支持移动响应的ZigBee网络无线呼叫系统

支持移动响应的ZigBee网络无线呼叫系统 文章编号:1001.9944(2010)08—0023—04 支持移动响应的ZigBee网络无线呼叫系统 石建国.马云辉 (电子科技大学中山学院,中山528402) 摘要:提出一种支持移动响应的无线呼叫系统,采用IN5139设计呼叫器,路由器,主 控机和 利用其自组织而成的zigBee网状无线个域网移动接收机共4类微功率节点设备. 实现多种 呼叫信息的可靠传输和移动响应.实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明.该系统具有稳定性好,呼通率高,终端 设备功 耗小等优点. 关键词:Z1gBee;无线呼叫系统;移动响应;JN5139 中图分类号:TN872文献标志码:A ZigBeeNetworkWirelessCallingSystemofSupportingMobileResponse SHIJian.guo.MAYun—hui (ZhongshanInstitute,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Zhongshan528402,China) Abstract:Awirelesscallingsystemofsupportingmobileresponsewasintroduced.JN5139wasemployedtoimplement fourtypesofmicropowerednodesequipmentincludingcaller,router,controlcenterandmobilereceiver.Supportedbythe self-organizingZigBeewirelessmeshpersonalareanetwork,multiplekindsofcallingrequestscouldbereliablytrans— ferredandrespondedbymobilereceivers.Testshowsthatthesystemhastheadvantagesofhighstability,highcall completionratioandlowpowerconsumptionforenddevices. Keywords:ZigBee;wirelesscallingsystem;mobileresponse;JN5139 为提高服务质量和效率,很多宾馆,餐饮和娱乐 场所都装有供客人使用的呼叫系统早期的有线呼 叫系统由于存在布线复杂,施工成本高,使用不方便 等问题.近年来已逐步被各种无线系统所取代目前 所见的无线呼叫系统中.有些是基于普通射频芯片 和自定义传输协议].另外一些是基于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 传输协 议(如IEEE802.15.4/ZigBee协议)及其支持芯片[5I7], 这些系统均可利用多个节点组成的星型或簇树网络 来传输呼叫信息.但仍存在一些不足:(1)只有单一 呼叫功能.服务员必须先到现场了解顾客具体需求. 因而效率较低:(2)将管理主机作为信息传输的终 点.不在主机旁的服务人员可能因为听不到呼叫而 无法做出响应:(3)人机界面欠佳.呼叫方无法确认 主机是否收到呼叫:(4)自定义传输协议不够完善,难 以满足系统对多路访问,动态路由,可靠传输等方面 的实际需求:(5)有些系统为提高传输距离而采用较 大的发射功率.不符合无线电管理条例的有关规定. ZigBee是基于IEEE802.15.4通信标准的低速无 线个域网(LR—WPAN)协议,支持多种拓扑结构(包括 网状结构),具有较低的协议复杂度,节点功耗,传输 延迟以及较高的传输可靠性和安全性,在智能家居, 工业控制,医疗电子等领域具有广阔的应用前景 本文提出的无线呼叫系统.采用支持ZigBee协 议的32位无线微控制器设计4类不同的微功率节 收稿日期:2010—04—21:修订日期:2010—05—04 基金项目:中山市科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(2005A028) 作者简介:石建国(1968一),男,硕士,讲师,研究方向为无线传感器网络及智能测控 系统. 自动亿与仪表2oto(8)囝 点设备,并通过由其组成的网状无线个域网,实现了 多种呼叫信息的移动接收和响应.该系统稳定性好, 呼通率高,终端设备功耗小,具有较高实用价值. 1网络结构 整个系统包括呼叫器,路由器,主控机和移动接 收机共4类基于JN5139无线微控制器的ZigBee节 点设备.并由这些设备自组织成为网状无线个域网. 其结构如图l所示顾客可通过呼叫器发出4种不 同的服务请求.经路由器传送到主控机主控机随时 监控网络及设备状态.收到呼叫请求后.先回发一个 应答信号,再将呼叫信息转发给对应的移动接收机 每个呼叫器预先绑定2台分别由服务员和协调员携 带的移动接收机.