【正文】 str[3] = temp%10 + 48。=0x7f。 //讀取溫度寄存器等（共可讀 9 個寄存器） 前兩個就是溫度 V1 = Ds18b20Read()。 //定義高低 8 位 緩沖 unsigned int temp。在接受到數(shù)據(jù)傳送請求之后，終端設(shè)備就會將所測量的溫度值周期性的傳送給協(xié)調(diào)器。 …… } 網(wǎng)絡(luò)通信過程 開發(fā)板 A 作為協(xié)調(diào)器，上電啟動后自動建立網(wǎng)絡(luò)并周期性向終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包；開發(fā)板 B作 為終端設(shè)備，上電啟動后加入網(wǎng)絡(luò)，并且也周期性向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)包。這個函數(shù)被調(diào)用來處理任務(wù)的所有事件活動，包括定時器信息和其他用戶定義的事件。//指定端點號 = 0x0000。在SampleApp_Init()函數(shù)中主要包含 6 個部分工作：分配任務(wù) ID，串口初始化，注冊串口任務(wù)，溫度傳感器引腳初始化，設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)的方式和目的的地址尋址模式，定義端點描述符。在 文件中 osal_start_system()函數(shù)主要內(nèi)容： void osal_start_system( void ) { …… events = tasksEvents[idx]。 //初始化系統(tǒng)任務(wù) …… } 在 osal_init_system()函數(shù)中重點是 osalInitTasks()任務(wù)初始化函數(shù)，函數(shù)中每個任務(wù)都是調(diào)用初始化函數(shù)對協(xié)議棧每一層進行初始化。 main()函數(shù)中全部內(nèi)容包含有 ： 關(guān)閉全部中斷，初始化系統(tǒng)時鐘，檢查芯片電壓是否正常，初始化 I/O、 LED、 Timer 等，初始化芯片各硬件模塊，初始化 Flash 存儲器，初始化 MAC 層，確定 IEEE 地址，初始化非易失變量，調(diào)用 AF 初始化程序，初始化操作系統(tǒng)，使能全部中斷，初始化按鍵，顯示設(shè)備信息，執(zhí)行操作系統(tǒng) 。 軟件開發(fā)環(huán)境 IAR 簡介 IAR 的 C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是目前 世界上最容易 利 用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。 CC2530 還具有強大的外設(shè)集：五通道 DMA， 21 個通用I/O 引腳， 3 個通用定時器， 32kHz 睡眠計時器和定時捕獲， CSMA/CA 硬件支持， 8通道 12為 ADC， AES 加密安全協(xié)處理器， WatchDog 定時器，兩個 USART 等。 ZigBee開發(fā)套件仿真器實物圖，如圖 所示。 ① 協(xié)調(diào)器節(jié)點 協(xié)調(diào)器節(jié)點主要由 CC2530 芯片、射頻天線電路、供電模塊、晶振電路以及串口通訊電路 五部分組成。 當(dāng)需要溫度采集時，協(xié)調(diào)器向終端節(jié)點發(fā)送控制命令，終端節(jié)點通過溫度傳感器DS18B20 進行溫度的采集，之后終端節(jié)點將采集的溫度數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器對溫度數(shù)據(jù)進行處理后通過串口將溫度數(shù)據(jù)傳輸給 PC 機，通過上位機軟件對溫度數(shù)據(jù)進行顯示、分析、存儲等處理。 ② 指示（ Indication） ：指示原語從 N 實體發(fā)送到 到 N+1 實體 ，指示一個對 N+1 實體有 外部 N 層事件發(fā)生，這個事件可能由內(nèi)部事件產(chǎn)生或與遠程服務(wù)請求有關(guān)。 ⑤ 節(jié)點 每個節(jié)點有且只有一個信道使用，包含一 組 ZigBee 設(shè)備，也可以理解為是一個專門的 ZigBee 設(shè)備的容器。 在非信標(biāo)模式下，采用終端節(jié)點向 父節(jié)點提取數(shù)據(jù)，父節(jié)點為子節(jié)點緩存數(shù)據(jù)的機制，使終端設(shè)備可以周期性進入休眠模式以達到低功耗。精簡功能設(shè)備（ RFD）只支持星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不能成為任何一種協(xié)商者使用，但是可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者相互通信。 但是 協(xié)調(diào)器的角色 只涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動和配置，之后整個網(wǎng)絡(luò)的運行 就不再依賴 于 協(xié)調(diào)器是否存在。 應(yīng)用支持子層結(jié)構(gòu)與接口圖如圖 所示。網(wǎng)絡(luò)層管理實體主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的管理服務(wù)， 通過網(wǎng)絡(luò)層管理實體接入點（ NLMESAP）實現(xiàn)。 MAC 層由 MAC 層管理實體（ MLME）提供 MAC 層管理服務(wù)和 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)實體（ MCPS） 提供 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù) 兩部分構(gòu)成 。 