基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文首先對(duì)IEEE802.15.4協(xié)議和ZigBee協(xié)議進(jìn)行了研究，分析了JN5121 ZigBee的軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括JN5121芯片、傳感器開(kāi)發(fā)板、編譯環(huán)境CodeBlocks、燒寫(xiě)器Flash Programmer等，然后基于該軟硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)的軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，ZigBee無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)的工作原理和過(guò)程，并給出了程序流程。最后對(duì)本文做了總結(jié)并指出了下一步研究方向。

關(guān)鍵詞：IEEE802.15.4協(xié)議；ZigBee協(xié)議；無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9

1 ZigBee協(xié)議及其應(yīng)用

ZigBee協(xié)議底層是基于IEEE802.15.4無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議。ZigBee規(guī)范是由半導(dǎo)體廠商、技術(shù)供應(yīng)商和其他公司組成的一家非營(yíng)利工業(yè)協(xié)會(huì)（即ZigBee聯(lián)盟）制定的。聯(lián)盟當(dāng)前的成員規(guī)模不斷廣大。ZigBee規(guī)范致力于利用IEEE802.15.4所提供的特性，ZigBee適用于低速率、低功耗的應(yīng)用環(huán)境。

ZigBee是部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種介于無(wú)線(xiàn)標(biāo)記技術(shù)和BlueTooth之間的技術(shù)提案。ZigBee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過(guò)跳ZigZag形舞蹈來(lái)告知同伴，達(dá)到交換信息的目的。借此稱(chēng)呼一種專(zhuān)注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

2 開(kāi)發(fā)環(huán)境

2.1 硬件環(huán)境

JN51XX芯片是英國(guó)Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列無(wú)線(xiàn)SoC芯片，該系列芯片完全兼容，封裝與管腳也完全一樣，用戶(hù)能夠很容易的在該系列的產(chǎn)品中進(jìn)行平臺(tái)移植。JN5139與JN5121相比較，天線(xiàn)的靈敏度更高，功耗更低，通訊距離更遠(yuǎn)。

2.2 開(kāi)發(fā)板

JN51XX-Z01-MXX模塊：JN51XX-Z01模塊是基于JN51XX芯片所開(kāi)發(fā)的一系列表帖形式的模塊產(chǎn)品。該系列模塊集成了所有的射頻組件和無(wú)線(xiàn)微控制器。采用模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)可以大大的減少開(kāi)發(fā)人員的工作量，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。這一系列的模塊包含下列不同的型號(hào)：JN51XX-Z01-M00內(nèi)置陶瓷天線(xiàn)；JN51XX-Z01-M01帶有SMA天線(xiàn)連接接口；JN51XX-Z01-M02帶有功率放大器和SMA天線(xiàn)連接接口。

開(kāi)發(fā)包中的主要部件就是傳感器板，之所以叫做傳感器板是因?yàn)槊恳粋€(gè)板子上都集成了相應(yīng)的溫濕度一體傳感器，這樣用戶(hù)就可以直接利用傳感器板進(jìn)行一些應(yīng)用的測(cè)試和開(kāi)發(fā)。傳感器板包含的部件如下所介紹：

JN51XX模塊板載溫濕度傳感器RS232接口：用于編程或者連接其他的串口設(shè)備JN51XX的I/O擴(kuò)展端口，RS485 J1 CMOS Program，J2 Prog Run，J3 Flash，J4 I/O腳，J5 RS232/Program Port，J6 J1和J5編程/串口選擇，J7 RS485端電阻，J8如圖標(biāo)注，SW1，SW2可編程按鍵，SW3開(kāi)關(guān)（可選擇外供電或電池），PWR電源指示燈LED1，LED2可編程LED。

2.3 軟件環(huán)境

ZigBee開(kāi)發(fā)環(huán)境有多種平臺(tái)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要使用了Jennic的設(shè)計(jì)平臺(tái)Code：：Blocks，它是一個(gè)全功能的，開(kāi)放的免費(fèi)提供的IDE，基本包含代碼開(kāi)發(fā)編譯工具、程序下載工具等基本組成部分。其中，代碼編譯工具包括以下幾個(gè)內(nèi)容：CodeBlocks IDE、Jennic Cygwin、ZigBee stack和MAC stack、Jennic Debugger Tools；第二個(gè)部分則是Jennic Flash Programmer的安裝。

3 程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

3.1 方案設(shè)計(jì)

