隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在工程應(yīng)用中的地位愈發(fā)重要。針對(duì)不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,多種相應(yīng)的低功耗無(wú)線技術(shù)被研究和使用。其中,需要低功耗、低通信速率和大容量自組織網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信網(wǎng)廣泛使用ZigBee技術(shù)。但是標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee模塊受限于模塊中接收機(jī)較大的噪聲系數(shù)和發(fā)射機(jī)較小的輻射功率,滿足不了遠(yuǎn)距離通信的要求。本文結(jié)合射頻和通信技術(shù),設(shè)計(jì)了一款基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)距離、低功耗收發(fā)信機(jī)。論文的主要工作有:1、提出了一種提高ZigBee通信距離的低功耗解決方案。分析ZigBee技術(shù)中數(shù)字基帶調(diào)制方式和標(biāo)準(zhǔn)模塊中的接收機(jī)類型,估算出ZigBee片上芯片系統(tǒng)中接收機(jī)的整機(jī)噪聲系數(shù)。通過(guò)在接收前端增加低噪聲放大器模塊來(lái)降低整機(jī)的噪聲系數(shù)以提高接收機(jī)靈敏度;同時(shí)在片上系統(tǒng)的發(fā)射末端增加功率放大器子模塊以提高發(fā)射信號(hào)最大輻射功率且保證發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量。2、實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離低功耗的ZigBee收發(fā)信機(jī)。不僅完成了硬件開(kāi)發(fā),而且基于ZigBee技術(shù)進(jìn)行了協(xié)議的二次開(kāi)發(fā),保證了增加額外射頻模塊后,系統(tǒng)依然能夠達(dá)到低功耗的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)二次協(xié)議的應(yīng)用,本文自主開(kāi)發(fā)了底層軟件和上位機(jī)測(cè)試軟件。特別是,自主開(kāi)發(fā)的底軟占用處理器資源少、靈活性強(qiáng),有利于系統(tǒng)后續(xù)維護(hù)和升級(jí)。3、利用自主編寫的底層和上層軟件,完成了二次協(xié)議驗(yàn)證和外場(chǎng)通信試驗(yàn)。首先驗(yàn)證了協(xié)議的可靠性,分析了同頻段的ZigBee、WIFI和藍(lán)牙三種通信協(xié)議之間的共存特性;基于二次協(xié)議的整機(jī)性能測(cè)試結(jié)果表明,收發(fā)信機(jī)功耗、發(fā)射信號(hào)質(zhì)量和接收靈敏度等指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求;以測(cè)試結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)典型外場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行建模,完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信測(cè)試,測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)對(duì)照分析表明,本文提出的ZigBee通信遠(yuǎn)距離低功耗方案具有可行性。本文研制的ZigBee收發(fā)信機(jī)可以拓展ZigBee技術(shù)的應(yīng)用范圍,使其也能滿足通信節(jié)點(diǎn)之間遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖褂谩?br> 【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.44;TN92
【部分圖文】：

整機(jī)噪聲系數(shù)以優(yōu)化接收靈敏度的目標(biāo)。利用ＣＣ２５３０支持串口通信，本系統(tǒng)中，ＰＣ機(jī)??需有一套完整的對(duì)收發(fā)信機(jī)的通信性能進(jìn)行測(cè)試的上位機(jī)程序。為滿足上文提出的系統(tǒng)??指標(biāo)，收發(fā)信機(jī)的硬件框架如圖２－１所示。??＼／??ＬＮＡ（低噪聲?ＹＡＮＴ?（天線）??射頻開(kāi)關(guān)?放大器）?射頻開(kāi)關(guān)???１???＠ｆ＝２．４ＧＨｚｔｏ?＠ｆ＝２．４Ｇ?＠ｆ＝２．４ＧＨｚ??２?５ＧＨｚ?Ｈｚ?ｔｏ?ｔｏ?２．５ＧＨｚ??ＪＳＢ轉(zhuǎn)串【ＺｉｇＢｅｅ?＼．?ｔｘ／ｒｘ?Ｚ?２?５ＧＨｚ??ＰＣ?，—二、系統(tǒng)芯片〈ｔＺＴ：＃?—??射頻開(kāi)關(guān)???１?丨?＾?ｐａ?（功率放大器）?＠ｆ＝２．４ＧＨｚｔｏ??＠ｆ＝２．４ＧＨｚ?ｔｏ?２．５ＧＨｚ??２．５ＧＨｚ??圖２－１收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)框圖??２．２．３?ＣＣ２５３０底層開(kāi)發(fā)方案??針對(duì)ＣＣ２５３０，?ＴＩ官方根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，給出了針對(duì)智能家居、智能能源管理的底層??協(xié)議棧。但由于其協(xié)議棧并不完全開(kāi)放，整個(gè)協(xié)議棧較為龐大，很多對(duì)于本系統(tǒng)無(wú)用的??功能占據(jù)了大量的微處理器Ｆｌｓａｈ和ＲＡＭ的開(kāi)銷，特別是本系統(tǒng)在ＣＣ２５３０基礎(chǔ)上添加??了其他射頻器件，協(xié)議棧運(yùn)用起來(lái)極為不便。??本設(shè)計(jì)緊緊抓住系統(tǒng)低功耗、遠(yuǎn)距離的核心訴求，并配合上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)所需的功??能，根據(jù)ＴＩ官方提供的用戶指導(dǎo)手冊(cè)進(jìn)行底層嵌入式開(kāi)發(fā)［１°］，以較小的微處理器資源??和較短的開(kāi)發(fā)周期獲取最優(yōu)的性能：實(shí)現(xiàn)射頻頻道切換、功率調(diào)整、數(shù)據(jù)加密、工作模??式切換、信號(hào)質(zhì)量顯示、與ＰＣ機(jī)進(jìn)行串口通信和通信組網(wǎng)等功能

