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摘要：ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术。其重要特性涉及：含有多跳传送（multi-hop relay）机制、网络扩展性能好、布设容易以及含有自组织与自修复能力。在无线传感网络的应用中，声音也是一种传感量，传输采样的声音数据正是声音传感应用的基本规定，，提出实现语音通信的研究课题。
本课题设计了基于CC2430芯片的Zigbee硬件模块，通过理解，在空旷环境下的视距传输距离大概30米；，开发了硬件实验平台，用以研究短距离的无线语音通信技术。语音通信方案充足运用CC2430 SoC的性能特点，使用芯片内部的ADC和APR9600完毕语音采样及回放，无需外部的语音编解码器件且使用的外围器件极少。系统能够较好地实现实时语音无线传输，发射功率不大于0 dBm，语音延时不大于25ms，传输距离达成15米，音质MOS测试分达成3分以上。该方案硬件简朴，成本低廉，功耗很低，可应用于矿井井下生产、无线传感器网络、消防、安全监控领域，。
核心词：； ZigBee； CC2430； APR9600； 无线语音通信
Based on ZigBee wireless voice transmission system design
Abstract：ZigBee technology is a kind of short, low complexity, low power consumption, low rate, low cost wireless network technology. Its main features include: with multiple hops transmission (multi - hop relay) mechanism, extend the network performance is good, layout easily and has since organization and the self-repairing ability. In wireless sensor network applications, the audio is also a kind of sensor volume, transmission sampling voice data is the basic requirement of voice sensing, so this paper the application of / ZigBee proposed realize voice communication environment, the research subject.
This topic was designed based on the CC2430 chip Zigbee hardware modules, after understanding in open environment, the transmission distance stadia about 30 meters; On the basis of designed on the basis of voice communication system solutions, developed hardware test platform to study the sprint wireless voice communications technology. Voice communications plan make full use of CC2430 SoC performance characteristics, use chip APR9600 completed internal ADC and speech sampling and playback, without external voice codec pieces and use of peripheral devices seldom. System can well realize real-time speech wireless transmission, transmission power, less than 0 dBm 25ms speech delay, the transmission distance to less than 15 meters, timbre MOS test points to three points. The scheme hardware simple and low cost, low power consumption, and can be used to mine production, wireless sensor network, fire control, safety monitoring field, expand the scope of application.
Keywords: ， ZigBee, CC2430, APR9600, wireless voice communication
目录
第一章 绪论 1
选题的背景 1
国内外的研究现状 2
无线传感网络国内外应用现状 2
.2 Zigbee技术国内外发呈现状 3
生产需求状况 3
研究目的和意义 4
本论文的研究内容 5
第二章 Zigbee合同栈构造和原理 6
Zigbee合同栈概述 6
ZigBee网络体系 7
两种功效类型设备 7
三种节点类型 8
三种网络拓扑构造 8
两种工作模式 9
IEEE 9
载波信道和频率的描述 10
物理层(PHY)数据包的格式 10
介质接入控制子层MAC 11
MPDU 数据单元的解决 11
MAC层数据的传输 12
Zigbee网络层 15
组网管理 17
Zigbee路由算法 18
第三章 CC2430模块的硬件设计 24
Zigbee芯片的描述 24