服务员由于太忙而无法响应时.呼 叫信息自动转发给协调员.由其进行现场协调主控 机对所有呼叫及响应信息进行存储.其统计结果可 作为评价服务质量和效率的重要依据 ?,p主控机Q,?,p… 袋……:……一辩…:,,,., , . I,,//. . I'1I.! , ?:, , 接 路由琶簪……:……… 呼b(=r6占 2节点硬件设计 JN5139为Jennic公司推出的第二代IEEE802. 15.4/ZigBee单片无线微控制器.内部集成了32位 RISCCPU,2.4GHzIEEE802.15.4射频收发器, 192KBROM,96KBRAM以及多种接1:3部件,其整 合型模块上装配了最小应用系统所需的晶振,串行 FLASH存储器,陶瓷天线等元器件.具有良好的电 磁兼容性.呼叫系统的4类节点设备中,除路由器 仅由JN5139模块即可完整实现外.其它3类节点 均由JN5139模块配以不同的人机交互设备构成 2.1呼叫器 作为系统中数量最多的终端设备.呼叫器由 JN5139模块,4个呼叫按钮和声光提示电路构成, 如图2所示呼叫器平时处于睡眠状态.顾客根据 需要按下K1,K4中某个按钮后.立即触发相应口线 田 的I/O中断,将JN5139唤醒,通过路由器向主控机 发送相应的呼叫请求.正常情况下,呼叫器可在 lOOms之内收到主控机回发的应答信号.并通过发 光管和蜂鸣器提示呼叫成功. VCC J u 1\, I10 图2呼叫器原理图 Fig.2Schematicdiagramofcaller 2-2主控机 主控机由JN5139模块,128x128点阵LCD显 示器,PCF8563时钟芯片,4x5行列键盘和蜂鸣器构 成.如图3所示.LCD显示器采用SPI接口,自带一, 二级汉字库和西文字库.除用于实时显示当前呼叫 信息外.还可利用其提供的菜单界面.通过键盘设置 当前时间.编辑设备注册表,查看历史记录和统计结 果或执行系统巡检操作 2N5401cC D10l6 SCL D1017SDA U1 JN5139M0 D1018DIO1 SSlDIO2 SCLKD103 MISODIO4 MOSIDIO5 DIO12D108 D1013DIO9 D1010 D1011 r U2』] PCF8563 VCCX1 INTX2 SCLCP0 SDAGND KEY R1 R2 R3 R4 Cl C2 C3 C4 C5 图3主控机原理图 Fig.3Schematicdiagramofcontrolcenter 2.3移动接收机 接收机作为服务员和协调员携带的终端设备.可 在网络覆盖范围内任意移动.其硬件结构如图4所 示.LCD显示器为SPI接13的128x64点阵模块,自带 一 ,二级汉字库和西文字库.可显示主控机发来的呼 叫时间,呼叫器编号及呼叫代码定制语音合成芯片 一 00O00 m O1500HN阱L ?一一二I 一一一? U2内含多个语音片段.可实现呼叫信息的语音同步 播放.振动电机VM和LCD背光灯用于呼叫提示. SPU2 VM SSl DIO1MOSI DIO2SCLK DIO3D108 Ul JN5139M0 DIO4 D105 V.... C—— CLCD , — [1] c V s DD L—音sDA GND l6—— 17 DIOllD109 D1010卜一I22 图4移动接收机原理图 Fig.4Schematicdiagramofmobilereceiver 移动接收机每2s通过定时器唤醒一次.查询父 节点路由器中是否有缓冲的呼叫信息收到呼叫后 的5s时间内,服务员可通过Kl,K2键选择响应或 拒绝响应(超过5s自动视为拒绝响应),其它情况 下.可通过K3,K4键翻看机内存储的最近30个呼 叫记录协调员的 职责 岗位职责下载项目部各岗位职责下载项目部各岗位职责下载建筑公司岗位职责下载社工督导职责.docx 有所不同.服务员无法响应 呼叫请求时.协调员必须到场处理.因而其接收机 上的K1,K2键无效 3应用程序设计 JennicSDK集成了开发JN5139应用程序所需 的CodeBlocksIDE,C语言编译器,连接器,下载器, IEEE802.15.4协议栈,ZigBee协议栈,芯片驱动库 和BOS操作系统.可利用CodeB1ocks的工程向导创 建不同类型设备的应用程序框架.再根据设备功能 要求.通过调用相应的API函数或自定义函数.实 现对外设中断,协议栈事件和传输帧的处理以下 仅讨论呼叫系统软件设计中重点考虑的几个问题 3.1设备注册表 系统投入运行前管理员利用主控机人机对话 功能完成设备注册表的录人.表1为设备注册表的 数据结构.其中设备逻辑地址和当前状态信息定位 在RAM空间.由主控机动态维护.