【正文】 網(wǎng)絡(luò)、管理溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、向網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。溫度端點(diǎn) EP 負(fù)責(zé)接收和處理溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，Temperature 包括啟動服務(wù)。SMPL_Init(sCB)。[1]=Flash_Addr[1]。if( Flash_Addr[0] == 0xFF amp。以上三種芯片的性能相當(dāng)，鑒于 Chipcon 現(xiàn)歸 TI旗下，CC2500 在國內(nèi)應(yīng)用較廣，且供貨充足，本設(shè)計(jì)采用它作為無線收發(fā)模塊的 RF 芯片。當(dāng)電池欠壓時(shí)，LBO 引腳會被拉低，單片機(jī)檢測到以后可以通過網(wǎng)絡(luò)通知管理人員更換電池。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上，MCU 有較多的輸入輸出接口，為方便連接各種擴(kuò)展模塊，完成不同的輸入輸出功能，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上提供 2 路模擬量的輸入和 2 路開關(guān)量的輸出。5．4 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件方案研究設(shè)計(jì)針對以上問題以及系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)了溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件，本章將介紹以 MSP430 單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)，分為溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)兩大部分，結(jié)構(gòu)如圖 5．1 所示，主要包括電源模塊、存儲器模塊、無線傳輸模塊、液晶顯示模塊、傳感器接口、串行通信接口和輸入輸出接口等模塊．圖 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件總體結(jié)構(gòu)圖5．5 傳感器節(jié)點(diǎn)主電路設(shè)計(jì)5．5．1 控制器電路設(shè)計(jì)本次無線傳感器節(jié)點(diǎn)的 MCU 選用 MSP430F2274，為了滿足低功耗的需求。使用者必須每次操作時(shí)選擇其中的一個(gè)選項(xiàng)，每種模式可以通過輸入不同的字符來區(qū)分，一共有四個(gè)字符（不區(qū)分大小寫）：溫度顯示選項(xiàng) 1：C – 以攝氏溫標(biāo)輸出所有溫度F – 以華氏溫標(biāo)輸出所有溫度數(shù)據(jù)格式顯示選項(xiàng) 2： V – 以擴(kuò)展的冗余模式顯示所有數(shù)據(jù) M – 以最簡模式顯示所有數(shù)據(jù)5．3．1 冗余模式下面是一個(gè)存取點(diǎn)輸出的冗余模式的例子：Node（節(jié)點(diǎn)）： 這是中心的數(shù)據(jù)標(biāo)識符，這是每一個(gè)終端設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)后所給定的?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)195．2．1 存取點(diǎn)（AP）存取點(diǎn)的執(zhí)行的首要任務(wù)是傳遞啟動信息到串行通訊端口，然后網(wǎng)絡(luò)存取點(diǎn)會像網(wǎng)絡(luò)中心一樣對系統(tǒng)初始化，初始化程序完成后，存取點(diǎn)傳送文件會顯示成功如下：存取點(diǎn)使用的是 ADC10 內(nèi)部溫度傳感器，初始化成功后，它會每秒鐘測試一次環(huán)境溫度，以傳送到計(jì)算機(jī)中。如果攜帶較多的電池，雖然可以解決電源問題，但必然會增大體積，提高成本，更加積極的方法是降低無線傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗．可靠性與安全性：系統(tǒng)在應(yīng)用中必須保證能夠可靠的運(yùn)行，在特定條件下對數(shù)據(jù)的安全性也有較高的要求．系統(tǒng)應(yīng)具有較高的可靠性，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，具備迅速恢復(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有一整套完整的管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全．系統(tǒng)設(shè)計(jì)中從硬件到軟件都必須考慮可靠性要求．在設(shè)計(jì)過程中。ZigBee 設(shè)備對象(ZDO)，描述了功能的基本分類，這些功能在應(yīng)用對象設(shè)備范圍和 APS 間提供一個(gè)接口。ZDO 的任務(wù)包括在網(wǎng)絡(luò)層定義設(shè)備的功能。Confirm：確認(rèn)原語由第 J 層向第 11 用戶發(fā)送，用來傳遞一個(gè)或多個(gè)前面服務(wù)請求原語的執(zhí)行結(jié)果?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)17它的定義與其他任何接口的實(shí)現(xiàn)無關(guān)。幀控制域是 16 位長，包含定義幀類型的信息、尋址和序列域和其它控制標(biāo)識的信息，其格式如圖 4．10 所示，可以看到幀控制域包括幀類型、協(xié)議版本、發(fā)現(xiàn)路由、安全和保留位。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供如下服務(wù)：配置一個(gè)新設(shè)備：為操作按照要求充分布局協(xié)議棧的能力。