基于Zigbee技术无线投票表决器基站设计和实现

２ 系统概述
整个 无线投票表 决器 系统，由监控 中心，基 站 ，
表决器组成 ，如 图 １所示 。基站既作 为远程监控中心
图 １ 无线投票表决器系统整体结构
３ 硬件设计
基站硬件结构如图 ２所示 ，由 Ａ Ｍ７处理器 Ｒ
与无线投票表决器设备通信 的枢纽 ，并且还作为无线
①收稿时１：０ １０．２收到修改稿时ｆ ２ １．４１ ＂ ２ １－３１； ￣ ￣： １０—９ ０
分析 了该基站 的软件设计 ，介绍了基站如何建立无线投 票表 决器 网络 ，收集 表决器 的投票情况 ，接受远程监控
访 问的过程 。并且对其硬件平 台的结构做了相应 描述 。 关键词 ：基站 ；Ｚｇ ｅ； 以太网；无 线；投票表决器 ｉｂｅ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｓ ｔ ｔｏ ｏ ｉｅ ｅ ｓＶｏ ｉ ｖ ｃ ｓ ｄ ｏ ｇ ｅ ｓｇ ｎ ａ ｉ ｔｏ ｆｔ Ｂａ ｅ Ｓ ａ ｉ ｎ ｆ ｒＷ ｒ ｌｓ ｔｎｇＤｅ ｉ ｅＢａ ｅ ｎ Ｚｉ ｂｅ ｚ ｈｅ
Ｃ ＰＩ Ｏ
＿
器数 目，并 向上位机发送统计结果 。屏蔽此后 所有 申 请加入该 网络 的投票表决器设备直到基站收到 上位机 更新 网络 的命令 。上位机收到参与该阶段 的投 票表决
器 总数 若大于设定 的最低人数 时，则 向基 站发送投票
＿
Ｐ ２ ） ／ 断 ｃ２ ２ 的 Ｇ Ｉ ４ ｈｌ （ Ｔ Ａ ９）／ ；判 ｃ５０ Ｐ Ｏ ｗ ｉ （ ９ ｅＡ １ Ｃ
Ｅｈ ｍｅ ＭＡＣｂｏｋ 与各种类 型 的 Ｐ ｔｅ ｔ —ｌ ｃ ＨＹ 连接【。 它 ６ ］
片 内 ２ ６ Ｂ Ｆａｈ ６ Ｋ Ｒ ５Ｋ ｌ 和 ４ Ｂ Ｓ ＡＭ， ｓ 还包括 了 ＵＳ Ｒ 、 Ａ Ｔ
包括一个数据 接 口，以及一个 ＭＡ Ｃ和 Ｐ Ｙ之 间的管 Ｈ 理接 口。 Ｐ Ｙ 上 电后 ， 在 Ｈ 先对 Ｄ １ １ Ｍ９ ６ 进行一次软件 复位操 作，待软件复位结束后使 Ｅ ＭＡＣ和 Ｐ Ｙ 各 自 Ｈ 进行初 始化设置 ，并使能 Ｅ ＭＡＣ和 Ｐ ＨＹ接 口，然后
＿
Ｂ Ｅ ＰＯ ＞ Ｉ ＤＳ ） Ｔ １ Ｉ Ａ ９； 待 ＡＳ Ｉ Ａ．ＰＯ Ｐ Ｒｌ ９ Ｃ ＰＯ ｐ ２ ）等 ＆Ａ ／
数 据 包 发 送 完 毕 Ｃ ２ ２ ＮＳ Ｓ Ｒ Ｂ （ Ｃ ５０ Ｉ Ｃ ５０Ｉ Ｔ Ｏ ＥＣ ２２ Ｎ
其 中为 了保证获得正确 的数据包读 取位置在读取数据
包之 前必需先 调用 Ｇ ｔ ｐ ｔａｋ ｔｅ０函数获得数据 ｅ ｎ ｕＰ ｃ ｅ ｎ ｌ Ｌ 包 的长度 。 ４ ｉｂ ｅ ． Ｚ ｇ ｅ 收发芯片 Ｃ ５ ０ 动 ２ Ｃ２ ２ 驱
４ 软件设计
由初始化模块 ，数据发送模块和数据接收模块组
（ Ｃ ５ ０Ｉ Ｓ Ｓ Ｌ Ｓ Ｘ ； ｌｆ ｉ Ｔ Ｂ ｆｘ ｕ ｅ， Ｃ ２ ２ ＿Ｎ ＿ Ｆ Ｕ ＨＴ ） ａ Ｗｒ ｅ ｘ ｕ（ Ｂ ｆ ｒ ｈＲ ｔ ｔ Ｓ Ｒ Ｂ （ Ｃ ５ ０ Ｉ —Ｔ Ｎ ； Ｔ Ｏ Ｅ Ｃ ２ ２＿ＮＳ Ｓ ＸＯ ）／ ／
图 ３ 软件整体结构
进入发送状态
