ZigBee无线通信模块通信协议和信号处理

随着21世纪科学技术的不断进步，无线与移动通信相应得到了迅猛的发展。方便快捷的无线接入和无线 互连等新概念和新产品，已逐渐融入人们的工作领域和日常生活中。由于如今对无线频率的大量使用，使无线频率资源日渐匮乏，短距离宽带无线通信技术受到世界许多国家工业界和研究机构的广泛关注。伴随着各种便携式终端通信设备的增加，人们对短距离的无线与移动通信需求也越来越迫切。无处不在的网络世界，使对各种电器设备实行网络化管理已成为必然趋势。目前小范围内如以太网中对终端设备的管理，主要使用有线方式。近来，随着与无线通信相关的新技术如雨后春笋般涌现出来，大量、廉价和高度集成的无线模块的普及，无线联网技术以其安装成本低、使用方便等特点，在一些不便于或需要消除有线连接的场合有了它的用武之地，正在成为家庭网络和工业自动化领域的首选技术。

串口集线器‌是一种用于连接多个串口设备的设备，其工作原理是通过将一个串口信号分配给多个串口设备，从而实现多个串口设备与计算机之间的通信。串口集线器通常具有一个主串口和多个从串口。主串口接收计算机发送的信号，并将其复制发送给所有的从串口，从串口接收到信号后，将其发送给相应的串口设备‌1。

使用方法

‌连接设备‌：将串口集线器连接到计算机的串口接口上，然后将需要连接的串口设备连接到串口集线器的从串口上。

‌配置设置‌：在计算机上配置串口设置，包括波特率、数据位、停止位等。

‌通信‌：打开需要与串口设备通信的应用程序，通过应用程序与串口设备进行通信，发送和接收数据‌1。

通信协议和信号处理

串口集线器并不具备通信协议转换的功能，只是将串口信号复制到多个串口设备上。因此，在使用串口集线器时，需要确保所有连接的串口设备使用相同的通信协议。如果需要进行不同协议之间的转换，可以使用串口转换器或网关设备‌1。

实际应用场景

串口集线器在多媒体展厅设备控制中也有广泛应用。它可以通过标准的RJ45接口方式连接多个控制设备，相对于传统的DB9头电络铁焊接或剥线硬接等接线方式，大大提高了施工效率和连接质量。此外，串口集线器还可以通过串联使用，实现更大规模的设备控制网络‌2。

集线器的工作原理：RS485主站发送数据，集线器主485接口收到数据之后，因数据信号波形在电缆传输中有衰减，集线器接收数据信号后将衰减的数据信号整形放大，并将数据广播到其他所有从485接口，从485接口上的设备收到数据后做出应答，并经集线器转发到RS485主站。

根据实际应用需求，RS485集线器一般有一分二、一分四、一分八的集线器等。可有效解决工业施工现场星型布线、带载数量少、抗干扰能力不强等常见问题。

基于ZigBee[1]的无线串口集线器的研究与设计，将ZigBee连接在ARM微处理器上，并与远端计算机通过以太网进行连接。这个集线器可根据远程监控和控制应用的需求进行优化、扩展，具有简单、可靠、低功耗和低成本等优势，实现对各种电器、各种侦测/监控设备的监督、管理、设备操作和远程控制。

2 无线串口集线器的总体设计

基于ZigBee的无线串口集线器主要由硬件和软件组成，硬件包括电路板、ARM微处理器、存储器、串行接口、并行接口、网口和ZigBee无线通信模块等，软件部分包括操作系统软件(OS)和应用程序。硬件部分是整个系统的物理基础，它提供了软件的运行平台和通信接口，软件部分用于控制系统的运行，并对各种事件进行响应。完成的功能为该设备中操作系统运行正常，外接器件运行正常，通过对ZigBee无线通信模块协议的编写，使ARM微处理器通过ZigBee模块实现对各种电器、侦测/监控设备的无线通信和操作。与远端计算机通过以太网相连，组成一个无线网络，如图1所示。该设备在网络中发挥集线器的功能，具有串行通信接口，并有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性。采用点对点型或星形拓扑结构，可实现一点对一点及一点对多点之间的串口设备的数据的透明传输，使远端计算机通过此集线器实现对电器设备的远程操控。

