【正文】 CC2430的其它外圍設(shè)備 直接存?。―MA）控制器 中斷方式解決了高速內(nèi)核與低速外設(shè)之間的矛盾，從而提高了CPU的效率。l 直接命令操作直接通過CSP把命令發(fā)送給無線模塊。運(yùn)行RF收發(fā)器時，必須使用高精度的晶體振蕩器。CC2430有18個中斷源，每個中斷源有它自己的、位于一系列特殊功能寄存器中的中斷請求標(biāo)志。1. 復(fù)位 CC2430有四個復(fù)位源：l 低電平復(fù)位RESET_N；l 上電復(fù)位；l 掉電復(fù)位；l 看門狗復(fù)位。3. 控制線引腳功能10腳（RESET_N）：復(fù)位引腳，低電平有效；19腳（XOSC_Q2）：32MHz的晶振引腳2；21腳（XOSC_Q1）：32MHz的晶振引腳1，或外部時鐘輸入引腳；22腳（RBIAS1）：為參考電流提供精確的偏執(zhí)電阻；26腳（RBIAS2）：提供精確電阻，43（1177。圖31 CC2430的功能模塊結(jié)構(gòu) CC2430引腳功能介紹 CC2430芯片采用7mm7mm QLP封裝，共有48個引腳，全部引腳可分為I/O端口引腳、電源線引腳、控制線引腳三類。CC2430的功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。根據(jù)上述要求綜合比較后，本文采用TI公司推出的高度整合的SOC芯片CC2430方案，它成本低，體積小，外圍設(shè)備豐富且電路簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)、而且能夠勝任WSN節(jié)點(diǎn)的功能和作用。MRF24J40器件集成了接收器、發(fā)送器、VCO和PLL，最大限度地減少了外接元件并降低功耗。在MCU和RF收發(fā)器分離的雙芯片方案方面，TI采用的是CC2420 RF收發(fā)器和超低功耗MCU MSP430[10]。另外，在某些應(yīng)用場合可能希望保證節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行代碼不被第三方了解，這時應(yīng)采用具有代碼保護(hù)能力的微處理器和存儲芯片。（2）微型化無線傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在體積上足夠小，保證對目標(biāo)系統(tǒng)本身的特性不會造成影響，或者造成的影響可以忽略不計(jì)。第四部分介紹對Zigbee的網(wǎng)絡(luò)配置，包含兩種功能設(shè)備，三種節(jié)點(diǎn)類型，三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及兩種工作模式。如果在一定的時間周期內(nèi)，沒有數(shù)據(jù)通過這條路徑發(fā)送，這條路徑將被表示為期滿。一旦一條路徑被創(chuàng)建，數(shù)據(jù)包就可以發(fā)送了。路由算法將尋找擁有最小路徑成本的路徑。 路由過程ZigBee路由器（含協(xié)調(diào)器）將完成路徑發(fā)現(xiàn)和選擇、路徑保持維護(hù)、路徑期滿處理等功能。如果存在與目標(biāo)地址相符合的有效路由記錄，數(shù)據(jù)包將被發(fā)送到記錄中的下一跳地址中去。如果網(wǎng)絡(luò)包含很多休眠時間很長的從設(shè)備，主設(shè)備必須將數(shù)據(jù)幀保存很長時間。 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)在數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制上，主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到從設(shè)備和由從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到主設(shè)備的機(jī)制隨網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。合適的設(shè)備應(yīng)具備要求的PANID允許關(guān)聯(lián)。掃描過程中每接收到一個有效數(shù)據(jù)非零的信息幀，掃描設(shè)備就從MAC層發(fā)送一個。如果該程序己經(jīng)在其他任意設(shè)備上被運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)就要終止該程序。如果存在并且沒有與現(xiàn)有的PANID沖突，這個值就成為新網(wǎng)絡(luò)的PANID，否則設(shè)備會選擇一個隨機(jī)的PAN標(biāo)識符。信道掃描通過發(fā)送，將ScanType參數(shù)設(shè)置為能量掃描。SDU是為了完成上層用戶的請求，本層所傳送的本層數(shù)據(jù)凈荷。這樣就做到了數(shù)據(jù)層與層之間的透明傳輸。信標(biāo)模式實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度的功耗節(jié)省，而非信標(biāo)模式則只允許終端設(shè)備ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器ZC和所有路由器ZR設(shè)備必須長期處于工作狀態(tài)。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備一般由電力系統(tǒng)供電，而其他設(shè)備采用電池供電。RFD由于省掉了內(nèi)存和其他電路，降低了ZigBee部件的成本，而簡單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。AF為用戶自定義的應(yīng)用程序提供一個模板式的活動空間，通過鍵值對和報(bào)文兩種服務(wù)方式。ZigBee MAC層也提供了兩種類型的服務(wù)：通過MAC層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)向MAC層數(shù)據(jù)和MAC層管理提供服務(wù)。l 免執(zhí)照頻段。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。這是ZigBee技術(shù)最為顯著的一個特點(diǎn)，由于它采用了休眠喚醒機(jī)制，大大減少能量消耗，兩節(jié)5號電池可支持一個節(jié)點(diǎn)624個小時。ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，其物理層(PHY)和媒體接入控制（MAC），網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟[7]制定。第四章對基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過兩個實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性和可行性。它在10米左右的范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps至數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率， GHz頻段。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 WiFi技術(shù) WiFi（Wireless Fidelity，無線相容性認(rèn)證），是由WiFi聯(lián)盟所制訂。但是它不能穿透固體物質(zhì)，傳輸距離有限，而且只能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的直線傳輸，這些缺點(diǎn)限制了它的推廣應(yīng)用。 幾種常用的無線通信技術(shù) 藍(lán)牙技術(shù) 1994年，. Ericsson公司與IBM、Intel、Nokia和Toshiba四家公司一起組成了一個SIG（Special Interest Group,特別興趣集團(tuán)）聯(lián)盟，開發(fā)了一個無線標(biāo)準(zhǔn)，將計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備或者附加部件通過短距離、低功耗、低成本的無線電波連接起來，這個項(xiàng)目被稱為藍(lán)牙（Bluetooth）。 帶寬有限。 另外，WSN的特點(diǎn)也決定了它在技術(shù)上面臨著一些挑戰(zhàn)，存在著幾個關(guān)鍵問題： 能量管理問題。WSN沒有明確的中心，各個節(jié)點(diǎn)之間是對等的；任何節(jié)點(diǎn)都可以隨時加入或退出網(wǎng)絡(luò)，而不會影響其它節(jié)點(diǎn)的有效性，只是整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會隨之而動態(tài)變化。 