【正文】 amp。在設(shè)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(shè)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(fù)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． 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 23 圖 5． 4 協(xié)調(diào)器節(jié)點電源電路 5． 7傳感器節(jié)點通信模塊設(shè)計 5． 7． 1 無線通信模塊設(shè)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(diào)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(shè)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。 5． 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(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(shè)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(wù)，這些服務(wù)由 ZDO和定義生產(chǎn)的應(yīng)用對象使用。 ZigBee 協(xié)議結(jié)構(gòu)包括大量的層狀元件，包含 IEEE 802． 15． 4MAC層和 PHY 層及 ZigBee網(wǎng)絡(luò) (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(nèi)部 J層的事件。每個事件由服務(wù)原語組成，它將在一個用戶的某一層，通過該層的服務(wù)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 幀控制 目的地址 來源地址 半徑域 序列號 Frame 凈載 路由域 NWK 頭 NWK 凈載 圖 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包 (幀 )格式 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (NPDU)結(jié)構(gòu) (幀結(jié)構(gòu) )的基本組成部分是：網(wǎng)絡(luò)層幀報頭，包含幀控制、地址和序列信息；．網(wǎng)絡(luò)層幀的可變長有效載荷，包含幀類型所指定的信息。網(wǎng)絡(luò)層管理實體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作，并且網(wǎng)絡(luò)層管理實體完成對網(wǎng)絡(luò)信息庫 (NIB)的維護和管理。其中全功能設(shè)備可作為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備，而減功能設(shè)備只能用于終端設(shè)備。 NWK 負責(zé)設(shè)備到設(shè)備的通信，并負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備初始化所包含的活動、消息路由和網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。端點之間的通信是通過稱之為簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 14 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(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)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(dǎo)碼 幀起始分隔符 幀長度 （ 7bit） 預(yù)留位 （ 1bit） PSDU 同步頭 PHY 幀頭 PHY 凈載 圖 PHY 幀結(jié)構(gòu) 4． 2． 2 MAC(介質(zhì)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(diào)制技術(shù) (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(shù)；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(shù)。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(jié)構(gòu) 從圖 4． 2 可以看出，超幀結(jié)構(gòu)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(xué)醫(yī)療 (ISM)領(lǐng)域，定義了兩個工作頻段： 2． 4GHz頻段和 868／ 915MHz 頻段。 圖 32 CC2500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 9 4 ZigBee協(xié)議棧研究 本章介紹的是基于 IEEE802． 15． 4 的無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。兩路信號經(jīng)過濾波和放大后，直接通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog to Digital Converter, ADC)轉(zhuǎn)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(nèi)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(shè)計 6 圖 MSP430F2274的引腳出線圖 圖 MSP430F2274 的結(jié)構(gòu)框圖 圖 MSP430F2274 的結(jié)構(gòu)框圖 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 7 3 無線射頻芯片 CC2500 CC2500 芯片是 Chipcon 公司的第四代產(chǎn)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(diào)內(nèi)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(dāng)運算結(jié)果為負時置位，否則復(fù)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(diào)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(fù)位。它們具有 16位 RISC結(jié)構(gòu)， 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 6μ s的時間內(nèi)激活到跳躍的工作方式。 設(shè)計網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)間的連接。 本課題綜合運用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)化思想構(gòu)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(zāi)害預(yù)警、智能家具、輻射監(jiān)測等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。因此，設(shè)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(wǎng)絡(luò)的溫度傳感器系統(tǒng)采用新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，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(shù)和以太網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建了完整的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)化思想構(gòu)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(yīng)性強且功耗低的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。它是一個 16 位的精簡指令架構(gòu)，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(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。程序計數(shù)器 PC 的內(nèi)容總是偶數(shù)，指向偶字節(jié)地址。 簡寫 功能 RO R1 R2 R3 R4 ? 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(shè)計中有相當(dāng)重要的地位。要設(shè)置 OscOff=1，必須同時設(shè)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(jié)構(gòu)， ROM和 RAM在同一地址空間，從 00000H～ 0FFFFH這一段范圍內(nèi)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(dǎo)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(diào)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(diào)制方式。信標可用來使接入的設(shè)備同步，描述超幀結(jié)構(gòu)。所有基于競爭的傳輸都要在 CFP開始前結(jié)束，同樣， GTS的傳輸也要確保在下個 GTS 開始前結(jié)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(wù)接口可調(diào)用 MAC 層管理基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 13 功能，該實體還負責(zé)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(shè)備間與 MAC 子層功能實體間控制信息的收發(fā)。 4． 3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層 ZigBee 協(xié)議棧是在 IEEE802． 15． 4 標準基礎(chǔ)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(yīng)用支持子層 (APS)提供的服務(wù)。 ZigBee 路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，能夠?qū)⑾⑥D(zhuǎn)發(fā)到其他設(shè)備， ZigBee 網(wǎng)格或樹狀網(wǎng)絡(luò)可以有多個 ZigBee 路由器。 4． 3． 1 網(wǎng)絡(luò)層概況 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是提供一些必要的函數(shù)，確保 ZigBee 的 MAC層基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 15 正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。在兩個或多個設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時，將按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (APDU)的格式進行傳送，并且這些設(shè)備必須在同一個網(wǎng)絡(luò)中，即在同一個內(nèi)部局域網(wǎng)中。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 17 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(yù)留 安全 預(yù)留 圖 幀控制域的格式 4． 3． 3網(wǎng)絡(luò)層功能介紹 ZigBee 設(shè)備在工作時，各種不 同的任務(wù)在不同的層次上執(zhí)行，通過層的服務(wù)，完成所要執(zhí)行的任務(wù)。一種服務(wù)可能有一個或多個相關(guān)的原語，這些原語構(gòu)成了與具體服務(wù)相關(guān)的執(zhí)行命令。 NLME 所支持的 NLME— SAP 接口原語包括網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)形成、允許設(shè)備連接、路由器初始化、設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)的連接等。發(fā)起和／或響應(yīng)綁定請求并在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立一個安全關(guān)系。 ZDO主要負責(zé)： 初始化應(yīng)用支持子層、網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)規(guī)范。 eZ430RF2500 平臺的特點如下：（實物見附圖 2） 1： USB式的自動調(diào)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