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摘 要：本文首先对IEEE802.15.4协议和ZigBee协议进行了研究,分析了JN5121 ZigBee的软硬件开发环境,包括JN5121芯片、传感器开发板、编译环境CodeBlocks、烧写器Flash Programmer等,然后基于该软硬件环境,实现了无线键盘的软件设计,包括系统设计的总体结构,ZigBee无线键盘的工作原理和过程,并给出了程序流程.最后对本文做了总结并指出了下一步研究方向.
关 键 词 ：IEEE802.15.4协议；ZigBee协议；无线键盘
中图分类号：TP212.9
1.ZigBee协议及其应用
ZigBee协议底层是基于IEEE802.15.4无线通讯协议.ZigBee规范是由半导体厂商、技术供应商和其他公司组成的一家非营利工业协会（即ZigBee联盟）制定的.联盟当前的成员规模不断广大.ZigBee规范致力于利用IEEE802.15.4所提供的特性,ZigBee适用于低速率、低功耗的应用环境.
ZigBee是部署无线传感器网络的新技术.它是一种短距离、低速率无线网络技术,是一种介于无线标记技术和BlueTooth之间的技术提案.ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时,通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴,达到交换信息的目的.借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术.
2.开发环境
2.1 硬件环境
JN51XX芯片是英国Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列无线SoC芯片,该系列芯片完全兼容,封装与管脚也完全一样,用户能够很容易的在该系列的产品中进行平台移植.JN5139与JN5121相比较,天线的灵敏度更高,功耗更低,通讯距离更远.
2.2 开发板
JN51XX-Z01-MXX模块：JN51XX-Z01模块是基于JN51XX芯片所开发的一系列表帖形式的模块产品.该系列模块集成了所有的射频组件和无线微控制器.采用模块进行开发可以大大的减少开发人员的工作量,缩短产品的开发周期.这一系列的模块包含下列不同的型号：JN51XX-Z01-M00内置陶瓷天线；JN51XX-Z01-M01带有A天线连接接口；JN51XX-Z01-M02带有功率放大器和A天线连接接口.
开发包中的主要部件就是传感器板,之所以叫做传感器板是因为每一个板子上都集成了相应的温湿度一体传感器,这样用户就可以直接利用传感器板进行一些应用的测试和开发.传感器板包含的部件如下所介绍：
JN51XX模块板载温湿度传感器RS232接口：用于编程或者连接其他的串口设备JN51XX的I/O扩展端口,RS485 J1 CMOS Program,J2 Prog Run,J3 Flash,J4 I/O脚,J5 RS232/Program Port,J6 J1和J5编程/串口选择,J7 RS485端电阻,J8如图标注,SW1,SW2可编程按键,SW3开关（可选择外供电或电池）,PWR电源指示灯LED1,LED2可编程LED.
2.3 软件环境
ZigBee开发环境有多种平台,在设计过程中主要使用了Jennic的设计平台Code：：Blocks,它是一个全功能的,开放的免费提供的IDE,基本包含代码开发编译工具、程序下载工具等基本组成部分.其中,代码编译工具包括以下几个内容：CodeBlocks IDE、Jennic Cygwin、ZigBee stack和MAC stack、Jennic Debugger Tools；第二个部分则是Jennic Flash Programmer的安装.
3.程序的设计和实现
3.1 方案设计
此方案有硬件有五部组成：传感器板子,控制器板子,一个普通的键盘,一个5V电源,连接线.可以实现通过键盘输入字符,此字符先转化为二进制代码,并打包分批传递到传感器板子,传感器板子通过无线网络发送给控制板子,控制板接受数据后将二进制代码还原为字符,并通过屏幕显示出来.
3.2 程序设计流程
根据性能和作用的分析,可以把这两块代码执行的情况用流程图表示出来.传感器板应用程序软件的主要任务有三个：读PS2总线,传输一个字节的键盘码,接受到一个确定.传感器板把键盘传过来的键码一个一个的发送给控制板,等待控制板的确认信息,收到确认后接着发送下一个键码,没有收到且超时就重新发送一次.在无线键盘应用程序的设计中最主要的是把应用程序中断和协议栈中断分开.控制板应用程序在整个流程中显得很简单,只接受到键盘码序列,然后翻译成ASCII码,再将其显示到LED,然后发送一个确认给等同的应用程序.既控制板那边就是不停检测是否收到数据,如果收到,首先判断收到的数据是否在有效范围内,如果是就翻译,然后把翻译后的数据显示在LCD显示屏上,如果不是就接收下一个数据.
3.3 程序调试、下载和运行结果
打开Jennic CodeBlocks,打开ZigBeeKEyboardEndDevice工程目录,并鼠标右键选择Build options,选择合适的调试器,用同样的方法对ZigBeeKeyboardCoord工程目录执行同样的操作,具体步骤同上.然后对ZigBeeKEyboardEndDevice工程下的PS2socket.c文件,ZKBgetKey.c文件,ZKBsensor.c文件进行编译和链接,选择ZigBeeKEyboardEndDevice后点击build按钮.编译ZigBeeKEyboardEndDevice.编译完成后您将在工程目录下找到一个 JN5121_Build目录,将在这个目录下找到ZigBeeKeyboardEndDevice.bin文件,同样的方法编译ZigBeeKeyboardCoord在JN5121_Build 目录同样也生成相应的bin文件,下载和编译应用程序如下所示：
第一步：保证工程目录存在于
第二步：使用在当地Build目录下提供的MakeFile文件,Build应用程序.或者是提供Code：：Blocks工程文件 （.cbp文件）.
第三步：下载已经生成的二进制文件到板子上.
（1）下载ZigBeeKeyboardCoord.bin 到Jennic控制板上；
（2）下载ZigBeeKeyboardEndDevice.bin到Jennic控制板上.
4.结束语
通过ZigBee技术,以其高效的传输速率、良好的可靠性、网络组建方便、节点容量大和功耗小等优点无线网络设备中扮演着重要角色.通过以上对无线键盘系统的设计得出其在当今网络通信领域的特点：首先网络连接方便,有多种网络结构可以选择：星型网络适合实现对键盘设备的几种无线控制；树型网络则适合于分级控制；网格型网络适合对无线通信系统的交错控制；其次采用编码技术,提高了信息传输过程中的可靠性；路由技术应用提高了连接的节点数量,并且保证可靠信息传输路径,延长了传输局距离、拓展了控制范围；增加了传输信道；并且保证了在每一个节点都能工作在节点模式下.