隨著研究的進(jìn)展，后來人們又提出了改進(jìn)的WSN協(xié)議棧模型，其結(jié)構(gòu)圖如圖14[5]所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)是以數(shù)據(jù)為中心，我們不會關(guān)注某個具體節(jié)點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，而是關(guān)心某個區(qū)域的觀測數(shù)據(jù)。同時，工作人員還可以通過終端計(jì)算機(jī)對遠(yuǎn)程信息進(jìn)行觀察、對比，以做出合理的操作控制。 傳感器節(jié)點(diǎn)通過自帶傳感器采集周圍環(huán)境信息，經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)處理、融合，通過射頻模塊將其發(fā)射出去。 WSN體系結(jié)構(gòu)圖11是典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)圖。國外發(fā)達(dá)國家在這方面開始的比較早，投入也比較大，像美國波士頓大學(xué)創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(Sensor Network Consortium)，期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開的發(fā)展；美國軍方將WSN應(yīng)用到軍事系統(tǒng)，耗資400600億美元建造的FCS（Future Combat System，未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)），以網(wǎng)絡(luò)為中心，達(dá)到 “全球到達(dá)、迅速反應(yīng)”的低傷亡作戰(zhàn)目標(biāo)；美國國家科學(xué)基金贊助的Biomedical Sensors項(xiàng)目[1]，美國NASA（National Aeronautics and Space Administration, 美國國家航空暨太空總署）發(fā)起的Sensor Webs項(xiàng)目[2]等等都是關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究?？梢灶A(yù)見，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將成為21世紀(jì)一項(xiàng)極為重要的技術(shù)，它的發(fā)展和推廣也必將給人類社會帶來重大影響和變革。 關(guān) 鍵 詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；CC2430；ZStackTHE RESEARCH AND DESIGN OF WIRELESS SENSORNETWORKS BASED ON ZIGBEEABSTRACT: Wireless Sensor Network (WSN) is a multidisciplinary, knowledgehighly concentrated frontier hotspot and research field,which is focused by the world in morden has the ability of information collection, processing and transmission as it bines sensor technology, microprocessor technology and wireless munication technology ,and it is the main direction of development of the next generation sensor birth of ZigBee which is lowpower, lowcost, simplely and conveniently applied plays a significant role in promoting the development and exploiting of Wireless Sensor Networ. This article, mainly beginning with ZigBee technology, has studied,researched and designed WSN. First, the paper introdued the background, the development condition and the application prospect and then described WSN in detail from architecture, node structure, protocol stack, features and key problems and so paper also analysed ZigBee/. Second,the paper carried on hardware design of WSN based on ZigBee, including the main chip of CC2430, peripheral equipment, RF module, controlling circuit, displaying circuit and interface circuit and so on. Futher more, the paper carried on software design of WSN based on ZigBee, and demonstrated the feasibility and reliability of the system though experiments. Finally, the paper summarized , previewed and proposed several applications of WSN based on ZigBee.Keywords: WSN, ZigBee, CC2430, ZStack文章縮略語AESAdvanced Encryption Standard高級加密標(biāo)準(zhǔn)APIApplication Program Interface應(yīng)用編程接口BPSKBinary Phase Shift Keying二相相移鍵控CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance帶有沖突避免的載波偵聽多路訪DMADirect Memory Access直接存儲器訪問DSSSDirect Sequence Spread Spectrum直接序列擴(kuò)頻FFDFull Functional Device全功能設(shè)備FIFOFirst Input First Output先入先出隊(duì)列GUIGraphical User Interface圖形用戶界面IRDAInfrared Data Association紅外數(shù)據(jù)組織ISMIndustrial Scientific Medical工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段JTAG國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議LNALowNoise Amplifier低噪聲放大器LQILink Quality Indication鏈路質(zhì)量指標(biāo)MCUMicro Control Unit微控制單元OQSPKOffset Quadrature Phase Shift Keying偏移四相相移鍵控PAPower Amplifier功率放大器PDAPersonal Digital Assistant個人數(shù)字處理PANPersonal Area Network個人局域網(wǎng)QoSQuality of Service服務(wù)質(zhì)量RFDReduced Function Device精簡功能設(shè)備RFIDRadio Frequency Identification射頻識別RSSIReceived Signal Strength Indication接收信號強(qiáng)度指示SAPService Access Point服務(wù)訪問點(diǎn)SFRSpecial Function Register特殊功能寄存器SoCSystem on Chip片上系統(tǒng)SPISerial Peripheral Interface串行外圍設(shè)備接口TCPTransmission Control Protocol傳輸控制協(xié)議USARTUniversalSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter通用同步/異步串行接收/發(fā)送器WiFiWirelessFidelity