NWK 支持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行菭睢?串)狀和網(wǎng)格狀。ZigBee 規(guī)范定義了三種類型的設(shè)備，每種都有自己的功能要求。端點(diǎn) 0 用于整個(gè) ZigBee 設(shè)備的配置和管理，應(yīng)用程序可以通過端點(diǎn) 0 與 ZigBee 協(xié)議棧的其他層通信，從而實(shí)現(xiàn)對這些層的初始化和配置，附屬在端點(diǎn) 0 的對象被稱為 ZigBee 設(shè)備對象(ZDO)；端點(diǎn)255 用于向所有端點(diǎn)的廣播。這是一種時(shí)隙化的載波偵聽／沖突避免(CSMA／CA)信道接入算法。圖 MAC 子層參考模型圖 MAC 幀格式MAC 子層載荷，其長度可變，不同的幀類型包含不同的信息，如 MAC 子層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(MSDU)：但整個(gè),MAC 幀的長度應(yīng)該小于 127 字節(jié)，其內(nèi)容取決于幀類型。MAC 子層處理所有物理層無線信道的接入，其主要工作有：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀：支持多個(gè)域網(wǎng)(PAN)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；為設(shè)備的安全提供支持；與網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同步；信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入／沖突避免(CSMA／CA)機(jī)制；處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制：基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)13在兩個(gè)對等的 MAC 實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。通過這兩個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)提供如下服務(wù)：通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)12入點(diǎn)(PD—SAP)為物理層數(shù)據(jù)提供服務(wù)；通過物理層管理實(shí)體(PLME)服務(wù)的接入點(diǎn)(PLME—SAP)為物理層管理提供服務(wù)。2．4GHz 的物理層通過采用 16 相調(diào)制技術(shù)，能夠提供250kb／s 的傳輸速率，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐率，縮短了通信時(shí)延和數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間，所以更加省電。GTS 由無競爭時(shí)段(CFP)組成，它總是緊跟著 CAP，在活躍的超幀尾部。超幀的格式由傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器定義，超幀被分為 16 個(gè)大小相等的時(shí)隙 n 別，由協(xié)調(diào)器發(fā)送，如圖 4．2所示。從能量、成本和效率來看，不同的數(shù)據(jù)速率能為不同的應(yīng)用提供較好的選擇。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè) SAP 提供了一系列的基本服務(wù)指令來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。CC2500 的 FIFO 緩存區(qū)保存 MAC 幀的長度、MAC 幀頭和 MAC 幀負(fù)載數(shù)據(jù)三個(gè)部分，而不保存幀校驗(yàn)碼。5)所需外圍元件很少。CC2500 具有片上載波感應(yīng)指示燈和數(shù)字 RSSI 輸出，有助于提高無線鏈路的質(zhì)量。程序存儲器 ROM程序 ROM 區(qū)位 0FFFFH 以下一定數(shù)量存儲空間，可存放指令代碼和數(shù)據(jù)表 格。當(dāng)存儲器組織為 64KB 或更少時(shí)采用小模式，地址空間為最低的 64KB，而目前的器件都設(shè)計(jì)成小模式，最大的程序存儲空間 60KB 空間中。MSP430F2274 的通用寄存器是 430 活動的打不風(fēng)場所，可以執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，也可以作為臨時(shí)的暫存單元；可以字操作，也可以字節(jié)操作。位 4 CPUOFF CPU 控制位 置位使 CPU 進(jìn)入關(guān)閉模式，此時(shí)除了 RAM內(nèi)容、端口、寄存器保持外，CPU 處于停止?fàn)顟B(tài)，可用所有允許的中斷將 CPU 從此狀態(tài)喚醒。系統(tǒng)對堆棧的操作為隱式，主要為自動保存 PC 的數(shù)值。表 對 16 個(gè)寄存器做了簡要的說明。其內(nèi)部帶有 10 位 A/ D ,1. 8～ 3. 6V 的工作電壓,5 種低功耗省電模式,從待機(jī)到喚醒的響應(yīng)時(shí)間不超過 1μs ,片內(nèi)高頻時(shí)鐘源,頻率高達(dá)16MHZ,內(nèi)部還有低功耗低頻振蕩器 VLO ,32KHZ 晶振模塊。其中，看門狗可以使程序時(shí)空是迅速復(fù)位；比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器可以設(shè)計(jì)為 A/D 轉(zhuǎn)換器；定時(shí)器具有捕獲/比較功能，可用于時(shí)間技術(shù)、時(shí)序發(fā)生、PMW 等；有的器件更具有兩個(gè)串口，可方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的并行端口，最多可達(dá) 200Kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá) 120 段。