基于ZigBee通信技术的广播电视授时系统

摘 要：本文介绍了基于ZigBee的广播电视授时系统，着重分析了该系统应用ZigBee通信技术的必要性和系统的组成，还阐述了通信协议及无线节点的硬件与软件设计，供大家参考。

关键词：ZigBee通信技术；广播电视；授时系统

授时在广播电视系统中占据非常重要的地位，它是不同节目在播出切换过程中得以同步完成的重要基础，也是播出设备系统、综艺节目演播室等节目播出切换的时间基准。本文主要介绍广播电视高精度授时系统，利用该系统可以利用无线电广播标准时间进行校时，不需要布线，大大提升了系统的抗干扰性。

1 应用ZigBee技术的必要性

随着当前信息化技术的快速发展，同时为了满足广播电视安全播出的要求，广播电视播出管理系统信息化及现代化怎样得到实现，当前已经成为广播电视行业中急需解决的问题。信息化系统必须以信息化网络为基础建立起来，当前的播出管理系统主要为有线网络，需要铺设电缆，其安全性比较差，布线也极为复杂，近年来随着无线网络技术的快速发展，可靠的、通畅的无线网络的建立成了一种可能[ 1 ]。当前的无线通信技术主要有ZigBee技术、红外线技术及蓝牙技术等，其中红外线技术不仅技术设备简单，同时价格也较为低廉，但是红外线控制方式作用的距离比较短，是一种点对点的通信方式，因此并不适合在广播电视系统组网中应用，而蓝牙技术作为一种支持点到点到多点的技术，其有限的网络容量会对广播电视系统设备节点数量产生限制性作用。ZigBee技术是一种适合应用于远程控制及自动化系统中的一种无线通信技术，它具有成本低、耗电低、双向传输的特点，在一般的工业环境及家庭中都能使用，所以ZigBee技术可以很好的解决广播短时系统的需求。

2 广播电视授时系统的组成

ZigBee网络中共有两种设备，分别是全功能设备FFD和简化功能设备RFD，其中，FFD设备可以替代协调器来使用。广播电视授时系统中，数字演播室从节点利用串行口和ZigBee RFD模块进行连接，实现通信，节点数据经过ZigBee RFD模块转化成ZigBee通信协议包，然后就进传给FFD模块，这时FFD模块按照从节点驱动路由算法对通信路径进行选择，以多跳通信的方式从FFD将数据包传给ZigBee协调器。当ZigBee协调器接收到这个数据包以后，必须按照原来的路径将收到的确认信息返回，最终送达RFD模块，这样一来ZigBee无线通信才算完成，否则，还要继续由RFD发送数据，一直到握手信息被接收到为止[ 2 ]。

3 ZigBee节点的硬件与软件设计

3.1 硬件设计

ZigBee节点模块本身必须和数字钟一同使用，对ZigBee节点模块提出了一些要求，例如体积小、高可靠性、低功耗等。采用美国微芯公司生产的单片机PIC18F4620作为主控芯片，尤其负责从节点的主控模块，在休眠或者空闲的情况下，系统功率应该被降到最低的状态。该单片机为8位单片机，共有一个串口、一个A/D口，3个时钟，可以支持1个SPI总线。射频模块共有两个部分，分别为天线及ZigBee芯片，其中ZigBee芯片选择Chipcon公司生产的CC2420芯片，需要的外部元器件非常少，可以充分保证短距离通信的可靠及安全。CC2420的数据速率非常高，甚至可以达到125Kbps，芯片为128yte数据发送及接收提供支持。

SPI总线技术本身属于同步串行接口，CC2420芯片和PIC单片机之间的数据传递主要通过SPI来完成，该总线可以为双向全双工数据传输提供支持，同时对数据进行发送和接收。

在实际应用中，PIC单片机和CC2420芯片之间的传输是非常畅通的，其中PIC单片机为主片，从片为CC2420芯片，时钟频率为SCK，SPI的速率通常为10.0Mbps，SI和SO引脚为CC2420和PIC之间数据传输的通道，为全双工提供支持，因为CC2420芯片存在数据缓冲区，因此从PIC单片机为CC2420芯片发送的数据都需要先在缓冲区中保存，然后才能发送出去。

3.2 软件设计

当前世界一些著名公司正按照ZigBee协议进行软件设计，严格按照ZigBee规范对自己的ZigBee协议栈进行开发，通常这些公司既是硬件设计公司，同时还作为嵌入式软件商而出现在大家面前，这些公司可以提供從硬件到软件的具体解决方案。例如美国微芯公司开发的ZigBee协议栈，其版本从刚开始的1.0发展到了后来的3.5，ZigBee协议标准功能也越来越完善。

基于ZigBee的广播电视授时系统共有两个组成部分，分别是发射与接收两个模块，具体来说，其中包括初始化、发射及接收三个程序，其中初始化可以针对SPI、单片机等进行处理；发射程序利用数据包从SPI接口将数据发射出去；接收程序接收并处理数据。CC2420收到信息以后，单片机INTI端是低电平的状态[ 3 ]，整个系统呈现一种接收的状态，对数据进行接收；完成数据接收工作后单片机会同时切换到发射的模式，对握手信号进行回送；CC2420会将数据传递给单片机，经过处理以后输出到LED进行显示，并对时间信息进行记录。

4 结语

综上所述，广播电视系统中应用无线ZigBee技术，不仅可以精确的将当前的时间发送给不同时钟接收点，使全台时间同步的目标得到实现，同时系统现场布线所造成的很多问题都大大减少，系统可移动性得到了提升。应用该技术以后无线授时系统将会迎来广阔的市场。

参考文献：

[1] 王冠凌，郎朗，王满海，凌有铸.基于ZigBee和GPS广播电视时钟授时系统的研究[J]. 自动化与仪器仪表，2008（05）：15-18.

[2] 陈孟元，凌有铸，王冠凌.北斗卫星导航系统与GPS互备的广播电视授时单元[J].电视技术，2010（06）：60-63.

[3] 陈孟元，凌有铸.基于ZigBee通信技术的烟叶醇化库分布式温湿度检测系统设计[J].安徽工程大学学报，2011（03）：23-26.

作者简介：

王永亮（1978-），男，内蒙古人，汉族，本科，助理工程师，研究方向：无线电广播的安全传输与发射。