CC2430 无线单片机介绍 25
CC2430芯片的重要特点 25
CC2430芯片的引脚功效 28
CC2430 芯片的典型电路应用 29
CC2430模块硬件设计与实现 30
CC2430 模块的电路图 30
硬件方面的设计 30
软件设计 34
IAR开发环境介绍 34
ADC参数配备 35
使用TI-MAC合同栈进行语音传输 36
总结 39
致谢 40
重要参考文献 41
第一章 绪论
选题的背景
Zigbee是一种短距离、低速率无线网络通信技术，其开发是为了建立一种低成本、低功耗的社区域的无线通信方式，在此基础上通过软件合同栈发展出易布建的大容量、不依赖现有通信网络和现有电力网络的无线网络。
Zigbee在工业控制、家庭智能化、无线传感器网络等领域有广泛的应用前景。数据传输速率低。只有10kb／s～250kb/s，专注于低传输应用。在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的状况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。WSN的节点对功耗的需求极其苛刻，传感器节点需要在危险（例如战场、核辐射）的区域持续工作数年而不更换供电单元。由于ZigBee数据传输速率低，合同简朴，因此大大减少了成本，这也正是蓝牙系统所不含有的。无线传感器网络中能够含有成千上万的节点，如果不能严格地控制节点的成本，那么网络的规模必将受到严重的制约，从而将严重地制约WSN的强大功效。 每个ZigBee网络最多可支持65000个节点。由于WSN的能力很大程度上取决于节点的多少，也就是说可容纳的传感器节点越多，WSN的功效越强大。因此ZigBee的网络容量大的特点非常符合WSN的需要。有效覆盖范畴在10～75m之间，但是能够扩展到数百米，具体根据实际发射功率的大小和多个不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。减少WSN节点的能量消耗和平衡全部节点的能量，有必要缩小节点RF模块的覆盖范畴。、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段，含有16个扩频通信信道。对应的，。ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功效，硬件本身支持CRC和AES－128。这一安全特性能较好地适应军事需要的无线传感器网络。
总结Zigbee有下列优点：
低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,并且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就能够维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,—, 并且ZigBee合同是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一种核心的因素。
时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术合用于对时延规定苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
网络容量大: 一种星型构造的Zigbee网络最多能够容纳254个从设备和一种主设备, 一种区域内能够同时存在最多100个ZigBee网络, 并且网络构成灵活。
可靠: 采用了碰撞避免方略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接受方确实认信息。如果传输过程中出现问题能够进行重发。
安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功效,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用能够灵活拟定其安全属性。
ZigBee重要应用在距离短、功耗低且传输速率规定不高的多个电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反映时间数据。因而它的应用目的重要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络）、医护（如监视和传感）、家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警）、消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。
国内外的研究现状
无线传感网络国内外应用现状
军用领域：国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络项目有遥控战场传感器系统（Remote Battlefield Sensor System）、网络中心战（NCW）及机灵传感器网络（SSW）、智能尘（smartdust）、Intel mote、Smart-Its项目、Sensor IT、行为习性监控（Habitat Monitoring）项目。Sensor IT项目探索了如何将WSN技术应用于军事领域，实现所谓“超视距”战场监测。
民用领域：美日等国家运用该技术对多个领域进行了应用[2]：
英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校合作针对微尘技术进行研究，并于将传感器网络技术应用到大鸭岛海燕生活习性监测项目。
日立制作所与YRP泛在网络化研究所于11月24日宣布开发出了全球体积最小的传感器网络终端，作为安装电池的有源无线终端，能够搭载温度、亮度、红外线、加速度等多个传感器。构想应用于大楼与家庭的无线传感器以及安全管理方面。
三菱电机9月29日宣布成功试制出了支持近距离无线通讯技术ZigBee的无线传感器。
