLASH,HY57V64162為64M SDRAM,與AT91SAM9260 的地址線、數(shù)據(jù)線、片選線、讀寫線直接無譯碼相連接。
DM9161 為以太網(wǎng)PHY 芯片,10M/100M 兼容,實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)物理層CC2520 是TI 公司的第二代的ZigBee/ IEEE 802.15.4 RF 收發(fā)器,具有當(dāng)今業(yè)界最佳的選擇性/共存性及優(yōu)異的鏈路預(yù)算功能特點(diǎn),目標(biāo)滿足各種應(yīng)用中ZigBee/IEEE 802.15.4 同專有無線系統(tǒng)的要求,而且提供了廣泛的硬件支持,包括數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)認(rèn)證、空閑通道評估、鏈接質(zhì)量指示以及數(shù)據(jù)包計(jì)時(shí)信息等,與AT91SAM9260之間通過SPI 進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊與控制。
圖2 網(wǎng)關(guān)硬件框圖
2 軟件設(shè)計(jì)
網(wǎng)關(guān)軟件采用內(nèi)嵌Linux-2.6.28 內(nèi)核,在上層應(yīng)用添加ZigBee 服務(wù),實(shí)現(xiàn)ZigBee 與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文通過 UDP 端口接收,去掉幀頭幀尾,附加Zigbee 短地址,通過串口發(fā)給CC2520,封裝為 ZigBee 報(bào)文發(fā)送現(xiàn)場數(shù)據(jù)的ZigBee 報(bào)文由CC2520轉(zhuǎn)為串口數(shù)據(jù)接收,去掉ZigBee 短地址,附加UDP 幀頭幀尾,然后由以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)。軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖3 所示。
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