專利名稱：基于Zigbee的USB接口的適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適配器，尤其是指一種基于Zigbee的USB接口的適配器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)、汽車、醫(yī)學(xué)、辦公和家庭等各種環(huán)境下，能否快速對某些信息作出反應(yīng)，將直接關(guān)系到人們的工作和生活質(zhì)量，因此信息的迅速收集對人們的影響越來越大了。但現(xiàn)有適配器中的信息收集產(chǎn)品都存在價格高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于Zigbee的USB接口的適配器，該適配器采用成本低廉、工程周期短而且適應(yīng)性好、可靠性高、擴(kuò)展性又好的無線Zigbee技術(shù)采集現(xiàn)場信號。Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞，根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于Zigbee的USB接口的適配器，包含發(fā)射機(jī)以及接收發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的接收機(jī)，其中:所述發(fā)射機(jī)包含:數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)個傳感器組成，數(shù)個傳感器分別采集現(xiàn)場的的數(shù)據(jù)參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；ZigBee終端設(shè)備，與所述數(shù)據(jù)采集器連接，其將所述數(shù)據(jù)采集器輸出的數(shù)字信號調(diào)制成可發(fā)送的信號；發(fā)射天線，與所述ZigBee終端設(shè)備連接,發(fā)射ZigBee終端設(shè)備輸出的可發(fā)送信號;所述接收機(jī)包含:協(xié)調(diào)天線，接收所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號；ZigBee協(xié)調(diào)器，與所述協(xié)調(diào)天線連接，對協(xié)調(diào)天線接收的信號進(jìn)行協(xié)調(diào)；單片機(jī)，與所述ZigBee的協(xié)調(diào)器連接，對ZigBee協(xié)調(diào)器輸出的協(xié)調(diào)信號進(jìn)行再次調(diào)制轉(zhuǎn)化為符合USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；USB,與所述單片機(jī)通過USB協(xié)議連接，將USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)向控制計(jì)算機(jī)傳輸，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從現(xiàn)場到控制計(jì)算機(jī)的傳輸過程；所述接收機(jī)將控制計(jì)算機(jī)的控制信號經(jīng)過所述USB、單片機(jī)和ZigBee協(xié)調(diào)器通過協(xié)調(diào)天線發(fā)送到所述發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)通過所述發(fā)射天線接收該控制信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。所述現(xiàn)場的數(shù)據(jù)參數(shù)包含現(xiàn)場的溫度、濕度和各種氣體濃度的數(shù)據(jù)參數(shù)。所述ZigBee終端設(shè)備符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)射、高靈敏度接收，無線數(shù)據(jù)速率達(dá)250kbit/s。
所述ZigBee協(xié)調(diào)器符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)射、高靈敏度接收。所述單片機(jī)采用Chipcon公司的高度整合的系統(tǒng)級射頻收發(fā)器CC2430芯片和Philips公司生產(chǎn)的TOIUSBD12芯片連接組成。所述PDIUSBD12芯片和CC2430芯片連接組成的結(jié)構(gòu)如下:PDIUSBD12芯片的INT_N引腳與CC2430芯片的INT0/3.2引腳連接；PDIUSBD12芯片的AO引腳與CC2430芯片的P3.3引腳連接；PDIUSBD12 芯片的 DATA [7:0]引腳與 CC2430 芯片的 P
/AD [7:0]引腳連接；PDIUSBD12芯片的WR_N引腳與CC2430芯片的-WR/P3.6引腳連接；PDIUSBD12芯片的RD_N引腳與CC2430芯片的-RD/P3.7引腳連接；PDIUSBD12芯片的CLKOUT引腳與CC2430芯片的XTALl引腳連接；PDIUSBD12芯片的CS_N引腳接地；PDIUSBD12芯片的ALE引腳接地。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明是通過ZigBee技術(shù)，把數(shù)據(jù)采集回來，然后用單片機(jī)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB能夠識別的數(shù)據(jù)，通過USB接口傳入控制計(jì)算機(jī)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對各項(xiàng)采集回來的數(shù)據(jù)指標(biāo)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行快捷檢測，給物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集提供了方便。