ZigBee 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖 所示： 應(yīng)用程序框架ZigBee 設(shè)備對象（ ZDO ）應(yīng)用支持子層 （ APS ）應(yīng)用設(shè)備 240端點 240APSDE SAP應(yīng)用設(shè)備 1端點 1APSDE SAP端點 0APSDE SAPZDO公共接口APS 安全管理APS 消息中轉(zhuǎn)反射器管理安全服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)層 （ NWK ） NLED SAPZDO管理面板APSMESAPNLMESAPNWK 安全管理NWK 消息中轉(zhuǎn)路由管 理 網(wǎng)絡(luò)管理媒體介質(zhì)訪問層 （ MAC ） MLDE SAP MLME SAP物理層 （ PHY ）PD SAP PLME SAP2 . 4 GHz 868 / 915 MHzIEEE 802 . 15 . 4 制定 終端制造商制定 ZigBee 聯(lián)盟制定 各層接口 圖 ZigBee 協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖 物理層（ PHY） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 物理層定義了物理無線信道和 MAC 層之間的接口， 提供 三種不同的 通信 頻段 ：、 902MHz928MHz 和 2400MHz24835MHz， 以及 1 個、 10個以及 16個不同的信道 。測氡法，該方法與實用還有很大距離，首先是地質(zhì)因素的影響，并不是所有礦都具有可供測量的氡 氣存在；另一方面就是氡氣濃度與火源溫度之間的關(guān)系并不是單調(diào)增減，而是在某一基軸線上的減幅波動，從而影響火源 定位準(zhǔn)確性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測技術(shù)是近年來逐步發(fā)展起來的監(jiān)測煤自然發(fā)火的檢測方法。其基本原理是放射性元素存在衰變現(xiàn)象，在衰變過程中產(chǎn)生氡氣，而在實際的地層測量中。 國內(nèi)外 在這一領(lǐng)域內(nèi)進行了大量的研究工作。 CC2530。 本文首先對本課題的研究意義及國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀進行分析和研究，詳細比較了幾種現(xiàn)有的溫度監(jiān)測方法 ， 根據(jù)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)所處的復(fù)雜環(huán)境需要，提出了基于 CC2530 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。 最終，設(shè)計出一種 基于 CC2530 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。 CC2530 在眾多無線通訊芯片中最為突出的優(yōu)勢是低功耗，在休眠模式下， 2節(jié) 5號電池就可 以維持 1 至 2 年。束管是當(dāng)前我國煤礦火災(zāi)監(jiān)測的主要手段，它利用在采空區(qū)不同位置布置多條空氣采集管，定時抽取特定區(qū)域的氣體樣本，對該區(qū)域某點的 O N CO、 CH CO C2H C2H C2H2等自然火災(zāi)標(biāo)志氣體含量循環(huán)監(jiān)測，判斷煤面的氧化情況，預(yù)測預(yù)報發(fā)火點的溫度變化，為煤礦自然火災(zāi)的防治工作提供科學(xué)依據(jù)。電阻率法，地下煤層沿走向或其它方向電阻率基本保持不變，自燃后引起煤層和周圍巖石電阻率變化；自燃初期電阻率下降，后期表現(xiàn)較高電阻率，比較未自燃區(qū)和自燃區(qū)的變化來判斷自燃位置。其中光纖拉曼散射效應(yīng)（ Raman scattering）用于實現(xiàn)溫度測量，光時域反射測量技術(shù)（ Optical Time Domain Reflectometer）用于實現(xiàn)溫度定位，是近幾年發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高科技技術(shù)，它能夠連續(xù)測量光纖沿線的溫度分布情況，測量距離可達 30 公里，空間定位精度達到米的數(shù)量級，能夠進行不間斷的自動測量，特別適宜于需要長距離、大范圍多點測量的應(yīng)用場合。 ZigBee協(xié)議棧由物理層（ PHY） 、 媒體介質(zhì)訪問層（ MAC） 、 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）和應(yīng)用層（ APL）共 4層構(gòu)成，其中 PHY 層和 MAC 層由 標(biāo)準(zhǔn)工作組制訂，而 NWK層和 APL 層由 ZigBee聯(lián)盟自行制訂。物理層結(jié)構(gòu)及接口示意圖如圖 所示。 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK） 網(wǎng)絡(luò)層 是 ZigBee 協(xié)議棧的核心部分。 應(yīng)用支持層（ APS）具有管理綁定表、在綁定設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的功能。 ① 協(xié)調(diào)器 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的拓 撲形式可以多種多樣，但是每個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點。 