【正文】 在循環(huán)程序中完成協(xié)議棧任務和系統(tǒng)需要的其他任務。MCU_Init()。amp。在設計時，將無線收發(fā)模和主板分離，方便使用其他替換模塊，增加了設計的靈活性。在電源的輸入端接入了二極管 IN4007，防止電源極性接錯，還串聯(lián)了一個自恢復保險絲 F1 保證本系統(tǒng)負載異常變大時不會給整個供電系統(tǒng)造成影響．另外，為提高電源抗干擾能力，輸入端并聯(lián)了一個 TVs 管 P6KFA7A，有效降低了浪涌電壓的影響．圖 5．4 協(xié)調器節(jié)點電源電路5．7 傳感器節(jié)點通信模塊設計5．7．1 無線通信模塊設計無線通信模塊主要完成溫度傳感器終端節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交換。采用 TPS60210 作為電源管理芯片，為節(jié)點供電。為了增加設計的靈活性，M25P80 沒有和 CC2500 共用個 SPI 接口，而是連接到單片機的通用I／O 引腳 P6．2～P6．7，由軟件實現(xiàn) SPI 接口?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計205．3．2 最簡模式下面是一個存取點輸出的最簡模式的例子：該模式以最簡的方式傳送數(shù)據(jù)以減少頻帶寬度的使用，它最初的目的是分析計算機網絡應用觀察器。如果無法連接，則紅燈會一直閃爍。5：可中斷按鈕的反饋作用。ZDO 連接 ZigBee 協(xié)議棧較低層，在終點口上，利用 APSDE—SAP 提供數(shù)據(jù)，利用 APSME—SAP 傳送控制信息，公共接口為設備管理、發(fā)現(xiàn)、封裝和安全功能提供地址管理。通過一系列的服務，這些服務由 ZDO 和定義生產的應用對象使用。ZigBee 協(xié)議結構包括大量的層狀元件，包含 IEEE 802．15．4MAC 層和 PHY 層及 ZigBee 網絡(NWK)層。Indication：指示原語從第 1l 用戶的第 J 層向第 12 用戶發(fā)送，指出對于第 12 用戶有重要意義的內部 J 層的事件。每個事件由服務原語組成，它將在一個用戶的某一層，通過該層的服務接入點(SAP)與建立對等連接的用戶的相同層之間通信。2 字節(jié) 2 字節(jié) 2 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量目的地址 來源地址 半徑域 序列號幀控制路由域Frame 凈載NWK 頭 NWK 凈載圖 網絡層數(shù)據(jù)包(幀) 格式網絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)結構(幀結構)的基本組成部分是：網絡層幀報頭，包含幀控制、地址和序列信息；．網絡層幀的可變長有效載荷，包含幀類型所指定的信息。網絡層管理實體利用網絡層數(shù)據(jù)實體完成一些網絡的管理工作，并且網絡層管理實體完成對網絡信息庫(NIB)的維護和管理。其中全功能設備可作為協(xié)調器、路由器和終端設備，而減功能設備只能用于終端設備。NWK 負責設備到設備的通信，并負責網絡中設備初始化所包含的活動、消息路由和網絡發(fā)現(xiàn)。端點之間的通信是通過稱之為簇的數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)的。IEEE802．15．4MAC 子層定義了兩種基本的信道接入方法，分別用于兩種ZigBee 網絡拓撲結構中。MAC 子層數(shù)據(jù)包由 MAC 子層幀頭(MHR，MAC Header)、MAC 子層載荷和 MAC 子層幀尾(MFR，MAC Footer)組成。4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量（127 字節(jié)）前導碼幀起始分隔符 幀長度（ 7bit）預留位（1bit） PSDU同步頭 PHY 幀頭 PHY 凈載圖 PHY 幀結構4．2．2 MAC(介質接入控制子層)在 IEEE802 系列中，OSI 參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層又被分為 MAC 和 LLC 兩個子層。在 2．4GHz的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kb／s，采用的是 16 相位正交調制技術(OQPSK)：在 915MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 40kb／s；采用的是帶有二進制移相鍵控(BPSK)的直接序列擴頻(DSSS)技術；在 868MHz 的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率為 20kb／s，采用的是帶有二進制移相鍵控(BPSK)的直接序列擴頻(DSSS)技術。因此，IEEE802．15．4 定義了兩個物理層標準，分別是 2．4GHz物理層和 868／915MHz 物理層。圖 超幀結構從圖 4．2 可以看出，超幀結構有活躍和非活躍兩部分。IEEE802．15．4MAC 層的特征有信標管理、信道接入機制、保證時隙(GTS)管理、幀確認、確認幀傳輸、節(jié)點接入和分離。IEEE802．15．4 在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)領域，定義了兩個工作頻段：2．