在旧金山，科学家将200多个Mica2节点布署在金门大桥构成WSN，用以监测大桥从一端到另一端的摆动幅度，从而及时发现大桥隐患。
国内现状：我国无线传感网络及其应用研究几乎与发达国家同时启动。中国科学院上海微系统联合声学所、微电子所、半导体所等十余个校所，初步建立传感网络系统研究平台，在无线智能传感网络通讯技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面获得很大的进展。
.2 Zigbee技术国内外发呈现状
，。世界上有八家支持ZigBee联盟的创始者公司，即Chipcon、Ember、Freeseale、Honeywell、Mitsubishi、Motorola、PhiliPs、Samsung。ZigBee联盟公司涉及有IC供应商、无线IP提供商、OEM厂商、测试设备制造商、最后产品制造商等，提供ZigBee合用的产品和方案。
到4月，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司通过了ZigBee联盟对其产品所作的测试和兼容性验证。飞思卡尔推出全球首个符合ZigBee原则的平台，制造商现在能够将ZigBee技术用于传感和监控应用。中国市场，华为、海尔等中国OEM公司也加入了ZigBee联盟，许多院所展开了对ZigBee的研究。
ZigBee在中国的应用也更加广泛。例如以海尔的U-HomeWireless Network为代表，涉及通过Internet、电话、手机或进行家庭监控、无线网关控制等。同时许多公司也在进行ZigBee有关产品的开发工作，有代表性的公司有上海顺舟网络科技有限公司[3]、成都无线龙通讯科技有限公司等[4]。
生产需求状况
为了推动ZigBee技术的发展，Chipcon与Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee Alliance，现在该联盟已经包含130多家会员。该联盟主席Robert ，以免专利费的方式吸引中国本地公司加入。这一预言正在从ZigBee联盟及其组员近期的一系列活动和进展中得到验证。在原则林立的短距离无线通信领域，ZigBee的快速发展能够说是有些令人始料不及的，从底标精确立，到底有关芯片及终端设备总共卖出1500亿美元，应当说比被业界
“炒”了数年的蓝牙、Wi-Fi进展都要快。，结合其它无线技术，能够实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有含有巨大的运用价值，在将来其应用能够涉及到人类日常生活和社会生产活动的全部领域。随着21世纪社会经济和当代科技的快速发展,人们对能够随时随处提供信息服务的无线通信的需求越来越迫切。 短距离无线通信技术作为成为无线通信技术领域的一种重要分支,在诸多无线数据传输中的应用已经越来越广泛。Zigbee的出现,弥补了短距离数据通讯的低成本解决方案空白,，时，zigbee芯片销量只达成约1000万元美元，而就已经达成约6000万美元，预计可达成3万美元，复合增加63%。通过这些数据，我们能够看出zigbee的需求量是比较庞大的。
研究目的和意义
ZigBee技术作为一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术，它根据IEEE ，在数千个微小的传感器之间通过互相协调来实现通信，其重要特性涉及：含有多跳传送（multi-hop relay）机制、网络扩展性能好、布设容易以及含有自组织与自修复能力。由于ZigBee技术含有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等许多优点，诸多研究机构将其作为无线传感器网络的通讯原则。
传统上ZigBee重要应用于家庭自动化、工业自动化、库存管理、产品质量控制、灾害地区监测、生物监测和监督、定位及消防安全等领域，其传输的数据为非实时数据。无线语音通信则属于即时数据传输，即使实现无线语音通信不是ZigBee原则最初的目的，但在许多领域中如果没有语音通信功效，将使其应用受到很大的局限；另首先，在有紧急需求和布置不易环境下（如矿井井下救援、消防急救），ZigBee含有其它通信技术难以替代的优势，如能运用ZigBee网络进行双向语音传输则含有非常大的实用价值；同时，在无线传感网络的应用中，声音也是一种传感量，传输采样的声音数据正是声音传感应用的基本规定。，提出实现语音通信的研究课题。
本论文的研究内容
重要研究内容涉及下列几点：
①，开发低成本的ZigBee无线模块
②为了实现语音的正常传输，我们通过芯片APR9600进行接受和解决
③研究基于ZigBee的无线语音传输系统的设计
第二章 Zigbee合同栈构造和原理
Zigbee合同栈概述
Zigbee 合同栈由一组子层构成。每层为其上层提供一组特定的服务：一种数据实体提供数据传输服务，一种管理实体提供全部其它服务。每个服务实体通过一种服务接入点（SAP）为其上层提供服务接口，并且每个SAP提供了一系列的基本服务指令来完毕对应的功效。
，它即使是基于原则的7层开放系统互联（OSI）模型，但仅对那些涉及Zigbee的层予以定义。IEEE —原则定义了最下面的两层：物理层（PHY）和介质接入控制层（MAC）。Zigbee联盟提供了网络层和应用层（APL）框架的设计。其中，应用层的框架涉及了应用支持层（APS）、Zigbee设备对象（ZDO）及由制造商制订的应用对象。
图2-1 Zigbee合同栈的体系构造
相比于常见的无线通信原则，Zigbee合同套件经凑而简朴，具体实现的规定很低。Zigbee联盟但愿建立一种能够连接每个电子设备的无线网，它预言Zigbee将很快成为全球高端的无线技术，Zigbee节点达成30亿个。含有十几亿节点的网络将很快耗尽已不够用的IPv4地址空间，因此IPv6与IEEE 。IPv6采用128位地址长度，几乎能够不受限制地提供地址。
在IEEE 个含有3种速率的信道；；915MHz频道有10个40Kb/s的信道；868MHz频段有1个20Kb/s的信道。这些信道的中心频段按以下定义[6]（k为信道数）：