其它成员设置作 为静态数据存人串行FLASH存储器 所有ZigBee节点均拥有唯一64位扩展地址 (也称MAC地址),不过,为方便呼叫信息的管理,又 另外给每台设备静态分配了16位ID码编码 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 自动化与仪表2010(8) 表1设备注册表结构 Tab.1StructureofdeviceregistrationfOrm 为:呼叫器ID与其放置的实际地点相对应.如203 房间1号床位呼叫器编码为2031H:移动接收机ID 与服务人员的工号相对应且以F开头.如16号服务 员所持接收机编码为F016H:路由器ID自EOOOH 至EOFFH顺序编码.主控机ID固定为C000H 3.2移动接收机的跟踪 移动接收机上电后自动执行DiscoverNwk和 JoinNwk操作以查找和加入网络.加入成功后.获得 父节点路由器分配的16位逻辑地址.此后便通过每 2s执行一次PollParent操作.查询父节点路由器并 维持两者之间的关联随着接收机的移动.双方通 信的质量开始下降.如果5次查询的结果均为信道 访问失败.接收机将自动执行RejoinNwk操作.重新 查找网络并试图与一个新的父节点相关联.其先前 的父节点也会自动删除邻居表中的相应记录.从而 解除与上述接收机之间的父子关系l8_ 每当有接收机加入为子节点或现有子节点接收 机离开时.都由父节点路由器向主控机发送相应的状 态指示帧.其中包含子节点接收机的扩展地址和逻辑 地址通过这种方式.实现了主控机对移动接收机逻 辑地址的实时跟踪,确保了呼叫信息的正确转发 3.3传输帧类型 为实现呼叫系统的功能要求.ZigBee网络中的 传输帧至少应支持呼叫的请求,应答,转发和响应. 此外.接收机逻辑地址跟踪以及网络维护操作也要 用到相应的传输帧表2列出了呼叫系统使用的各 种传输帧.其传送均采用MSG格式 3.4呼叫处理流程 呼叫从发生到响应涉及到系统中各类设备的协 同工作.对呼叫器而言.发出呼叫请求后.若能在 lOOms以内收到来自主控机的应答信号.即认为呼 叫成功.而呼叫的具体处理则依靠主控机与移动接 田 表2传输帧列表 Tab.2Listoftranferframes 收机之间的互动来实现,如图5所示. 图5呼叫处理流程图 Fig.5Flowchartofcallprocessing 4系统测试 使用6个呼叫器,5个路由器,3台接收机和1 台主控机进行组网实验.其中主控机和路由器采用 3.3v稳压电源供电.呼叫器和接收机采用3.6V镍氢 电池组供电先使主控机上电.执行"设备注册"菜单 命令.通过键盘输入所有设备的注册信息.完成后执 行"正常运行"命令,建立网络,再使其它设备上电. 顺序不限组网完成后.随机按下位于不同房间的呼 叫器上的不同按键.测试接收机在移动状态下接收 呼叫信息的情况结果表明.在总共进行的300多次 呼叫试验中.一次呼通率达到95%,满足设计要求 四 分析认为.呼叫出现失败主要与呼叫发生时移动接 收机可能正处于切换父节点的临界状态有关. 经实测.呼叫器和移动接收机的睡眠电流分别 为5A和400~zA,活动状态下的峰值电流分别为 45mA和58mA.平均电流则取决于设备激活后执行 相应任务所用的时间以及这些任务的触发周期. 图6为服务员接收机LCD画面.图中列出了3 条历史记录和1条突出显示的最新呼叫信息.历史 记录后面的号表示已响应 Fig.6DisplayonreceiverLCD 5结语 本文利用JN5139设计了4种不同类型的微功 率节点设备.并通过其自组织而成的网状无线个域 网,实现了多种呼叫信息的可靠传输和移动响应. ZigBee协议的采用保证了网络的健壮性.低占空比 工作方式降低了终端设备的功耗,人性化的呼叫管 理策略和友好的人机界面提高了系统的实用性.该 系统不仅适用于宾馆,餐饮和娱乐场所.也可在医院 病房,敬老院,疗养院等场所得到推广使用. 参考文献: [1]段锐,王豪才.防数据碰撞的无线呼叫系统设计fJ].单片机与嵌 人式系统应用,2004(2):53—56. [2]彭祥新,郭泓,乔渠.基于nRF401的无线呼叫服务系统设计[J]. 电子工程师,2005,31(7):16—17. 『3]彭泽林,陈健.一种基于AT89C51的433MHz无线呼叫系统的设 计[J].电子科技,2005(9):2-5,9 [4]张华林,林达明.无线病房呼叫系统的设计[J].国外电子元器件, 2006(8):22—25. [5]赵惠军,曹阳,孙艳静.基于ZigBee协议的病房呼叫系统研制 [J].医疗卫生装备,2008,29(7):56—57,59. [6]王琳,黄宏光,陈一文.基于ZigBee技术的无线呼叫系统的设计 [J].电子测量技术,2008,31(10):142—145,165. [7]王竹林,秦会斌,胡炜薇,等.基于ZigBee的无线呼叫系统的设计 与实现[J].电子器件,2009,32(3):612—615. [8]CasasR,MarcoA,PlazaJ,ela1.ZigBee-basedalarmsystem forpervasiveheahhcareinruralareas[J].1ETCommun.,2008,2 (2):208—214.?