电子设备诊断系统中RFID系统与ZigBee网络混合组网的设计与实现

为了使ZigBee网络节点工作的情况更透明，本没汁为节点加上了一块LCD屏幕以显示其工作状态、各项参数和部分数据。所使用的MzLH03 -12864为一块128×64点阵的LCD显示模组。该模组使用串行SPI接口，除电源线之外通信连接需要一根片选线(CS)、一根时钟线(SCK)、一根数据线(SDA)以及一根BUSY线即可，其引脚连接图如图5所示。
工作时，CC2430通过串行SPI对模组进行控制，CS为从机选择线；CS从高电平变为低电平后，模组开始接收串行通讯的第一个数据，即控制指令，模组对SDA的采样在每个时钟线的SCK上升沿进行，当CS为高电平时，传输无效。

3 软件设计
ZigBee-RFID节点的软件设计主要包括ZigBee网络的建立、组网、数据传输以及ZigBee终端模块与RFID阅读器模块的通信等部分。这些应用均运行在ZigBee协议栈的应用层，ZigBee协议栈基本是按照OSI网络模型来定义的，由IEEE802．15．4定义物理层和MAC子层，然后ZigBee联盟继续定义网络层和应用层。本设计的应用程序底层运行的是MSSTATE_LRWPAN协议栈。应用程序首先对CC2430进行初始化，然后对协议栈初始化，再初始化串口和LCD显示模块(ZigBee-RFID节点)，接着判断是否为协调器，如果是协调器，则建立网络，然后处理各种网络信息；如果是ZigBee-RFID节点，则进入应用程序有限状态机FSM。其应用程序流程图如图6所示。

ZigBee-RFID节点的应用程序采用有限状态机风格，其状态转换关系如图7所示。其中状态关系主要分为：节点加入网络；节点加入成功信息通报；节点关键应用以及节点网络维护。在节点关键应用状态里，UART口和ZigBee无线网络都处于等待接收的状态，两个状态都有一定的等待时限，一旦超时，则相互转换，直到其中一个状态接收到数据。其中UART接收设置为中断接收。如果UART口接收到来自RFID阅读器的数据，ZigBee-RFID节点立即将数据存储并处理后显示在LCD上，然后打包发送回协调器，再通过协调器传回给服务器，发送成功后转入ZigB ee网络消息等待的状态。如果有来自服务器或者ZigBee网络的消息，则接收并根据接收的消息进行相应的处理，如果是ZigBee网络的控制信息，则进入响应控制信息状态；如果是上位机对RFID阅读器的操作信息，则转入UART发送状态，并将操作信息转发给阅读器。处理完毕后，再回到UART口接收等待的状态，继续与ZigBee无线网络等待状态一起，切换着等待新的信息。
LCD显示模块的工作需要使用SPI串行通信方式。模块有一个复位引脚，对该引脚输入一个低电平的脉冲可使模块复位，复位需要低电平输入持续至少10 ms，在恢复输入高电平后等待15 ms后方可对模块进行显示控制操作(即通过串行接口输入指令和数据)。在通过串行SPI对模块进行控制时，CS为从机选择线；CS从高电平变为低电平后，模组开始接收串行通讯的第一个数据(即控制指令)，模组对SDA的采样在每个时钟线SCK的上升沿进行，当CS为高电平时，传输无效。
此外，用户在传输给模块指令时，如果指令是附带有指令数据的，则需要在200 ms以内将数据传输模块，否则将会产生超时错误。BUSY线会在缓冲区快满的时候输出高电平，直到缓冲区的数据和指令处理完以后才会拉低。SPI串行通信时序图如图8所示。

4 性能测试
本系统的测试主要分为两个方面，即RFID阅读器与ZigBee节点通信的测试和ZigBee节点参数的测试。测试时，首先设置RFID阅读器对三个标签分别读写1 000次，然后通过上位机观察ZigBee节点传回的消息，便可以得知阅读器是否将读取的标签信息传给了ZigBee节点。测试结果是全部读取，由此可知，RFID阅读器和ZigBee节点的通信是可靠的。
ZigBee节点的参数主要包括通信距离，丢包率和RSSI等。其中RSSI值为信号强度检测值，不过这里所给出的RSSI值并不是CC2430数据手册所定义的值，而足通过调用aplGetRxRSSI()函数获得的。其测试数据如表1所列。

通过测试可知，节点内通信正常，工作性能稳定，能够满足电子设备远程诊断系统中诊断数据无线传输的要求。ZigBee节点的通信距离也超过设计要求。

5 结语
本文介绍了电子设备远程诊断系统的框架，并着重介绍了该系统中无线传输的部分，指出了本设计的技术性能优势。实验表明，在电子设备远程诊断系统中，采用RFID系统与ZigBee网络相结合的方式具有通信距离远，组网灵活和不受有线连接的局限等诸多优势。