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) ZigBee 支持 3種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，包括：星型拓撲網(wǎng)絡(luò)、樹形拓撲網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡(luò)。為最大限度的節(jié)約能源消耗，信標(biāo)模式可以使所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同步工作和同步休眠；而在非信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器和路由器必須長時間處于工作狀態(tài)，只允許終端設(shè)備周期性進入休眠模式。 ④ 端點 端點是協(xié)議棧應(yīng)用層的入口，是 為 實現(xiàn) 一個設(shè)備描述而定義的一組群集。因此，層與層之間的信息交互通過服務(wù)“原語”的操作實現(xiàn)，“原語”分為 4 種類型，分別是請求（ Request）、指示（ Indication）、響應(yīng)（ Response）和證實（ conform）。 本文中所設(shè)計的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用點對點通信的模式，可以理解為簡化的星型拓撲網(wǎng)絡(luò)，由一個協(xié)調(diào)器和一個終端節(jié)點組成。底板尺寸 5*5cm，核心板尺寸 *； ②采用底板加核心板的設(shè)計，便于更換模塊或板載天線模塊； ③板 上接口資源豐富，傳感器即插即用； ④板載 USB 轉(zhuǎn)串口電路，方便筆記本以及沒有串口的電腦用戶； ⑤傳輸距離遠； ⑥具備 USB 高速下載功能，支持 IAR 集成開發(fā)環(huán)境； ZigBee 開發(fā)套件節(jié)點底板實物圖，如圖 所示。終端節(jié)點設(shè)計如圖 所示。 ① 特性描述 CC2530 具有強大的無線前端：采用 標(biāo)準(zhǔn) RF 發(fā)射器，可編程輸出功率為 +，總體無線連接 102dbm， 6*6mm 的 QFN40 封裝。 DS18B20 有效工作電壓 之間，測溫范圍在 55℃ +125℃ （測溫誤差 1℃ ）之間，單線接口方式，無需任何外圍元件。 ZStack 體系架構(gòu)及工作流程 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16頁 ZStack 協(xié)議棧是由 TI 公司在 2021 年 4 月推出的 Zigbee 無線通訊協(xié)議，是一種半開源式的協(xié)議棧，很多關(guān)鍵代碼都是以庫文件的形式給出的，歷經(jīng)多年發(fā)展，功能不斷完善 。該函數(shù)在初始化任務(wù)系統(tǒng)中創(chuàng)建任務(wù)表中定義任務(wù) ()。 此函數(shù)將所有的任務(wù)事件和調(diào)用task_event_processor()事件的任務(wù)功能，如果沒有事件（任務(wù)），這一功能使處理器進入睡眠狀態(tài)。 taskID 把任務(wù)聯(lián)系起來一一對應(yīng)，數(shù)組中事件的順序必須與任務(wù)初始化函數(shù)中的順序相同，以達到初始化和調(diào)用的目的。= 0x7f。SampleApp_SimpleDesc。 } …… if ( events amp。協(xié)調(diào) 器程序流程圖如圖 所示。） } } ： P0DIR amp。 // 啟動溫度轉(zhuǎn)換 Ds18b20Initial()。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22頁 } ② 初始化串口和溫度傳感器引腳 在文件 中的 SampleApp_Init()處寫入語句： Void SampleApp_Init(uint8 task_id) { …… MT_UartInit()。 str[1] = temp%100/10+48。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID, 4, str, amp。 temp = floatReadDs18B20()。 fValue = temp*。 Ds18b20Write(0xcc)。在文件 中主要有以下幾部分工作： ： define Ds18b20IO P0_7； ： void Ds18b20Delay(unsigned int k) { while (k) { asm(NOP)。如果協(xié)調(diào)器新建網(wǎng)絡(luò)成功，允許協(xié)調(diào)器設(shè)定為綁定。同時完成對協(xié)調(diào)器、終端的設(shè)置 SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt)。SampleApp_TaskID。 //串口初始化 MT_UartRegisterTaskID(task_id)。 //使進程 /系統(tǒng)休眠 } 程序中重點是 events=tasksEvents[idx]。 //用戶應(yīng)用任務(wù)初始化 } ③ 執(zhí)行操作系統(tǒng) 在 main()函數(shù)中的另一重點就是 osal_start_system()執(zhí)行操作系統(tǒng)函數(shù)。 //初始化操作系統(tǒng) …… osal_start_system()。 IAR 集成編譯器主要產(chǎn)品特征：高效 PROMable 代碼、完全標(biāo)準(zhǔn) C 語言 兼容、內(nèi)建對應(yīng)芯片的程序速度和大小優(yōu)化器、目標(biāo)特性擴充、版本控制和擴展工具支持良好、便捷的中斷處理和模擬、瓶頸 性能分析、高效浮點支持、內(nèi)存模式選擇和工程中相對路徑支持。 圖 CC2530 外圍主電路 DS18B20 概述 DS18B20 是最常用的溫度傳感器之一，具備體積小、成本低、抗干擾能力強、精度高等特點。 CC2530 擁有一個高性能無線收發(fā)器、一個標(biāo)準(zhǔn)增強型 8051 微處理器、 8KB 的 RAM、 32/64