成 。通过初始化模块对 Ｃ ２ ２ Ｃ ５ ０进行初始化配置 。其 中包括对 Ｃ ２ ２ Ｃ ５ ０进行启动 ，设置 网络频道号，发射 功率 ， 自动 Ｃ Ｃ校验 ，将 Ｇ Ｉ ４管脚配置成用来接 Ｒ ＰＯ 收 Ｓ Ｄ 帧起始信号 。 Ｆ 发射模块完成数据 的发送任务 。下面程序 为数据
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔ：ｗ ｗ． Ｓ ．ｒ． ｔ ｌ ｗ Ｃ — ｏｇ ｎ ｐｌ －ａ ｃ
２１ ０ １年 第 ２ Ｏ卷 第 ｌ １期
基于 Ｚｇｅ 技术无线投票表决器基站设计和实 ｉ ｅ ｂ
张程皓 ，彭 楚武 ， 肖昌炎 ，唐 韬 ，邹 杨
（ 南大学 电气与信息工程学院 ，长沙 ４ ０ ８ ） 湖 １０ ２
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｉ ｈｉ ｒｉｌ ， ｓ ｔｔｏ ｆｒ ｍｏ ｅｍｏ ｉｏ ｎ ｙ ｔｍ ｓｄ ｓｇ ｄ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｇ ｅ ｅ ｈ ｌ ｇ ， ｉｈ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｓａ ｔｃｅ ａｂａ ｅ ｓａｉ ｎ ｏ ｅ ｔ ｎｔ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｗａ ｅ ｉｎｅ ａ ｅ ｎ Ｚｉ ｂ ｅｔｃ ｎｏ ｏ ｙ ｗｈ ｃ ｉ
软件整体 结构框 图如图 ３所 示。本 基站采用 ｕ ／ Ｃ Ｏ． ＳＩ Ｉ操作 系统，并在此操作系统上完成基于 Ｔ ＰＩ Ｃ／ Ｐ
协议 的 Ｌ ｌ ｗ Ｐ协议栈和基于 Ｚｇ ｅ 协议的 ｍｓ ａ Ｐ Ｎ ｉｂ ｅ ｓｔ Ａ ｔｅ
一 一
协议栈 的移植 ， 以及 以太 网网卡驱动 程序 ，无线收发
ｔ ｋ ｓＡ ９ ａ ｅ Ｔ ＡＭ ７ ５ ｓ ｈ ｅ ｔｒ ｏ ｅａ ｄ ｉ ｂ ｉ ｐ ｎｔ ｅ Ｃ ＯＳ Ｉ ｐ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ． ｈ ｓｉ ａ ｂ ｓ ｔ ｔ ｎ ｗｈ ｃ １ Ｓ Ｘ２ ６ ａ ｅ ｃ ｎｅ ｒ ｎ ｓ ｕ ｌ ｕ ｏ ｈ ￣ ／ —Ｉ ｅ ａｉ ｙ ｔｍ Ｔ ｉ ｓ ａ ｅ ｓ ｉ ｉ ｈ ｔ ｃ ｔ ｔ ｏ ｏ ａｏ
无法 实现远程监控和 多会议室 同时投 票等问题【。本 ｌ 】 文利用 Ｚｇ ｅ ｉｂｅ技术具有低功耗，使用频段免费和 以太 网具有传输远 ，传 输速 率快等特 点 ，将二者相结合 ，
设计 了一款无线投 票表决器基 站【。实现 了无 线投票 ２ 】 表决器远程监控和多会议室 同时投票功能。
１ 引言
投票 表决器在选举 ，会议 ，教 学，娱 乐节 目中得
到大量 的使用 。现行 的无线表决系统采用 单一的无线
投票表决器 网络中的协调器 ，维护和管理整个无线 网
络。基站收集 各投票表 决器 的投票情况 ，接受远程监
控中心的指令和定时访问。
、
网络 ，使无线 终端设备与上位机进行通信。 由于无线 网络存在传输距离有 限， 对障碍物 穿透性较差等 问题，
Ｇ Ｉ ４引脚为 Ａ ９ Ｓ ＰＯ Ｔ １ＡＭ７ ５ Ｘ２ ６提供接 收数据 帧起始
信 号和发送数据帧 结束信 号。
