基于ZigBee的紅外轉發器的設計與實現

朱一飛，王國棟，高闖，田梅蘭

（長安大學信息工程學院，陜西西安 710064）

0 前言

隨著信息技術和網絡技術的高速發展以及人們居住理念的變化與提升，家居智能化和家電網絡化逐漸成為熱門話題。智能家居是指將各種信息設備和住宅設備通過網絡連接起來，從而構筑舒適、安全、方便的信息化居住空間，滿足人們在家中生活、工作、娛樂和交流的需要，提供安防、社區管理和人們外出時了解家居狀況的手段[1]。

紅外轉發器是智能家居系統的重要組成部分，它在整個智能家居系統中的位置如圖1所示。

紅外轉發器處在系統的無線網關與紅外控制設備之間，負責接收由無線網關發送來的ZigBee 信號，然后將相應的控制指令轉換成紅外信號發射出去，以達到控制紅外設備的目的。為此，紅外轉發器必須具有協議解析、紅外信號接收、紅外信號發射、數據存儲等功能。

1 紅外轉發器的硬件設計

紅外轉發器的功能決定了它主要由主控模塊、紅外接收模塊、紅外發射模塊和數據存儲模塊四部分組成。

1.1 主控模塊

主控模塊選用TI 公司的ZigBee 芯片CC2530，它以8051微處理器為內核，自身攜帶的射頻收發器用來實現網絡內的無線通信。在紅外轉發器的設計中，8051微處理器負責對整個紅外轉發器的控制，射頻收發器負責與網關的無線通信。

1.2 紅外接收模塊

紅外接收電路如圖2所示。一體化紅外接收頭1838T 共有三個引腳，供電腳，接地和信號輸出腳。因為1838T 內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在供電腳上加上濾波電容C5。信號輸出腳接到CC2530的P0_6引腳，P0_6為定時器1、通道4的捕獲/比較引腳，這里使用的是捕獲功能，用來捕獲紅外信號。沒有接收到紅外信號時，1838T 輸出為高電平，當接收到紅外信號時，輸出為高電平與低電平組成的脈沖[2]。

圖1 紅外轉發器在智能家居系統中的位置

圖2 紅外接收電路

圖3 紅外發射電路

圖4 數據存儲電路

圖5 紅外轉發器的軟件流程圖

1.3 紅外發射模塊

紅外發射電路如圖3所示。D1、D2、R1和VCC 構成二極管與門電路，LED1為紅外發射管。CCP1接CC2530的P0_4引腳，用來輸入對家電的控制（如空調開）所對應的紅外編碼，CCP2接CC2530的P1_4引腳，用來輸入紅外發射所需要的38kHz的載波。當CCP1和CCP2同時為高電平時三極管導通，紅外發射管發射紅外信號；CCP1和CCP2有一個為低電平三極管就截止。當三極管導通時，正確選取R1和R2的電阻值使三極管工作在飽和狀態，此時紅外發射管的發射功率最大。

1.4 數據存儲模塊

Flash 存儲器選用SST 公司的SST25VF016B，其為16Mbit SPI Serial Flash，它在單電源2.7-3.6V 下可進行讀、寫和擦除操作。通過串行總線接口SPI的總線兼容協議可訪問該Flash 存儲器，SPI 主要由四個控制線組成，CE 用來選中該器件，在CE=0的前提下，通過SI（串行數據輸入）、SO（串行數據輸出）、SCK（串行時鐘）來訪問Flash中的數據[3]。數據存儲電路如圖4所示。

設置CC2530串口1模式為SPI 主模式，選定P1口，P1_7為MI，P1_6為MO，P1_5為SCK，設置P1_7、P1_6、P1_5為外設I/O。選定P0口，P0_7為CE，設置P0_7為通用I/O，當CE為低電平時，才能對其進行讀、寫和擦除操作。

2 紅外轉發器的軟件設計

2.1 紅外轉發器軟件平臺的構建

紅外轉發器的軟件設計是在TI 推出的zigbee2007協議棧的基礎上和瑞典公司IAR 開發的IAR Embedded Workbench For 8051集成開發環境下編程實現的。

ZigBee的協議分為兩部分，IEEE 802.15.4定義了PHY 和MAC 技術規范；ZigBee 聯盟定義了NWK、APS 和API 技術規范[4]。ZigBee 協議棧就是將各個層定義的協議都集合在一起，以函數的形式實現，并給用戶提供API，用戶可以直接調用。

2.2 紅外轉發器的軟件流程圖

紅外轉發器的軟件流程圖如圖5所示。

3 小結

該紅外轉發器以ZigBee 芯片CC2530為主控器，既能實現對紅外轉發器的整體控制，又能實現與網關的無線通信，并且可以使用ZigBee2007協議棧提供的API 進行應用程序開發。試驗結果表明，該紅外轉發器能夠正確接收和解析無線網關發送的命令并有效的控制具有紅外控制功能的家電，運行良好，達到了預期的目的，具有一定的應用價值。

[1]金東勇.ZigBee 技術在智能家居控制系統中的應用研究[D].太原：太原理工大學，2008

[2]林鈴，于德海.自學習紅外遙控器的設計與實現[J].電腦知識與技術，2008，3（6）

[3]吳麗娟，胡海風，尤文斌.SST Flash 在數據采集存儲系統中的應用[J].電子設計工程，2010，18（3）

[4]瞿雷，劉盛德，胡咸斌.ZigBee 技術及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007