XPort与ZigBee模块的Internet接入技术

引言

ZigBee技术作为一种新型的近距离、低功耗、低数据传输率的双向无线通信技术，在家电产品中得到越来越广泛的应用。在网络无处不在的今天，人们希望随时随地能访问和控制家庭中的各种家电设备。这就要求嵌入在家电产品中的智能控制系统 (Agent)能够与Internet相结合，使家电设备顺利地接入Internet，并能提供相应的网络服务。实现这些服务要求Agent必须实现 TCP／IP协议栈，不管是以软件方式还是以硬件方式，都会增加产品开发的成本、周期和复杂度。本文介绍一种基于XPort和ZigBee模块的 Internet接入方案，将它集成到家电产品的设计中，即可使智能家电设备便捷地接入Internet，然后通过Internet来控制。

1 XPort

XPort设备服务器是美国Lantronix公司开发的一种紧凑且高度集成的、可让任何带有串口的智能设备接入Internet的嵌入式设备。通过在自己的产品设计中集成XPort，开发人员不必考虑复杂的网络协议，可以大大缩短产品开发周期。XPort模块集成有Lantronix公司的DSTni- EX增强版16位CPU。该模块为i86内核体系结构，具有24位寻址能力、256 KB的SRAM、16 KB的引导ROM、384 KB的Flash和10／100 Mbps自适应以太网口(RJ45)。图1直观地显示了XPort的接口方式和内部布局。XPort一端为3．3 V CMOS电平的8引脚高速串口(GND，3．3VDC，Reset，Data In，Data Out，CPl，CP2，CP3)，另一端为RJ45标准以太网口。



XPort的主要功能是实现串口与10／100 Mbps网络间的数据转换，便于带有串口的设备接入Internet；另外还有Email告警功能，通过设定的条件触发。XPort高速串口支持 RS232、RS485协议，有300～921 600 bps的波特率可选。控制信号有DTR／DCD、CTS、RTS，流控制有XON／XOFF、RTS／CTS、3个PIO pin口(软件可选)。XPort网络接口的连接器为RJ45，支持协议有TCP／IP、UDP／IP、ARP、ICMP、SNMP、TFTP、 Telnet、DHCP、BOOTP、HTTP和AutoIP。XPort具有基于Windows平台的配置工具，内建Web服务器，Flash存储器可以存储用户自定义网页，固件可以通过TFTP和串口升级。XPort设备服务器还提供10／100 Mbps自适应以太网连接、存储在Flash中的可靠的操作系统、嵌入式Web服务器、完整的TCP／IP协议栈、标准的AES加密、状态指示灯和电磁屏蔽电路等。XPort的内部结构如图2所示，一端的串行接口与DsTni-EX连接，另一端的以太网连接器通过一个防电磁干扰电路与CPU连接。



XPort通过串口和边缘设备通信。XPort的工作电压为3．3 V，内部有一个电压监测电路，当提供的电压低于2．7 V时会触发重启。3．3 V电压通过内建的1．8 V电压转换器为微处理器供电，滤波电路产生3．3 V的数字电压和模拟电压，25 MHz晶振电路为CPU和以太网媒体访问控制芯片提供精确时钟信号。

2 系统结构

远程访问和控制家电需要处理的关键问题是不同数据类型的转换，即TCP／IP数据如何被转化为家电可以接收识别的数据，使用户通过局域网或。Internet终端就能访问家电。该系统主要由3层组成：用户层、控制中心层和终端设备层，其结构如图3所示。



其中，用户层负责收集、显示整个系统家电状态数据和发送控制命令，这些功能由用户层中的Web页面来实现，也可以使用上位机软件；控制中心层实际上成为用户层与终端设备层之间的一个连接，由TCP／IP到串口转换设备XPort和ZigBee模块LM2455-EM组成，相当于一个ZigBee网关，其主要作用是协议转换和数据传递；终端设备层是由传感器、无线发射模块和微控制器(MCU)等组成的智能家电产品。用户层通过用户程序发出的控制命令经 Socket连接传给XPort，设备MCU接到数据后控制执行器产生相应的动作，让家电进入相应的工作状态。家电作为该系统中的嵌入式终端设备，成为 ZigBee网络中的一个ZigBee节点。

图3中，虚线表示ZigBee无线通信，可分为单向和双向。单向通信时，家电设备控制中心只需对其发出命令，控制其工作状态；双向通信时，家电设备控制中心还需要从该设备获得相关的信息，并将该信息返回给用户。系统的关键部分是控制中心层，其中XPort负责与局域网或Internet连接，LM2455 -EM无线模块负责组建ZigBee网络并与家电通信。图4给出了XPort与LM2455-EM的连接方式。XPort的数据接收口连接LM2455- EM的数据发送口P1_1，XPort的数据发送口接LM2455-EM的数据接收口P1_0。



当用户通过Internet发送控制家电的信息或者想要获得家电状态时，XPort就将收到的网络数据转换为串口数据，通过其引脚4发送给LM2455- EM的串口(P1．0)；LM2455-EM做出相应的响应，并通过无线收发器向终端设备发送相关命令。同样，终端设备对收到的命令做出响应，如果用户端需要读取家电状态，则发送状态信息给控制中心。当LM2455-EM收到ZigBee无线数据时，将其发送到XPort的引脚5，XPort就将原始数据打包成TCP／IP数据包，发送给用户。