此方案有硬件有五部組成：傳感器板子，控制器板子，一個(gè)普通的鍵盤(pán)，一個(gè)5V電源，連接線(xiàn)?？梢詫?shí)現(xiàn)通過(guò)鍵盤(pán)輸入字符，此字符先轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制代碼，并打包分批傳遞到傳感器板子，傳感器板子通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制板子，控制板接受數(shù)據(jù)后將二進(jìn)制代碼還原為字符，并通過(guò)屏幕顯示出來(lái)。

3.2 程序設(shè)計(jì)流程

根據(jù)性能和作用的分析，可以把這兩塊代碼執(zhí)行的情況用流程圖表示出來(lái)。傳感器板應(yīng)用程序軟件的主要任務(wù)有三個(gè)：讀PS2總線(xiàn)，傳輸一個(gè)字節(jié)的鍵盤(pán)碼，接受到一個(gè)確定。傳感器板把鍵盤(pán)傳過(guò)來(lái)的鍵碼一個(gè)一個(gè)的發(fā)送給控制板，等待控制板的確認(rèn)信息，收到確認(rèn)后接著發(fā)送下一個(gè)鍵碼，沒(méi)有收到且超時(shí)就重新發(fā)送一次。在無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中最主要的是把應(yīng)用程序中斷和協(xié)議棧中斷分開(kāi)。控制板應(yīng)用程序在整個(gè)流程中顯得很簡(jiǎn)單，只接受到鍵盤(pán)碼序列，然后翻譯成ASCII碼，再將其顯示到LED，然后發(fā)送一個(gè)確認(rèn)給等同的應(yīng)用程序。既控制板那邊就是不停檢測(cè)是否收到數(shù)據(jù)，如果收到，首先判斷收到的數(shù)據(jù)是否在有效范圍內(nèi)，如果是就翻譯，然后把翻譯后的數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，如果不是就接收下一個(gè)數(shù)據(jù)。

3.3 程序調(diào)試、下載和運(yùn)行結(jié)果

打開(kāi)Jennic CodeBlocks，打開(kāi)ZigBeeKEyboardEndDevice工程目錄，并鼠標(biāo)右鍵選擇Build options，選擇合適的調(diào)試器，用同樣的方法對(duì)ZigBeeKeyboardCoord工程目錄執(zhí)行同樣的操作，具體步驟同上。然后對(duì)ZigBeeKEyboardEndDevice工程下的PS2socket.c文件，ZKBgetKey.c文件，ZKBsensor.c文件進(jìn)行編譯和鏈接，選擇ZigBeeKEyboardEndDevice后點(diǎn)擊build按鈕。編譯ZigBeeKEyboardEndDevice。編譯完成后您將在工程目錄下找到一個(gè) JN5121_Build目錄，將在這個(gè)目錄下找到ZigBeeKeyboardEndDevice.bin文件，同樣的方法編譯ZigBeeKeyboardCoord在JN5121_Build 目錄同樣也生成相應(yīng)的bin文件，下載和編譯應(yīng)用程序如下所示：

第一步：保證工程目錄存在于＼cygwin＼jennic＼developer 的安裝路徑就是Jennic SDK被安裝的位置。

第二步：使用在當(dāng)?shù)谺uild目錄下提供的MakeFile文件，Build應(yīng)用程序。或者是提供Code：：Blocks工程文件 （.cbp文件）。

第三步：下載已經(jīng)生成的二進(jìn)制文件到板子上。

（1）下載ZigBeeKeyboardCoord.bin 到Jennic控制板上；

（2）下載ZigBeeKeyboardEndDevice.bin到Jennic控制板上。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)ZigBee技術(shù)，以其高效的傳輸速率、良好的可靠性、網(wǎng)絡(luò)組建方便、節(jié)點(diǎn)容量大和功耗小等優(yōu)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中扮演著重要角色。通過(guò)以上對(duì)無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得出其在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的特點(diǎn)：首先網(wǎng)絡(luò)連接方便，有多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以選擇：星型網(wǎng)絡(luò)適合實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)設(shè)備的幾種無(wú)線(xiàn)控制；樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)則適合于分級(jí)控制；網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)適合對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的交錯(cuò)控制；其次采用編碼技術(shù)，提高了信息傳輸過(guò)程中的可靠性；路由技術(shù)應(yīng)用提高了連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并且保證可靠信息傳輸路徑，延長(zhǎng)了傳輸局距離、拓展了控制范圍；增加了傳輸信道；并且保證了在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能工作在節(jié)點(diǎn)模式下。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：呂曉芳（1983.11-），女，河南鄭州人，本科，助教，學(xué)士學(xué)位，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

作者單位：鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450000