以太 网模 块 采 用 Ｄ １ １ 芯 片 ，Ｄ １ １ 是 Ｍ９ ６ Ｍ９ ６ Ｄａｉ ｍ 公司推 出的能实现全部 １ Ｍ／０ Ｍ 以太 网物 ｖｃ ｏ ０ １０ 理 功能的低功耗高性 能物理层 收发器 。
２ ０ 产 品应用 Ｐｏ ｕｔ ｐｉ １ ｒｄｃＡｐ ｌｄ ｅ
２１ ０ １年 第 ２ ０卷 第 １ １期
ｈｔ：ｗ ． Ｓａ ｒ． ｔ ／ ｗｗｃ —． ｇ ａ ｐ／ — ｏ ｃ
计 算 机 系 统 应 用
Ａ ９ Ｓ Ｍ７ ５ 、无线模块 、以太 网模块 ，存储模 块 ， Ｔ １Ａ Ｘ２ ６ 电源模块 ，和显示模块组成 。
发送过程 。 ｖ ｉ ａ ｆｅ ｄ ａｋｔ Ｙ Ｅ ｘ ｕ ｅ， ｉｔ ｓ ｅ ｏｄｈ ｌ Ｓ ｎ Ｐ ｃ ｅ Ｂ Ｔ ｔＢ ｆ ｒｕｎ８ ｉ ） Ｒ （ ｚ ｛
∥清 除 发 射 缓 冲 区
ｓ ｅ； 写发送缓冲区 ｉ ）／ ｚ ／
ＣＣ２５ ０ ２ Ｓ
—
Ｃ ２ ２ ＮＳ Ｓ Ｒ Ｂ Ｃ ５０Ｉ Ｔ Ｏ Ｅ
脚 和 Ｖ Ｅ Ｎ 引脚对 Ｃ ２ ２ Ｒ Ｇ Ｅ Ｃ ５ ０进行 片选和使 能 ，
实现 自动协 商过程 ，在 自动协商过程中，依靠 ＭＤ Ｏ Ｉ
接 口是 Ｅ ＭＡＣ和 Ｐ Ｙ进行通讯 ，使 二者配置成相 同 Ｈ 的速度和双工模 式。 最后 设置 Ｅ Ｃ地址并完成接收 ＭＡ 和发送 缓冲区标识符 的初始 化工作，使得每个描述符 指 向正确 的缓冲地址并将描述符 首地址写入队列指针 寄存器 。Ｅ ＭＡＣ 的数据 包读取 和数据 包传 送分 别 由 Ｅ Ｃ ｅｄ ａｋ Ｏ Ｅ Ｃ ｅ ｄ ａｋｔ 数来完成 ， ＭＡ Ｒ ａ Ｐ ｃｅ 和 ＭＡ Ｓ ｎＰ ｃｅ０
ｍａ ｅ ｏ ｎ ｃｉｎ ｏ ｇ ｅ ｎ ｈ ｒ ｅ ｓｕ ｅ ｏ ｉ ｌｍｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｎ ｔ ｒｎ ｆｗｉｅｅ ｓｖ ｔ ｇ ｄ ｖｉｅ Ｉ ａ ｋ ｓａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆＺｉｂ ｅａ ｄＥｔｅ ｎ ｔｉ ｓ ｄ ｔ ｍｐ ｅ ｎ ｅｒ ｍｏ ｅｍｏ ｉｏ ｇ ｏ ｒ ｌ ｓ ｏ ｉ ｅ ｃ ． ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｎ ｃ ａｓ ｅ ｌ ｅｖｏ ｉｇ ｏ ｈ ａｎｅｔ ｐ ｃｉ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｏ ｍｓａ ｈ ａ ｉ ． ｉ ｐ ｒａｓ ｅ ｃ ｂ ｓｔ ｅｓｒ ｃｕ ｅｏ ｌｏｒ ａｉ ｔｎ ｎｔ ｅｓ ｌ ｏ ｉ ｎｓ ｍｅｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｔ ｅｓ ｍｅｔ ｚ ｒ ｔ ｍｅ Ｔｈｓｐａ ｅ ｌｏｄ ｓ ｒ ｅ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｆ ｉ ｈ ｒ ｗａ ｅｐ ａｆ ｒ ａ ｄ ｒ ｌｔｏ ｍ． Ｋｅ ｒ ｓ ａｂ ｓ ｔｔｏ ； ｇ ｅ ； ｔ ｅ ｎ ； ｒ ｌｓ ； ｏ ｉｇ ｄ ｖ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｅｓａｉ ｎ Ｚｉ ｂ ｅ ｅｈ ｒ ｅ ｗｉｅｅ ｓ ｖ ｔ ｅ ｉ ｅ ｎ
