ZigBee技术在ARM数控系统组网中的应用

0 引言

　　当前嵌入型数控系统接收由CAD／CAM软件生成的G加工代码通过串口或以太网口传送。但使用串口传送通常需在数控系统旁再配备1台主机，而利用以太网口传送又会增加嵌入式处理器的运算压力。在目前常用的无线通信中，ZigBee具有低功耗，成本低，时延短，网络容量大，安全可靠，无需注册公共频段2．4G等优点，尤其是其低功耗的优势突出，适合数控系统的代码传输。故基于ARM技术和ZigBee技术实现嵌入型数控系统的无线组网，由ARM网关负责网络管理和数据分发，并提供Intemet接口，可远程登陆传输代码和进行控制。

1 系统网络的组建结构

　　网络结构拓扑采用星形结构，如图1。结构中心是基于ARM处理器设计的系统网关，接收来自局域网或者外部Intemet网络传来的数据包，然后根据包头信息分发到各个数控系统。其中网关到数控系统之间的数据格式要求有一定协议默契，以保证数据的正确处理。

图1系统网络组建结构图

2 无线系统软硬件设计

　　2.1 无线节点的硬件设计

　　无线节点的通讯耗电量较大，需要足够大的电流供应，因此设计的重难点在实现低功耗和低成本上。无线节点的硬件主要包括微控制器、无线收发芯片和天线3部分构成，如图2。

图2 无线节点硬件结构图

　　无线收发芯片选用了飞思卡尔的ZigBee2Ready芯片MCl3192，其工作电路只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低，而且其选择性和敏感性指数均超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。MCl3192芯片支持2～3.4v供电电压，可直接使用干电池作为供电电源。天线采用PCB布线平衡方式实现，节约了成本。

　　微控制器由数控系统的ARM7处理器LPC2292担当，其片内具有256K的Flash存储器，可用来存储程序代码，同时还具有16K的片内RAM，用来存储临时数据。该芯片为工业级控制芯片，具有速度快、抗干扰能力强、易于调试等特点。将LPC2292的4个I／O设置为SPI功能，作为SPI总线的SCK、SDO、SDI、nSS四根信号线与RF收发器相连，微处理器充当SPI主器件，而RF收发器作为从器件进行数据传输。

　　2.2 网关主结点设计

　　ARM网关的设计基于LPC2292处理器。本网络设计基于星型网络结构，将主节点嵌入在网关内部实现。主节点是无线网络的管理员，负责网络的建立，地址的分配，成员的加入，节点设备数据、数据转发表、设备关联表的维护，并能根据网络的状况更新。软件设计上首先要编写sPI驱动程序。当系统网关获得网络上的数据后，可根据IP地址将网络的数据解析出来，然后将内部网络地址和数据封装成帧，将数据以广播的形式发送给接收器。在通讯前，主节点必须先把网络建立起来；当主节点工作时，还要扫描有没有新的子网加入，如有新的子网加入，要对其分配ID；当主节点与终端节点进行数据传输时，为保证传输数据的可靠性，采用应答式。系统网关程序流程见图3。

图3 系统网关程序流程图