4GHz 頻段和 868／915MHz 頻段。圖 32 CC2500 的內部結構示意圖基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計94 ZigBee協(xié)議棧研究本章介紹的是基于 IEEE802．15．4 的無線網絡標準 ZigBee 協(xié)議棧，簡單講解 ZigBee 的 MAC 以及 PHY 層(即 IEEE802．15．4 定義)，比較詳細地講解由ZigBee 聯(lián)盟所定義的 ZigBee 協(xié)議棧網絡層和應用層。兩路信號經過濾波和放大后，直接通過模數(shù)轉換器(Analog to Digital Converter, ADC)轉換成數(shù)字信號。3．1 CC2500 的性能參數(shù)CC2500 的主要性能參數(shù)如下所示:1)采用 QLP 封裝，尺寸為 4 X 4mm。但他們都可訪問整個地址空間，由 AS和 AD模式位的內容確定，這 7種方式分別是：1. 寄存器尋址模式2. 變址尋址模式3. 符號模式4. 絕對尋址模式5. 間接尋址模式6. 間接增量尋址模式7. 立即尋址模式2．4 MSP430F2274 的原理圖圖 MSP430F2274的引腳圖基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計6圖 MSP430F2274的引腳出線圖圖 MSP430F2274的結構框圖圖 MSP430F2274的結構框圖基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計73 無線射頻芯片 CC2500CC2500 芯片是 Chipcon 公司的第四代產品，工作頻率為 ，符合 規(guī)范。但用做程序存儲器時只能字操作。存儲空間的組織又分大模式和小模式。 CG1 和 CG2在 16 個寄存器中 R2 和 R3 位常數(shù)發(fā)生器，利用 CPU 的 27 調內核指令配合常數(shù)發(fā)生器可以生成一些見解高效的模擬指令。位 2 N 負標志 當運算結果為負時置位，否則復位。堆棧指針 SP 總是指向堆棧的頂部。他包括：一個 16 位的 ALU、16 個寄存器和一個指令控制單元。這種方式只需一臺 PC 機和一個 JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。如果晶體振蕩器在用作 CPU 時鐘 MCLK 時發(fā)生故障，DCO 會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。它們具有 16 位 RISC 結構，CPU中的 16 個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器（DOC）可是器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于 6μs 的時間內激活到跳躍的工作方式。設計網關，實現(xiàn)現(xiàn)場總線和以太網間的連接。 本課題綜合運用無線傳感器網絡技術、現(xiàn)場總線技術和以太網技術，用網絡化思想構建了溫度傳感器系統(tǒng)。在作戰(zhàn)人員通信、環(huán)境和氣象監(jiān)測、災害預警、智能家具、輻射監(jiān)測等眾多領域都發(fā)揮著重要作用。因此，設計一種成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的溫度傳感器系統(tǒng)將很有意義．基于網絡的溫度傳感器系統(tǒng)采用新興的無線傳感器網絡技術，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的分布式采集，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)受布線限制、系統(tǒng)容量小、不易擴展的問題，拓展了溫度監(jiān)測的地域范圍．另外，系統(tǒng)采用成熟的 Modbus總線技術和以太網等技術構建了完整的數(shù)據(jù)傳輸網絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和遠傳等功能．本課題綜合運用無線傳感器網絡技術、現(xiàn)場總線技術和以太網技術，用網絡化思想構建了溫度傳感器系統(tǒng)，具有成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的優(yōu)點．本課題旨在實現(xiàn)一個覆蓋面積廣、易擴展、便于安裝和維護的低成本溫度傳感器系統(tǒng)．具體需要實現(xiàn)以下目標：建立體積小、成本低、適應性強且功耗低的無線傳感器網絡硬件平臺。它是一個 16 位的精簡指令架構，有大量的工作寄存器和數(shù)據(jù)儲存器，其 RAM 單元也可以實現(xiàn)運算。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。?方便高效的開發(fā)環(huán)境目前 MSP430 系列有 4 種類型器件：OTP 型、FLASH 型、EPROM 型和 ROM 型。因此,MSP430F2274 單片機在許多領域內得到了廣泛的應用。程序計數(shù)器 PC 的內容總是偶數(shù)，指向偶字節(jié)地址。