芯片驱动程序 ，应用程序的编写工作［ ］ 。下面将详细 ． ４
对驱动程序和应用程序进行详细 的说 明。
４１以太 网网卡驱 动 ．
由 Ｅ Ｃ Ｉ Ｉ （函数完成对 Ｅ ＭＡ Ｎ Ｔ） ＭＡＣ 的初始化设
图 ２ 硬件 整体结构 其 中 Ａ ９ｓ Ｔ １ＡＭ７ ２ ６作为整个基站 的主控 芯片， ｘ５
Ｐｏ ｕｔ ｐｉｄ产 品应 用 ２ ｒｄ ｃＡｐｌ ｅ １ １
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔ：ｗ ｔ ｌ ｗｗ－Ｓຫໍສະໝຸດ Baidu ｒ． ｐｌ ｃ —． ｇｃ － ｏ ａ
２１ ０ １年 第 ２ ０卷 第 １ １期
ｗ ｉ （（ Ｔ １ ＿ ＡＳ ＿ Ｉ Ａ一Ｐ Ｏ Ｐ Ｒ ＆Ａ ９ ｈｌ ！Ａ ９ Ｃ Ｂ Ｅ ＰＯ ＞ Ｉ ＿ ＤＳ ） Ｔ １ ｅ（
由 Ａ ｍｅ 公司 出品，它集成 了 Ａ Ｍ７ Ｄ ｔ ｌ Ｒ Ｔ ＭＩ 处理器 ，
置 ，其 中包括对 Ｅ ＭＡＣ 操作模 式、ＭＩ 接 口和 Ｐ Ｙ Ｉ Ｈ
进行配置 ， 设置发送和接收缓冲 区描述符Ｉ。 Ｉ 口 ５ ＭＩ接 】 是 Ｉ Ｅ 一０ ． 定 义 的 以太 网行 业标 准 ，用 于 Ｆ ｓ Ｅ Ｅ ８２３ ａｔ
ＳＩ Ａ Ｐ 、Ｃ Ｎ控制器 、Ｅｈｍｅ 网口等外 围设备 。 ｔｅ ｔ 无线模块采用 Ｃ ２ ２ Ｃ ５ ０芯片 。Ｃ ２２ Ｃ ５ ０是 由 Ｔ 公 Ｉ
司推 出的第二代基 于 Ｚ ｇ ｅ／ Ｅ ８ ２１． ｉ ｅＩ Ｅ ０ ． ４协议 的收发 ｂ Ｅ ５ 芯片 。丰富 的硬件支持 帧处理，数据缓存 ，数据加密 ， Ｃ Ａ 等操 作 。Ｃ ２ ２ Ｃ Ｃ ５ ０通 过 Ｓ Ｉ接 口与 Ａ ９ Ｓ Ｐ Ｔ １ＡＭ ７ ２ ６实现通信 。Ａ ９ ｓ Ｍ７ ２ ６分别通过／ Ｓ 引 Ｘ５ Ｔ １Ａ ｘ ５ ＣＮ
ＺＨＡＮ Ｇ ｅ — ｏ ＰＥＮ Ｇ ｕ－ ｕ ＸＩ Ｏ Ｃｈ ｎｇ Ｈａ ， Ｃｈ Ｗ ， Ａ Ｃｈａ ｇ Ｙａ ， ＡＮ Ｇ ａ ， ｎ— ｈＴ Ｔ ｏ ＺＯＵ ｎｇ Ｙａ
（ ｓｔｔ ｏ ｌ ｔｃ ｌｎ ｆｒ ｔ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇＨｕ ａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｓａ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｉ ｔｕｅ ｆ ｅ ｒ ａ ｄＩ ｏｍａｏ ｇｎ ｅｉ ， ｎ ｎＵ ｉｅｓｙＣ ａｇｈ １ ８， ｈ ） ｎ ｉ Ｅ ｃｉ ａ ｎ ｉ Ｅ ｎ ｔ ４ ０ ｎ
摘 要 ：设计 了一款 以 Ａ Ｍ７芯片 Ａ ９ Ｓ ＭＴ ２ ６为核心 ，￣ ／ ＳＩ为操作系统的基于 Ｚｇ ｅ 技术无线投票 Ｒ Ｔ １Ａ Ｘ ５ ＣＯ ． Ｉ ｉ ｅ ｂ
基站。该基 站用于连接 Ｚｇ ｅ ｉｂｅ网络和 以太 网。实现了无线投票表 决器远程监控和多会 议室同时投票 功能。主要