基于ZigBee的无线投票系统设计_赵玉晓

第10卷第1期2012年2月实验科学与技术

Experiment Science and Technology Vol. 10No. 1Feb. 2012

基于ZigBee 的无线投票系统设计

赵玉晓,白福祥,汤丹明,杨海龙,徐佳东

(中国计量学院

现代科技学院,杭州310034)

CC2430,结合ZigBee 协议栈,设计了一个基于国际无线通信标准的无线投票系摘要:采用TI 设计的高速ZigBee SoC 芯片-统,它能够在一个空间内快速地建立无线投票网络,支持多节点自由地接入或离开,并且能阻止非法身份节点的进入。系

统把路由节点和终端节点设置成通用的投票节点,通过ZigBee 网络将这些数据发送到ZigBee 网关,网关通过串口与上位机进行通信,并用LabView 编写了数据统计界面。测试结果表明,该系统由于采用自组织、自愈合的无线网络,因此性能可靠、方便实用,尤其对于没有有线投票系统的会议室。该系统针对实验教学改革,适用于开展大学生课外科技活动、拓展实践能力。

关键词:ZigBee 技术;无线传感器网络;投票系统;LabView 软件

doi :10.3969/j.issn.1672-4550.2012.01.005中图分类号:TN92;文献标志码:B

Design of Wireless Voting System Based on ZigBee

ZHAO Yu-xiao ,BAI Fu-xiang ,TANG Dan-ming ,YANG Hai-long ,XU Jia-dong

(College of Modern Science and Technology ,China Jiliang University ,Hangzhou 310034,China )

Abstract :Adopting high-speed ZigBee SoC chip -CC2430which was designed by TI ,combining with ZigBee protocol stack ,a wireless

voting system based on international standard of wireless communication was designed.It can quickly build a wireless voting network in a space that support multi-node access or leave freely and can prevent illegal identity node entry.The system sets up routing node and

terminal node to be universal voting node.The datum was sent to the ZigBee gateway by ZigBee network ,gateway communicate with upper computer through cluster communication port (COM ),and data statistics interface was programmed by adopting LabView soft-ware.The test results show that this system's performance is reliable ,convenient and practical due to adopting wireless network of self-organizing and self-union ,especially for the meeting room without wired voting system.Major in experiment education reform ,this sys-tem is suited to develop the extracurricular science and technology activities of undergraduate student ,expand practical ability.Key words :ZigBee technology ;wireless sensor network ;voting system ;LabView software

投票表决是工作生活中经常发生的行为。要有一个团队事先布置设备、期间进行计票,复杂的设备和连接线路增加了参加者的心理压力,使情绪紧张化、烦躁,占用较多材料、空间资源。中国计量学院现代科技学院将这个问题融入实验教学改革,开发设计了基于ZigBee (符合无线通信国际标准)的无线投票系统,通过在会场搭建一个ZigBee 网

收稿日期:2011-01-18;修改日期:2011-09-01

基金项目:2009年浙江省新世纪教改项目《测控专业三性

(ZC09086);浙江省实验项目教学设计与开发》

大学生科研创新团队资助项目《基于ZigBee 的(2011R409011)、《工业仪无线投票/表决系统》

(2010R409052);表无线数据传输及监控系统》

2011年中国计量学院高教研究课题《测控类专(HEX2011059);浙业实训教学的研究与实践》

江省教育科学规划2012年度研究课题,基于“卓越计划”的独立学院人才培养方案的探索与实践(SCG41)。

作者简介:赵玉晓(1972-),女,硕士,副教授,主要研

究方向:过程控制与远程测控。

络,将人们的意愿通过ZigBee 网关发送到上位机,

[1-6]

。实施时,只需在投票实时显示投票统计结果

前发给每位投票者一个精致的无线投票器,无线网

关和电脑连接上,就可以投票了,方便快捷,大大减少了工作量。

1

1. 1

系统整体设计方案

框架结构及功能

无线投票系统如图1所示,整个系统可分为上位机和下位机两部分。

上位机是PC 机,其功能是通过网关接收各个投票器传来的信息,对信息处理后加以统计并显示在界面上,还可以通过投影仪把结果投射到影屏上。

下位机是无线传感网络,它包括3个部分:网

[7]

