基于ZigBee通信技術的廣播電視授時系統

摘 要：本文介紹了基于ZigBee的廣播電視授時系統，著重分析了該系統應用ZigBee通信技術的必要性和系統的組成，還闡述了通信協議及無線節點的硬件與軟件設計，供大家參考。

關鍵詞：ZigBee通信技術；廣播電視；授時系統

授時在廣播電視系統中占據非常重要的地位，它是不同節目在播出切換過程中得以同步完成的重要基礎，也是播出設備系統、綜藝節目演播室等節目播出切換的時間基準。本文主要介紹廣播電視高精度授時系統，利用該系統可以利用無線電廣播標準時間進行校時，不需要布線，大大提升了系統的抗干擾性。

1 應用ZigBee技術的必要性

隨著當前信息化技術的快速發展，同時為了滿足廣播電視安全播出的要求，廣播電視播出管理系統信息化及現代化怎樣得到實現，當前已經成為廣播電視行業中急需解決的問題。信息化系統必須以信息化網絡為基礎建立起來，當前的播出管理系統主要為有線網絡，需要鋪設電纜，其安全性比較差，布線也極為復雜，近年來隨著無線網絡技術的快速發展，可靠的、通暢的無線網絡的建立成了一種可能[ 1 ]。當前的無線通信技術主要有ZigBee技術、紅外線技術及藍牙技術等，其中紅外線技術不僅技術設備簡單，同時價格也較為低廉，但是紅外線控制方式作用的距離比較短，是一種點對點的通信方式，因此并不適合在廣播電視系統組網中應用，而藍牙技術作為一種支持點到點到多點的技術，其有限的網絡容量會對廣播電視系統設備節點數量產生限制性作用。ZigBee技術是一種適合應用于遠程控制及自動化系統中的一種無線通信技術，它具有成本低、耗電低、雙向傳輸的特點，在一般的工業環境及家庭中都能使用，所以ZigBee技術可以很好的解決廣播短時系統的需求。

2 廣播電視授時系統的組成

ZigBee網絡中共有兩種設備，分別是全功能設備FFD和簡化功能設備RFD，其中，FFD設備可以替代協調器來使用。廣播電視授時系統中，數字演播室從節點利用串行口和ZigBee RFD模塊進行連接，實現通信，節點數據經過ZigBee RFD模塊轉化成ZigBee通信協議包，然后就進傳給FFD模塊，這時FFD模塊按照從節點驅動路由算法對通信路徑進行選擇，以多跳通信的方式從FFD將數據包傳給ZigBee協調器。當ZigBee協調器接收到這個數據包以后，必須按照原來的路徑將收到的確認信息返回，最終送達RFD模塊，這樣一來ZigBee無線通信才算完成，否則，還要繼續由RFD發送數據，一直到握手信息被接收到為止[ 2 ]。

3 ZigBee節點的硬件與軟件設計

3.1 硬件設計

ZigBee節點模塊本身必須和數字鐘一同使用，對ZigBee節點模塊提出了一些要求，例如體積小、高可靠性、低功耗等。采用美國微芯公司生產的單片機PIC18F4620作為主控芯片，尤其負責從節點的主控模塊，在休眠或者空閑的情況下，系統功率應該被降到最低的狀態。該單片機為8位單片機，共有一個串口、一個A/D口，3個時鐘，可以支持1個SPI總線。射頻模塊共有兩個部分，分別為天線及ZigBee芯片，其中ZigBee芯片選擇Chipcon公司生產的CC2420芯片，需要的外部元器件非常少，可以充分保證短距離通信的可靠及安全。CC2420的數據速率非常高，甚至可以達到125Kbps，芯片為128yte數據發送及接收提供支持。

SPI總線技術本身屬于同步串行接口，CC2420芯片和PIC單片機之間的數據傳遞主要通過SPI來完成，該總線可以為雙向全雙工數據傳輸提供支持，同時對數據進行發送和接收。

在實際應用中，PIC單片機和CC2420芯片之間的傳輸是非常暢通的，其中PIC單片機為主片，從片為CC2420芯片，時鐘頻率為SCK，SPI的速率通常為10.0Mbps，SI和SO引腳為CC2420和PIC之間數據傳輸的通道，為全雙工提供支持，因為CC2420芯片存在數據緩沖區，因此從PIC單片機為CC2420芯片發送的數據都需要先在緩沖區中保存，然后才能發送出去。

3.2 軟件設計

當前世界一些著名公司正按照ZigBee協議進行軟件設計，嚴格按照ZigBee規范對自己的ZigBee協議棧進行開發，通常這些公司既是硬件設計公司，同時還作為嵌入式軟件商而出現在大家面前，這些公司可以提供從硬件到軟件的具體解決方案。例如美國微芯公司開發的ZigBee協議棧，其版本從剛開始的1.0發展到了后來的3.5，ZigBee協議標準功能也越來越完善。

基于ZigBee的廣播電視授時系統共有兩個組成部分，分別是發射與接收兩個模塊，具體來說，其中包括初始化、發射及接收三個程序，其中初始化可以針對SPI、單片機等進行處理；發射程序利用數據包從SPI接口將數據發射出去；接收程序接收并處理數據。CC2420收到信息以后，單片機INTI端是低電平的狀態[ 3 ]，整個系統呈現一種接收的狀態，對數據進行接收；完成數據接收工作后單片機會同時切換到發射的模式，對握手信號進行回送；CC2420會將數據傳遞給單片機，經過處理以后輸出到LED進行顯示，并對時間信息進行記錄。

4 結語

綜上所述，廣播電視系統中應用無線ZigBee技術，不僅可以精確的將當前的時間發送給不同時鐘接收點，使全臺時間同步的目標得到實現，同時系統現場布線所造成的很多問題都大大減少，系統可移動性得到了提升。應用該技術以后無線授時系統將會迎來廣闊的市場。

參考文獻：

[1] 王冠凌，郎朗，王滿海，凌有鑄.基于ZigBee和GPS廣播電視時鐘授時系統的研究[J]. 自動化與儀器儀表，2008（05）：15-18.

[2] 陳孟元，凌有鑄，王冠凌.北斗衛星導航系統與GPS互備的廣播電視授時單元[J].電視技術，2010（06）：60-63.

[3] 陳孟元，凌有鑄.基于ZigBee通信技術的煙葉醇化庫分布式溫濕度檢測系統設計[J].安徽工程大學學報，2011（03）：23-26.

作者簡介：

王永亮（1978-），男，內蒙古人，漢族，本科，助理工程師，研究方向：無線電廣播的安全傳輸與發射。