統(tǒng)計(jì)收發(fā)的丟包率和誤碼率（收發(fā)數(shù)據(jù)為測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)），為了方便后續(xù)研??究，需將收發(fā)數(shù)據(jù)已文檔形式進(jìn)行保存。為了驗(yàn)證功率，上位機(jī)需要對(duì)收發(fā)信機(jī)有工作??模式切換的作用，即接收信機(jī)休眠和喚醒兩種工作模式，最終測(cè)試軟件框架如圖２－２所??不。??測(cè)試系統(tǒng)??｜信號(hào)廳蹄??接＿率釀??串口通信設(shè)置?置?發(fā)送數(shù)據(jù)通示區(qū)??休聯(lián)／喚醒??—｜?—??ｍｍｍｍ??式?魏＆＆長(zhǎng)發(fā)射功犖??■??辦／單包發(fā)送?》＆包數(shù)量發(fā)射信道??■??：＜■?＇．；；；－：：－ｉ；：?■．?，．ａ．?．?？?■，??■．??圖２－２上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)框圖??２．３本章小結(jié)??本章介紹了基于ＺｉｇＢｅｅ技術(shù)的遠(yuǎn)距離、低功耗收發(fā)信機(jī)的系統(tǒng)方案，此系統(tǒng)方案??包括收發(fā)信機(jī)的整機(jī)硬件架構(gòu)、硬件底層嵌入式開(kāi)發(fā)方案和上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。本章首先??結(jié)合市場(chǎng)和系統(tǒng)需求選取出合適的ＺｉｇＢｅｅ片上系統(tǒng)，再根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求，給出收發(fā)??信機(jī)的整機(jī)硬件架構(gòu)，同時(shí)給出基于實(shí)際應(yīng)用背景的底層嵌入式開(kāi)發(fā)和上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)??的開(kāi)發(fā)方案。??６??

圖３－４低噪聲放大器穩(wěn)定性仿真??ｍ２?ｆｍ３??ｆｒｅｑ＝２．４００ＧＨｚ?ｆｒｅｑ＝２．５００ＧＨｚ??ｄＢ（Ｓ（２，１））＝１５．７３７?ｄＢ（Ｓ（２，１?））＝１５．０３３??ｄＢ?⑶?２，２５ｊ：１２．９５１?ｄＢ（Ｓ｛２．２Ｓ：１０．６８１??ｄＢ（Ｓ（１．１）５－１５．３１４?ｄＢ（Ｓ（１Ｊ?））＝－１６．２０９??ｄＢ（Ｓ（１，２￥：２３．１４６｜?｜ｄＢ（Ｓ（１，２））－２３．３１１??ｍ２?ｍ３?．．．?０７Ｓ－，???２０－￥?：?；?：?；?；?；?：?；????＾?：?丨；??＃?：?—；￣ｈ?Ｉ?＾?�。撸撸海�?０７６－?＾??．?｜?｜?Ｉ?Ｍ?Ｉ?Ｍ?。一??？＇?－—??ｖ???Ｑ?７Ｓ＾????Ｓｔ—?ＣＳｒ—?????????■?！?！?ｉ?ｊ?＆??啊?■?Ｓ?０．７５－??????，——：??－■－＾——１＝＾＝１＝－毛．?；??－２〇－??｛．．．．．．．．－？；?｝?－．．．．Ｉ?Ｉ???＾?￣?ｒ??：一?ｉ?；?＾?＾?［?＇?ｉ?ｉ?一??－３０－Ｊ—ｉ￣ｊ￣ｉ￣ｊ￣ｉ￣｜￣ｉ￣ｊ￣ｉ￣｜￣￣ｉ￣｜￣￣｜￣＇￣｜￣ｉ￣｜￣ｌ—？?８７２?ｉ—■Ｊ一＂｜—５一＂ｔ一＇１Ｉ一■＞一＊Ｉ一￣Ｊ一＇ｊ—＇１?一＂ｉ￣￣＞—＇ｉ一＇１?一＇ｉ一￣！一－ｉ！一＊??Ｚ４Ｄ?２．４１?２．＾３．?Ｚ４３?２．４４?２．＜？?２．４８?Ｚ４７?２．＜６?２．４Ｑ?ＺＳＯ?２４０?２４１?２．４２?２．４３?２．４４?２．４５?２４８?２４７?２．４８?２．４３?２ｉＤ
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2890865