3 集线器硬件设计

3.1 ARM微处理器设计

本课题选用ARM9系列的S3C2410微处理器，重在嵌入式ARM板的核心模块的设计，实现程序运行的基本环境，主要由以下几部分组成：(1)存储模块：Flash存储器、SDRAM存储器;(2)对外通信接口模块：包括串行接口、并行接口、网口、JTAG接口、ZigBee无线通信模块;(3)电源和电源管理。如图2所示为硬件系统组成图。

电源模块功能：采用一个低功耗正向电压调节器，要有稳定的输出电流，过流及温度保护的特点。要具有高效率，小封装和低功耗的特点，要适合嵌入式系统的应用。

Flash存储器功能：用来存放用户编写的启动程序，操作系统内核以及应用程序。

SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)同步动态存储器功能：使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。在功能上，需要时钟进行刷新。在系统运行时，所有的程序和数据大部分是在SDRAM中与微处理器和外围设备交互，所以SDRAM的速度对于整个系统的运行速度有着至关重要的影响。

串行接口功能：ARM微处理器通过串行接口与ZigBee无线通信模块相连，进行串行通信和数据传输。

ZigBee模块功能：与电器设备无线通信，负责数据的无线收发。

JTAG接口功能：进行系统硬件、软件、应用程序的测试

现代网络通信中，串口服务器扮演着连接串口设备与网络的桥梁角色，为远程管理和控制提供了便利。本文将深入探讨串口服务器的用法和原理，帮助读者全面了解其工作机制与应用场景。

1. 串口服务器的工作原理

串口服务器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：

1.信号转换：串口服务器通过串口接口连接到串口设备，将串口设备发送的信号转换成网络数据流。

2.网络传输：转换后的数据流通过网络接口发送到网络上，利用网络进行数据传输。

3.数据接收：接收端设备接收到网络数据流后，串口服务器将其再次转换成串口设备信号。

这样就实现了串口设备与网络之间的数据通信和转换。

2. 串口服务器的组成部分

典型的串口服务器通常包括以下几个组成部分：

1.网络接口：用于连接到网络，通常支持以太网、Wi-Fi等不同类型的网络连接方式。

2.串口接口：用于连接到串口设备，支持串口标准如RS-232、RS-485等。

3.数据转换模块：负责将串口设备信号转换成网络数据流，并将接收到的网络数据流再转换成串口设备信号的模块。

4.配置界面：提供用户界面，用于配置串口服务器的参数，包括网络地址、串口参数等。

5.使用串口服务器的步骤

3. 使用串口服务器的步骤如下：

1.连接串口设备：将需要远程管理或控制的串口设备连接到串口服务器的串口接口上。

2.网络连接与配置：将串口服务器连接到网络上，并进行必要的网络配置，包括设置IP地址、子网掩码、网关等。可以通过串口服务器提供的配置界面进行设置，也可以通过Web界面或者Telnet等方式进行配置。

3.客户端软件安装：在远程设备上安装串口服务器的客户端软件，用于与串口服务器进行通信。

4.远程管理与控制：使用客户端软件连接到串口服务器，进行远程管理和控制串口设备的操作。

5.应用场景与拓展

DC9~36V供电，防反接，兼容工程中常用的DC12V/24V供电。电源、信号全隔离，隔离耐压高达3KV，极大增强抗干扰能力并保护后端设备。控制逻辑为硬件自动完成，零延时自动收发转换。全接口防雷防静电。波特率支持300~460800bps，满足大部分应用场景。每路RS485通信距离至少1200米。