此外，本發(fā)明中單片機(jī)23采用CC2430芯片和TOIUSBD12芯片組成，使適配器具有成本低廉、設(shè)備適應(yīng)性好、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明適配器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為PDIUSBD12芯片和CC2430芯片引腳連接示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例的附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明是為低速率應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器，本系統(tǒng)主要采用了 ZigBee技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)和通信，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)發(fā)送和接受模塊將數(shù)據(jù)采集回來，然后通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換為USB的數(shù)據(jù)格式，通過USB接口直接接入計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，本發(fā)明對于工作人員在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中(應(yīng)用ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)提供了方便。參見圖1，本發(fā)明包含發(fā)射機(jī)I以及接收發(fā)射機(jī)I發(fā)射信號的接收機(jī)2，其中:所述發(fā)射機(jī)I包含:數(shù)據(jù)采集器11，由數(shù)個傳感器組成，數(shù)個傳感器分別采集現(xiàn)場有關(guān)的溫度、濕度和各種氣體濃度等數(shù)據(jù)參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；ZigBee終端設(shè)備12，與所述數(shù)據(jù)采集器11連接，其符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)射、高靈敏度接收，無線數(shù)據(jù)速率高達(dá)250kbit/s，其將數(shù)據(jù)采集器11輸出的數(shù)字信號調(diào)制成可發(fā)送的信號；發(fā)射天線13，與所述ZigBee終端設(shè)備12連接，發(fā)射ZigBee終端設(shè)備12輸出的可發(fā)送信號。所述接收機(jī)2包含:協(xié)調(diào)天線21，接收發(fā)射機(jī)I的發(fā)射信號；ZigBee協(xié)調(diào)器22，與所述協(xié)調(diào)天線21連接，對協(xié)調(diào)天線21接收的信號進(jìn)行協(xié)調(diào)，其符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)射、高靈敏度接收；單片機(jī)23，與所述ZigBee的協(xié)調(diào)器22連接，對ZigBee協(xié)調(diào)器22輸出的協(xié)調(diào)信號進(jìn)行再次調(diào)制，把協(xié)調(diào)信號轉(zhuǎn)化為符合USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；USB 24，與所述單片機(jī)23通過USB協(xié)議連接，將USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)向控制計(jì)算機(jī)傳輸，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從現(xiàn)場到控制計(jì)算機(jī)的整個傳輸過程。反之接收機(jī)2也可以把控制計(jì)算機(jī)的控制信號經(jīng)過USB 24、單片機(jī)23和ZigBee協(xié)調(diào)器22通過協(xié)調(diào)天線21發(fā)送到發(fā)射機(jī)1，發(fā)射機(jī)I通過發(fā)射天線13接收該控制信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向通信。 上述單片機(jī)23是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要部件，主要采用Chipcon公司推出的高度整合的系統(tǒng)級射頻收發(fā)器CC2430芯片和Philips公司生產(chǎn)的TOIUSBD12芯片連接組成，PDIUSBD12芯片和CC2430芯片引腳連接的結(jié)構(gòu)圖參見圖2。PDIUSBD12芯片的ALE引腳接為低電平，表示一個獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線配置。PDIUSBD12芯片的AO引腳與CC2430芯片的任意一個I/O 口引腳相連，該端口控制TOIUSBD12芯片的命令和數(shù)據(jù)狀態(tài)。CC2430芯片的多位地址和數(shù)據(jù)總線可直接與PDIUSBD12芯片的數(shù)據(jù)總線相連。CC2430芯片的頻率輸入可由PDIUSBD12芯片的CLKOUT提供。本實(shí)施例中TOIUSBD12芯片和CC2430芯片引腳連接結(jié)構(gòu)如下:PDIUSBD12芯片的INT_N(中斷引腳，在低電平時有效)與CC2430芯片的ΙΝΤ0/3.2(外部中斷O引腳)連接； 01”8012芯片的40(地址位引腳，40 = 1選擇命令指令，40 = 0選擇數(shù)據(jù)。該位在多路地址/數(shù)據(jù)總線配置時可忽略這一位，此時將其接高電平)與CC2430芯片的Ρ3.3 (準(zhǔn)雙向輸入/輸出口引腳，外部中斷I的中斷請求輸入端)連接丨01”8012芯片的04了么[7:0](8位雙向數(shù)據(jù)引腳)與CC2430芯片的Ρ
