基于ZigBee的无线语音传输系统的设计基于ZigBee的无线语音传输系统的设计摘要：ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术。
其主要特性包括：具有多跳传送（multi-hop relay）机制、网络扩展性能好、布设容易以及具有自组织与自修复能力。
在无线传感网络的应用中，声音也是一种传感量，传输采样的声音数据正是声音传感应用的基本要求，所以本论文针对IEEE802.15.4/ZigBee的应用环境，提出实现语音通信的研究课题。
本课题设计了基于CC2430芯片的Zigbee硬件模块，经过了解，在空旷环境下的视距传输距离大约30米；在此基础上设计了基于IEEE802.15.4的语音通信系统方案，开发了硬件试验平台，用以研究短距离的无线语音通信技术。
语音通信方案充分利用CC2430 SoC的性能特点，使用芯片内部的ADC和APR9600完成语音采样及回放，无需外部的语音编解码器件且使用的外围器件很少。
系统可以很好地实现实时语音无线传输，发射功率小于0 dBm，语音延时小于25ms，传输距离达到15米，音质MOS测试分达到3分以上。
该方案硬件简单，成本低廉，功耗很低，可应用于矿井井下生产、无线传感器网络、消防、安全监控领域，拓展了IEEE802.15.4应用范围。
关键词：IEEE802.15.4；ZigBee；CC2430；APR9600；无线语音通信Based on ZigBee wireless voice transmission systemdesignAbstract：ZigBee technology is a kind of short, low complexity, low power consumption, low rate, low cost wireless network technology. Its main features include: with multiple hops transmission (multi - hop relay) mechanism, extend the network performance is good, layout easily and has since organization and theself-repairing ability. In wireless sensor network applications, the audio is also a kind of sensor volume, transmission sampling voice data is the basic requirement of voice sensing, so this paper the application of IEEE802.15.4 / ZigBee proposed realize voice communication environment, the research subject.This topic was designed based on the CC2430 chip Zigbee hardware modules, after understanding in open environment, the transmission distance stadia about 30 meters; On the basis of IEEE802.15.4 designed on the basis of voice communication system solutions, developed hardware test platform to study the sprint wireless voice communications technology. Voice communications plan make full use of CC2430 SoC performance characteristics, use chip APR9600 completed internal ADC and speech sampling and playback, without external voice codec pieces and use of peripheral devices seldom. System can well realize real-time speech wireless transmission, transmission power, less than 0 dBm 25ms speech delay, the transmission distance to less than 15 meters, timbre MOS test points to three points. The scheme hardware simple and low cost, low power consumption, and can be used to mine production, wireless sensor network, fire control, safety monitoring field, expand the scope of IEEE802.15.4 application.Keywords:IEEE802.15.4，ZigBee, CC2430, APR9600, wireless voice communication目录第一章绪论 (1)1.1 选题的背景 (1)1.2 国内外的研究现状 (2)1.2.1 无线传感网络国内外应用现状 (2)1.2 .2 Zigbee技术国内外发展现状 (3)1.3 生产需求状况 (3)1.4 研究目的和意义 (4)1.5 本论文的研究内容 (5)第二章Zigbee协议栈结构和原理 (6)2.1 Zigbee协议栈概述 (6)2.2 ZigBee网络体系 (7)2.2.1 两种功能类型设备 (7)2.2.2 三种节点类型 (8)2.2.3 三种网络拓扑结构 (8)2.2.4 两种工作模式 (9)2.3 IEEE 802.15.4通信层 (9)2.3.1 载波信道和频率的描述 (10)2.3.2 物理层(PHY)数据包的格式 (10)2.4 介质接入控制子层MAC (11)2.4.1 MPDU 数据单元的处理 (11)2.4.2 MAC层数据的传输 (12)2.5 Zigbee网络层 (15)2.5.2 组网管理 (17)2.5.3 Zigbee路由算法 (18)第三章CC2430模块的硬件设计 (24)3.1 Zigbee芯片的描述 (24)3.2 CC2430 无线单片机介绍 (25)3.2.1 CC2430芯片的主要特点 (25)3.2.2 CC2430芯片的引脚功能 (28)3.2.3 CC2430 芯片的典型电路应用 (29)3.3 CC2430模块硬件设计与实现 (30)3.3.1 CC2430 模块的电路图 (30)3.3.2 硬件方面的设计 (30)3.4 软件设计 (34)3.4.1 IAR开发环境简介 (34)3.4.2 ADC参数配置 (35)3.4.3 使用TI-MAC协议栈进行语音传输 (36)总结 (39)致谢 (40)主要参考文献 (41)第一章绪论1.1 选题的背景Zigbee是一种短距离、低速率无线网络通信技术，其开发是为了建立一种低成本、低功耗的小区域的无线通信方式，在此基础上通过软件协议栈发展出易布建的大容量、不依赖现有通信网络和现有电力网络的无线网络。
Zigbee在工业控制、家庭智能化、无线传感器网络等领域有广泛的应用前景。
数据传输速率低。
只有10kb／s～250kb/s，专注于低传输应用。
在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上。
WSN的节点对功耗的需求极其苛刻，传感器节点需要在危险（比如战场、核辐射）的区域持续工作数年而不更换供电单元。
因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，这也正是蓝牙系统所不具备的。
无线传感器网络中可以具有成千上万的节点，如果不能严格地控制节点的成本，那么网络的规模必将受到严重的制约，从而将严重地制约WSN的强大功能。
每个ZigBee网络最多可支持65000个节点。
由于WSN的能力很大程度上取决于节点的多少，也就是说可容纳的传感器节点越多，WSN的功能越强大。
所以ZigBee的网络容量大的特点非常符合WSN的需要。
有效覆盖范围在10～75m之间，但是可以扩展到数百米，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。
降低WSN节点的能量消耗和平衡所有节点的能量，有必要缩小节点RF模块的覆盖范围。
使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段，具有16个扩频通信信道。
相应的，WSN采取2.4GHZ工作频段的特性将会更有利于WSN的发展。
ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，硬件本身支持CRC和AES－128。
这一安全特性能很好地适应军事需要的无线传感器网络。
总结Zigbee有以下优点：低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。
据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。
低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。
因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
网络容量大: 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。
可靠: 采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。
MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。
如果传输过程中出现问题可以进行重发。