發(fā)布時間：2020-11-20 03:21

　　 隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)在工程應(yīng)用中的地位愈發(fā)重要。針對不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,多種相應(yīng)的低功耗無線技術(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較大的噪聲系數(shù)和發(fā)射機較小的輻射功率,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)計了一款基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)距離、低功耗收發(fā)信機。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)模塊中的接收機類型,估算出ZigBee片上芯片系統(tǒng)中接收機的整機噪聲系數(shù)。通過在接收前端增加低噪聲放大器模塊來降低整機的噪聲系數(shù)以提高接收機靈敏度;同時在片上系統(tǒng)的發(fā)射末端增加功率放大器子模塊以提高發(fā)射信號最大輻射功率且保證發(fā)射信號的質(zhì)量。2、實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離低功耗的ZigBee收發(fā)信機。不僅完成了硬件開發(fā),而且基于ZigBee技術(shù)進行了協(xié)議的二次開發(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)。為實現(xiàn)二次協(xié)議的應(yīng)用,本文自主開發(fā)了底層軟件和上位機測試軟件。特別是,自主開發(fā)的底軟占用處理器資源少、靈活性強,有利于系統(tǒng)后續(xù)維護和升級。3、利用自主編寫的底層和上層軟件,完成了二次協(xié)議驗證和外場通信試驗。首先驗證了協(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)議的整機性能測試結(jié)果表明,收發(fā)信機功耗、發(fā)射信號質(zhì)量和接收靈敏度等指標(biāo)符合設(shè)計要求;以測試結(jié)果為基礎(chǔ),對典型外場環(huán)境進行建模,完成點對點通信測試,測試數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)對照分析表明,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)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.44;TN92
【部分圖文】：

整機噪聲系數(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??需有一套完整的對收發(fā)信機的通信性能進行測試的上位機程序。為滿足上文提出的系統(tǒng)??指標(biāo)，收發(fā)信機的硬件框架如圖２－１所示。??＼／??ＬＮＡ（低噪聲?ＹＡＮＴ?（天線）??射頻開關(guān)?放大器）?射頻開關(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)信機系統(tǒng)框圖??２．２．３?ＣＣ２５３０底層開發(fā)方案??針對ＣＣ２５３０，?ＴＩ官方根據(jù)實際應(yīng)用，給出了針對智能家居、智能能源管理的底層??協(xié)議棧。但由于其協(xié)議棧并不完全開放，整個協(xié)議棧較為龐大，很多對于本系統(tǒng)無用的??功能占據(jù)了大量的微處理器Ｆｌｓａｈ和ＲＡＭ的開銷，特別是本系統(tǒng)在ＣＣ２５３０基礎(chǔ)上添加??了其他射頻器件，協(xié)議棧運用起來極為不便。??本設(shè)計緊緊抓住系統(tǒng)低功耗、遠(yuǎn)距離的核心訴求，并配合上位機測試系統(tǒng)所需的功??能，根據(jù)ＴＩ官方提供的用戶指導(dǎo)手冊進行底層嵌入式開發(fā)［１°］，以較小的微處理器資源??和較短的開發(fā)周期獲取最優(yōu)的性能：實現(xiàn)射頻頻道切換、功率調(diào)整、數(shù)據(jù)加密、工作模??式切換、信號質(zhì)量顯示、與ＰＣ機進行串口通信和通信組網(wǎng)等功能

統(tǒng)計收發(fā)的丟包率和誤碼率（收發(fā)數(shù)據(jù)為測試系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機數(shù)），為了方便后續(xù)研??究，需將收發(fā)數(shù)據(jù)已文檔形式進行保存。為了驗證功率，上位機需要對收發(fā)信機有工作??模式切換的作用，即接收信機休眠和喚醒兩種工作模式，最終測試軟件框架如圖２－２所??不。??測試系統(tǒng)??｜信號廳蹄??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上位機測試系統(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)信機的系統(tǒng)方案，此系統(tǒng)方案??包括收發(fā)信機的整機硬件架構(gòu)、硬件底層嵌入式開發(fā)方案和上位機測試系統(tǒng)。本章首先??結(jié)合市場和系統(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)??信機的整機硬件架構(gòu)，同時給出基于實際應(yīng)用背景的底層嵌入式開發(fā)和上位機測試系統(tǒng)??的開發(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)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 周怡颋;;ZigBee協(xié)議技術(shù)及發(fā)展[J];信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化;2013年08期

2 趙洪新;余旭濤;高西奇;;QPSK/OQPSK調(diào)制信號頻譜擴散問題的仿真及實驗研究[J];東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年02期

3 孟新;肖時茂;于云豐;馬成炎;葉甜春;殷明;;一種用于低功耗低成本的IEEE802.15.4接收器的新穎解調(diào)算法(英文)[J];電子器件;2008年04期

4 朱向慶;王建明;;ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的研究與實現(xiàn)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2006年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 萬超;一種大電流低功耗的BUCK型DCDC芯片設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2016年

2 褚穎穎;大規(guī)模MIMO系統(tǒng)射頻關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2015年

3 張麗;微波暗室及其自動化測試系統(tǒng)的可靠性研究[D];蘇州大學(xué);2009年

4 潘自立;毫米波高效率功率放大器研究[D];電子科技大學(xué);2009年

5 閆沫;ZigBee協(xié)議棧的分析與設(shè)計[D];廈門大學(xué);2007年

本文編號：2890865