/AD[7:0](單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線引腳，在訪問外部存儲器時實(shí)現(xiàn)分時操作，先用作地址總線，在ALE信號的下降沿，地址被鎖存；然后用作為數(shù)據(jù)總線，它也可以用作雙向輸入/輸出口)連接；PDIUSBD12芯片的WR_N(寫信號引腳，在低電平時有效)與CC2430芯片的-WR/P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號引腳)連接；PDIUSBD12芯片的RD_N(讀信號引腳，在低電平時有效)與CC2430芯片的-RD/P3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號引腳)連接；PDIUSBD12芯片的CLKOUT (可編程時鐘輸出引腳)與CC2430芯片的XTALl (晶體I引腳，是反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時鐘工作電路輸入引腳)連接；
PDIUSBD12芯片的CS_N(片選引腳，在低電平時有效)接地；PDIUSBD12芯片的ALE (地址鎖存允許引腳，在多路地址/數(shù)據(jù)總線中，下降沿關(guān)閉地址信息鎖存，將其固定為低電平用于單地址/數(shù)據(jù)總線配置)接地。其中CC2430芯片包含有RF前端、閃存(128KB)、RAM(8KB)以及MCU (8051)核、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器、AES128協(xié)同處理器、開門狗、32KHz晶振體休眠定時器、上電復(fù)位和掉電檢測電路，以及21個可編程I/O引腳。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。CC2430芯片采用0.18 μ m CMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27mA 或 25mA。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下:高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz的RF無線電收發(fā)機(jī)；優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性；在休眠模式時僅0.9 μ A的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時少于0.6 μ A的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；硬件支持CSMA/CA功能；較寬的電壓范圍(2.0 3.6V)；數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能；具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；集成了 14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC ；集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及I個符合IEEE 802.15.4規(guī)范的MAC計(jì)時器，I個常規(guī)的16位計(jì)時器和2個8位計(jì)時器；強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。所述PDIUSBD12是USB器件，它通常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口。它還支持本地的DMA傳輸。這種實(shí)現(xiàn)USB接口的標(biāo)準(zhǔn)組件使得設(shè)計(jì)者可以在各種不同類型微控制器中選擇出最合適的微控制器。這種靈活性減小了開發(fā)的時間、風(fēng)險，從而用最快捷的方法實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的USB外設(shè)的解決方案。PDIUSBD12完全符合USB1.1版的規(guī)范。它還符合大多數(shù)器件的分類規(guī)格:成像類、海量存儲器件、通信器件、打印設(shè)備以及人機(jī)接口設(shè)備。同樣地HHUSBD12理想地適用于許多外設(shè)，例如打印機(jī)、掃描儀、外部的存儲設(shè)備(Zip驅(qū)動器)和數(shù)碼相機(jī)等等。它使得當(dāng)前使用SCSI的系統(tǒng)可以立即降低成本。PDIUSBD12所具有的低掛起功耗連同LazyClock輸出可以滿足使用ACPIOnNOW和USB電源管理的要求。低的操作功耗可以應(yīng)用于使用總線供電的外設(shè)。據(jù)此，本發(fā)明中單片機(jī)23采用CC2430芯片和TOIUSBD12芯片組成，使整個設(shè)備的功耗低，性能好，成本低，并能夠?qū)崿F(xiàn)對各項(xiàng)采集回來的數(shù)據(jù)指標(biāo)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行快捷檢測，給物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集提供了方便。