关协调器,路由投票节点,终端投票节点。网关协调器采用成都无线龙公司的CC2430模块和网关底板的组合,CC2430模块接收ZigBee 网络发送过来的信息,通过扩展板中SP3223芯片进行TTL

和RS232之间的电平转换,并将转换后的信号接入CC2430的UART0(此网关底板默认的串口即为串口0)中;网关底板上的液晶屏可以显示统计的数据;其功能是负责组建和维护无线传感网络,组建合适的拓扑网络

[8]

(PAN ID )。一旦ZigBee 网络创建完后协调器的作

用和路由的作用为:完全一致。路由的作用允许新的设备加入网络,为信息传输的多级跳跃提供路由,为电池供电的终端子设备提供通信协助。终端设备的作用为:在于按照设定进入睡眠或工作状态。终端设备只有在工作状态才干预父路由设备通信。

。路由投票器的功能为:直

接把投票器的信息发送给网关协调器和作为路由负责把邻近终端投票器的信息发送给协调器。终端投票器的功能为:终端投票器是一个单纯的发送器,只发送赞成、反对、弃权。

2

2. 1

无线投票系统工作流程

网关节点工作流程

无线投票网络各个节点的软件设计是基于Zig-

Bee 协议栈2006,ZigBee 协调器程序流程图如图3所示。在网关协调器开起时,首先检查电压是否达到芯片正常工作要求,如满足则对硬件进行初始化,即对CC2430芯片、液晶、按键和串口进行初始化,完成此项任务后网关协调器开始建立一个ZigBee 网络,最后对操作系统初始化。系统会监视各个任务进程,如果发现射频端有信息进入则会对信息进行处理,同时会把原始信息直接通过串口发

图1

无线投票系统

送到上位机

图2ZigBee 网络结构图

1. 2ZigBee 简介

医院患者无线监控系统对无线通信标准的要求

如下:低功耗,便于动态组网,系统传输速率在1Kpls 以上,通信距离能达到60m 以上,在大范围监控时能达到100m 以上。我们选择了ZigBee 技术,它采用IEEE802. 15. 4标准,是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、能够灵活配置网络的双向无线通信技术

[9]

ZigBee 网络结构图如图2所示。设备按类型分

可以分为协调器(黑色)、路由(红色)和终端设备(白色)

[10]

。协调器的作用为:在于建立一个Zig-

图3网关工作流程图

Bee 网络,选择网络的通信信道、和网络标示符

种不同颜色的条形图呈现出来,能够统计出参加投票的全部人数、3种意见分别的人数和各占总人数的百分比,并显示出来。

4结束语

本文对ZigBee 无线投票系统的各个模块及软件的设计实现进行了详细的介绍。采用CC2430芯片搭建的基于ZigBee 技术的无线投票器网络,可以实现自动组织和自愈合,并且屏蔽非法节点。系统实现了ZigBee 模块的动态组网,能够通过上位机实现对ZigBee 模块的配置和参数的读取,无线监控的误码率控制在万分之一。

系统功耗偏大、界面设计不够人性化等不足之处,还有待于进一步改进。

参考文献

图4

路由工作流程图

2. 2路由节点工作流程

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路由节点在开启电源后开始工作,首先进行系

统的初始化,在初始化时先确定工作电压是否满足芯片的要求,如满足则对CC2430芯片、液晶、按键进行初始化。完成硬件的初化后对网络进行初始化,路由节点准备加入一个ZigBee 网络,最后对操作系统进行初始化。在完成初始化后和ZigBee 网络的加入后,系统开始监视各个任务进程。路由节点有两个功能:有按键消息产生,则会进入到任务中,发送相应信息给协调器;如果终端节点不能直接给协调器发送信息,则会申请路由途径,此时路由节点会充当路由器转发信息发协调器。如果是系统内部其他的信息则调用相应的函数进行处理。定位节点工作流程图如图4所示。

3软件设计

在投票后,如果能够把实时的、动态的数据结果直接显示在大屏幕上,不仅视觉直观而且增加了可信度。因此上位机软件借助于LabView 的图形化编辑语言G 编写程序(产生的程序是框图的形式),实现与无线投票网络的串口通信,进行数据的采

[11]

集、分类、处理,图形化显示。串口通信子程序主要采用VISA 函数进行编写。

建立的一个友好界面将赞成、反对和弃权以3


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