基于ZigBee的信标裁判系统设计

ELECTRONICS WORLD・技术交流
本文介绍了一种新的方案，采用ZigBee构建无线传感网来实现信标裁判系统设计。

1.绪论
全国大学生智能车竞赛的信标越野组，要求信标裁判系统能够自动检测小车是否靠近信标,控制灯的灭亮,以及计时显示。

目前，龙邱科技和蓝宙电子各自推出一种信标裁判系统。

龙邱科技采用的是有线网络控制五个信标，蓝宙电子采用的是基于2401无线射频技术完成对信标的控制，检测原理都是电磁感应原理。

本文则是基于ZigBee的无线传感网实现对五个信标的控制，应用于大学生智能车竞赛。

由ZigBee实现五个信标的无线传感网络控制，可减少布线，降低安装和维护的成本,且ZigBee组网能力强，编程复杂度低，节点的数量可灵活调整，便于网络的扩容和重新配置，有利于功能拓展和改良。

2.功能要求与硬件设计
信标模块由LED、线圈、检测电路、ZigBee 组成。

本文采用ZigBee构建星型网络，设置一个信标为协调器,四个为终端节点，并设计了系统的两种工作模式：五个信标灯同时亮起和随机点亮模式。

本文设计中采用龙邱科技公司的LED和线圈。

ZigBee模块的主控芯片使用的CC2530，线圈检测电路放大倍数为100，并实现I/V转换，设置3个按键分别用于实现复位和模式选择，液晶显示用计时显示。

实验中，按键设置再协调器上，进行实际应用中，可将按键和液晶显示置于场外。

3.系统软件设计
信标裁判系统中协调器节点上电，开始组建控制系统网络，终端节点逐个上电后，加入网络；然后，协调器进入事件查询的死循环中，根据按下的按键决定点亮LED灯的模式。

在按键事件触发时首先让协调器立刻做三件事：①所有计数和flag清0。

②所有用户自定义事件关闭，以及让LED熄灭。

③广播“RESET”，让四个终端里所有计数清零，AD采样事件关闭，以及LED熄灭。

最后确定按下的按键是S1还是S2。

由此实现信标控制系统的两种工作模式的自由切换，
按下S1，则同时点亮五个信标的灯。

基本流程：协调器广播点亮四个终端，终端收到消息则点亮LED，采样，并回复协调器；协调器收到终端回复则使信标亮灯个数计数count1+1，当count1=4时，则点亮自身，启动AD采样和计时，以及停止协调器广播，实验验证，本过程基本可以视作同时点亮；使用磁标以一定速度经过信标的检测线圈，终端视为有小车经过，将其LED灯熄灭，AD采样关闭，由于AD 采样的开启和关闭都是紧随LED的开关，这里只需要将LED状态发送给协调器即可；协调器对信标灭灯个数count2计数，count2=5，停止计时，并显示时间。

按下S2，则随机点亮一个，每次只点亮一个。

基本流程为：协调器广播，让四个终端回复网络地址给协调器，终端收到之后回复网络地址，协调器收到四个不同网络地址回复的消息则停止广播，点亮自身，并且启动AD采样和计时，因为协调器与终端外观一致，摆放本身存在随机性，所以这里就没有使用随机函数，直接点亮协调器的LED及启动采样计时；使用磁标以一定速度经过信标的检测线圈，协调器视为有小车经过，将其LED灯熄灭，AD采样关闭，并点播一个new.BUF.Device为A的终端，使其点亮LED，启动AD采样；若终端节点A有小车经过，则将其LED灯熄灭，AD采样关闭，并点播告知协调器，由协调器对灭灯信标个数count2进行计数，并点播一个new.BUF.Device为B的终端，使其点亮LED，启动AD采样，依此类推；当count2=5，停止计时, 并显示。

同时，也实现了在随机点亮灯的模式中，协调器要依次不重复的点播每个终端。

终端回复协调器的消息结构体如下：
typedef union h
{
uint8 NEWS[6];
struct RFRXBUF
{
unsigned char Device;
unsigned char addr[4];
unsigned char LED_state;
}BUF;
}NEW;
对于四个终端节点，所给的new.BUF.Device分别为‘A’，‘B’，‘C’，‘D’，以此区分四个终端节点的网络地址消息和灯的状态消息。

new.BUF.addr[4]用于终端节点存放各自的网络地址。

new.BUF. LED_state的值放入的是‘W’，‘R’，‘O’或者‘F’，‘W’表示该终端节点是来送地址的，‘R’’表示该终端节点已经关闭采样事件和熄灭LED，‘O’表示该终端节点的灯已经在闪烁，‘F’表示该终端节点的灯已经在熄灭。

自定义用户事件TIMER_EVENT = 0x01为计时事件，设置为周期事件，周期为10ms，即每10ms就会触发定时事件，执行一次count3++，所计时间等于count3*10ms，每次进入执行完count3++后就会去查看五个信标是否都熄灭，如果5个都熄灭，则会停止计时，并显示所计时间。

由于count3定义为无符号16位整型，故count3最多计数到65535，对应时间为655.35s，而信标组比赛的最长时间可能定为120秒。

最大计时可以满足要求，且精度高（精度=10ms/655350ms=1.5*10-5）。

此外，采样和LED闪烁都可以调用ZigBee协议栈函数，按键事件为系统事件，这里就不再赘述。

4.总结
经测试，本次设计的基于ZigBee的信标裁判系统具备检测、采样、计时显示控制等功能，且系统运行稳定，方案可行。

基
于ZigBee
的
信
标
裁
判
系
统
设
计
武
汉
理
工
大
学
揭
梦
梅
DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.04.101
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