簡寫 功能ROR1R2R3R4…R15 程序計數(shù)器 PC，指示下一條將要執(zhí)行的指令的地址 堆棧指針 SP，指向堆棧的棧頂狀態(tài)寄存器 SR/常數(shù)發(fā)生器 CGI 常數(shù)發(fā)生器 CG2通用工作寄存器 R4 …… 通用工作寄存器 R15表 MSP430F2274 的 CPU 的 16 個寄存器 SR狀態(tài)寄存器記錄程序執(zhí)行過程中的現(xiàn)場情況，在程序設計中有相當重要的地位。要設置 OscOff=1，必須同時設置 CPUOFF=1.位 6 SCG0 此位與位 7 一起控制系統(tǒng)時鐘發(fā)生器的 4 中活動狀態(tài)。這 4種尋址方式均可用于源操作數(shù)，而索引、符號和絕對尋址方式只可以用于目的操作數(shù)。由于采用“馮諾依曼”結構，ROM 和 RAM 在同一地址空間，從00000H～0FFFFH 這一段范圍內從低到高分別是：特殊功能寄存器、外圍模塊、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和中斷向量表。程序代碼可分為 3 種情況：中斷向量區(qū)、用戶程序代碼及系統(tǒng)引導程序。而且 CC2500。8)與微處理器的接口配置容易(4 總線 SPI 接口)。接收數(shù)據(jù)時，這些部分只用于幀同步和CRC 校驗，而不會保存到接收 FIFO 緩存區(qū)。它是基于標準的開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對那些涉及 ZigBee 的層予以定義。然后這個連續(xù)的偽噪聲 CHIP序列被調制(采用最小鍵控方式)到載波上，即采用半正弦脈沖波形的偏移正交相移鍵控(OOPSK)調制方式。信標可用來使接入的設備同步，描述超幀結構。所有基于競爭的傳輸都要在 CFP 開始前結束，同樣，GTS 的傳輸也要確保在下個 GTS 開始前結束。868MHz 上的傳輸速率為 20kb／s，915MHz 上的傳輸速率則是 40kb／s。ZigBee 物理層數(shù)據(jù)包由同步包頭、物理層包頭和物理層凈荷三部分組成。MAC 層包括一個稱之為 MLME 的管理實體，該實體通過一個服務接口可調用 MAC 層管理功能，該實體還負責維護 MAC 層固有的管理對象的數(shù)據(jù)庫。只有廣播幀和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù)，確認幀和 MAC 命令幀則用于 ZigBee 設備間與 MAC 子層功能實體間控制信息的收發(fā)。4．3 ZigBee 網絡層ZigBee 協(xié)議棧是在 IEEE802．15．4 標準基礎上建立的，我們知道IEEE802．15．4 僅定義了協(xié)議的 MAC 和 PHY 層。所有端點都使用應用支持子層(APS)提供的服務。ZigBee路由器是一種支持關聯(lián)的設備，能夠將消息轉發(fā)到其他設備，ZigBee 網格或樹狀網絡可以有多個 ZigBee 路由器。4．3．1 網絡層概況ZigBee 網絡層的主要功能就是提供一些必要的函數(shù)，確保 ZigBee 的 MAC層正常工作，并且為應用層提供合適的服務接口。在兩個或多個設備之間傳送數(shù)據(jù)時，將按照應用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式進行傳送，并且這些設備必須在同一個網絡中，即在同一個內部局域網中。位：01 2—5 6—7 8 9 10—15幀類型 協(xié)議版本 發(fā)現(xiàn)路由 預留 安全 預留圖 幀控制域的格式4．3．3 網絡層功能介紹ZigBee 設備在工作時，各種不同的任務在不同的層次上執(zhí)行，通過層的服務，完成所要執(zhí)行的任務。一種服務可能有一個或多個相關的原語，這些原語構成了與具體服務相關的執(zhí)行命令。NLME 所支持的 NLME—SAP 接口原語包括網絡發(fā)現(xiàn)、網絡形成、允許設備連接、路由器初始化、設備同網絡的連接等。發(fā)起和／或響應綁定請求并在網絡設備之間建立一個安全關系。ZDO 主要負責：初始化應用支持子層、網絡層和安全服務規(guī)范。eZ430RF2500 平臺的特點如下：（實物見附圖 2）1：USB 式的自動調試和編程接口，可以自動安裝與反饋。兩種顏色的 LED 燈顯示了存取點的兩種工作狀態(tài)：紅燈亮表明正在進行存取點與電腦之間的數(shù)據(jù)測量的傳送；綠燈亮表明正在進行對一個網絡終端設備的數(shù)據(jù)接收。Battery（電池）：這是測量的給 MSP430 供電的電池的電壓值。此外，為了能為事件記錄提供準確的時間，配置了實時時鐘功能，芯片選用 DSl302，連接到單片機的 P4．O～P4．2 腳。2 路開關量輸出POP02 通過光偶隔離后驅動外部設備，如圖 5．2 所示。由于協(xié)調器節(jié)點最終的供電電壓要保持在 3V 左右，為了適應 10～30V 的寬電壓輸入范圍，采用開關電源加線性穩(wěn)壓的方式實現(xiàn) I)C／DC 轉換。在系統(tǒng)設計時，提供 2 種天線方案，一種為偶極子天線，采用 PCB 天線，如圖 3．7 所示．另一種為單極子天線，如圖3．8 所示。Flash_Addr[1] == 0xFF amp。[3]=Flash_Addr[3]。6．2 協(xié)調器節(jié)點的軟件設計6．2．1 協(xié)調器節(jié)點軟件總體設計協(xié)調器節(jié)點在無線溫度傳感器子系統(tǒng)中的作用有：組織 ZigBee