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于Zigbee的USB接口的適配器，包含發(fā)射機(jī)以及接收發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的接收機(jī)，其特征在于: 所述發(fā)射機(jī)包含: 數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)個傳感器組成，數(shù)個傳感器分別采集現(xiàn)場的的數(shù)據(jù)參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號; ZigBee終端設(shè)備，與所述數(shù)據(jù)采集器連接，其將所述數(shù)據(jù)采集器輸出的數(shù)字信號調(diào)制成可發(fā)送的信號； 發(fā)射天線，與所述ZigBee終端設(shè)備連接，發(fā)射ZigBee終端設(shè)備輸出的可發(fā)送信號； 所述接收機(jī)包含: 協(xié)調(diào)天線，接收所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號； ZigBee協(xié)調(diào)器，與所述協(xié)調(diào)天線連接，對協(xié)調(diào)天線接收的信號進(jìn)行協(xié)調(diào)； 單片機(jī)，與所述ZigBee的協(xié)調(diào)器連接，對ZigBee協(xié)調(diào)器輸出的協(xié)調(diào)信號進(jìn)行再次調(diào)制轉(zhuǎn)化為符合USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)； USB,與所述單片機(jī)通過USB協(xié)議連接，將USB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)向控制計(jì)算機(jī)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從現(xiàn)場到控制計(jì)算機(jī)的傳輸過程； 所述接收機(jī)將控制計(jì)算機(jī)的控制信號經(jīng)過所述USB、單片機(jī)和ZigBee協(xié)調(diào)器通過協(xié)調(diào)天線發(fā)送到所述發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)通過所述發(fā)射天線接收該控制信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。
2.按權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的適配器，其特征在于: 所述現(xiàn)場的數(shù)據(jù)參數(shù)包含現(xiàn)場的溫度、濕度和各種氣體濃度的數(shù)據(jù)參數(shù)。
3.按權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的適配器，其特征在于: 所述ZigBee終端設(shè)備符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)發(fā)射及接收，無線數(shù)據(jù)速率為250kbit/s。
4.按權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的適配器，其特征在于: 所述ZigBee協(xié)調(diào)器符合ZigBee網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，為IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)發(fā)射及接收。
5.按權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的USB接口的適配器，其特征在于: 所述單片機(jī)采用Chipcon公司的高度整合的系統(tǒng)級射頻收發(fā)器CC2430芯片和Phi lips公司生產(chǎn)的HHUSBD12芯片連接組成。
6.按權(quán)利要求6所述的基于Zigbee的USB接口的適配器，其特征在于: 所述TOIUSBD12芯片和CC2430芯片連接組成的結(jié)構(gòu)如下: PDIUSBD12芯片的INT_N引腳與CC2430芯片的INT0/3.2引腳連接； PDIUSBD12芯片的AO引腳與CC2430芯片的P3.3引腳連接； PDIUSBD12 芯片的 DATA [7:0]引腳與 CC2430 芯片的 P
/AD [7:0]引腳連接； PDIUSBD12芯片的WR_N引腳與CC2430芯片的-WR/P3.6引腳連接； PDIUSBD12芯片的RD_N引腳與CC2430芯片的-RD/P3.7引腳連接； PDIUSBD12芯片的CLKOUT引腳與CC2430芯片的XTALl引腳連接； PDIUSBD12芯片的CS_N引腳接地； PDIUSBD12芯片的ALE引腳接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于Zigbee的USB接口的適配器，屬于適配器，解決現(xiàn)有適配器中信息收集產(chǎn)品存在價格高的問題，本發(fā)明包含發(fā)射機(jī)以及接收發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的接收機(jī)，其中發(fā)射機(jī)包含數(shù)據(jù)采集器，ZigBee終端設(shè)備及發(fā)射天線；接收機(jī)包含協(xié)調(diào)天線，ZigBee協(xié)調(diào)器，單片機(jī)及USB；接收機(jī)與發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。本發(fā)明通過ZigBee技術(shù)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，用單片機(jī)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB能夠識別的數(shù)據(jù)，通過USB接口傳入控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)指標(biāo)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行快捷檢測，此外，單片機(jī)采用CC2430芯片和PDIUSBD12芯片組成，使適配器具有成本低廉、設(shè)備適應(yīng)性好、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B1/38GK103095856SQ20111034929
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者司昊杰 申請人:上海寬岱電訊科技發(fā)展有限公司