MSP430 系列單片機(jī)具有以下一些共同的特點(diǎn)?低電壓、超低功耗MSP430 系列單片機(jī)，在 電壓、1MHZ 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流因不同的工作模式而不同；具有 16 個(gè)中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將 CPU 喚醒只要 6μs，可編制出實(shí)時(shí)性特別高的源代碼；可將 CPU 置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。TI 公司的 MSP430 系列是一個(gè)超低功耗類型的單片機(jī)，特別適合于電池應(yīng)用的場合或手持設(shè)備。很多情況下，布線成本很高，或者根本無法布線，導(dǎo)致溫度傳感器系統(tǒng)的監(jiān)測范圍受到限制?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類目前已經(jīng)置身于信息時(shí)代，信息的獲取是實(shí)現(xiàn)信息他的前提，獲取信息的一種重要工具就是傳感器。溫度傳感器系統(tǒng)逐漸由單點(diǎn)、集中式向多點(diǎn)、分布式演變．由于溫度采樣點(diǎn)數(shù)量不斷增加，與監(jiān)控中心的距離越來越遠(yuǎn)，它們之間的數(shù)據(jù)交換必須通過傳輸網(wǎng)絡(luò)．當(dāng)前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的溫度變送器大多采用兩線制，兩線制雖然解決了電源線和信號線的復(fù)用問題，很大程度上減少了布線成本，但沒有徹底擺脫導(dǎo)線的束縛?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)12 MSP430單片機(jī)介紹2．1 MSP430 單片機(jī)的用途單片機(jī)技術(shù)如今已經(jīng)滲透到人類生活的方方面面，在家用電器、通信產(chǎn)品等日用電子設(shè)備中都可以看見單片機(jī)，估計(jì)全世界人均有幾片單片機(jī)，此技術(shù)正在積極地影響著人類的生活。溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示和無線發(fā)送。他們風(fēng)別是以下一些外圍模塊的不同組合：看門狗（WDT） 定時(shí)器 A（TimerA） 定時(shí)器 B（TimerB） 比較器 串口 0、1（USART0、1） 硬件乘法器液晶驅(qū)動器 10 位/12 位 ADC 14 位 ADC端口 0（P0） 端口 16（P1_P6） 基本定時(shí)器（Basic Timer）以上外圍模塊再加上多種存儲器方式就構(gòu)成了不同型號的器件。2．3 MSP430F2274 的介紹MSP430F2274 單片機(jī)是由 TI 公司生產(chǎn)一種 16 位的單片機(jī)，綜合比較，本設(shè)計(jì)將采用之。程序流程通過程序計(jì)數(shù)器控制，而呈現(xiàn)執(zhí)行的現(xiàn)場狀態(tài)體現(xiàn)在程序狀態(tài)字中那個(gè)。講數(shù)據(jù)從堆棧中彈出正好相反：先將數(shù)據(jù)從 SP 所指示的內(nèi)存單元取出，再將 SP 的值加 作有兩種情況：隱式與顯式。該位中斷復(fù)位，RETI 指令置位，也可以用哪個(gè)指令改變。寄存器 As 常數(shù) 說明R2R2R2R2R3R3R3R30001101100011011(0)00004H00008H0000H00001H0002H0FFFFH寄存器模式絕對尋址模式+4，位處理+8，位處理0，字處理+1+2，位處理1，字處理表 CG1和 CG2可以產(chǎn)生的常數(shù)R4～R15 為通用工作寄存器。小模式時(shí)采用基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)5線性尋址空間；大模式時(shí)代碼可訪問 16 個(gè) 64KB 的代碼段，數(shù)據(jù)可訪問的地址空間為 16 個(gè) 64KB 的頁，即為分段分頁方式。MSP430F2274 為 FLASH 型的器件，它還有信息存儲區(qū)，也可以當(dāng)做數(shù)據(jù) RAM 使用，同時(shí)它是 FLASH 型，掉電后數(shù)據(jù)部丟失，可以保存重要參數(shù)。只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。4)低電流消耗(RX: ).高靈敏度(98dBm)。當(dāng) CC2500 的 SFD 引腳為低電平時(shí)，表示接收到了物理幀的 SFD 到的數(shù)據(jù)存放在 128 字節(jié)的接收 FIFO 緩存區(qū)中，幀的 CRC 校驗(yàn)由硬件完成。ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。這些信道的中心頻率按如下定義(k 為信道數(shù))基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)10一個(gè) IEEE802．15．4 可以根據(jù) ISM 頻段、可用性、擁擠狀況和數(shù)據(jù)速率在 27 個(gè)信道中選擇一個(gè)工作信道。低速率的無限個(gè)局域網(wǎng)允許使用超幀結(jié)構(gòu)。對于低延遲應(yīng)用或需要特殊帶寬的應(yīng)用基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)11來說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為它貢獻(xiàn)出超幀的活躍部分，這部分叫做 GTS。2．4GHz 波段為全球統(tǒng)一、無須申請的 ISM 頻段，有助于 ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。從圖 4．4 可以看到，在物理層中存在數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)和物理層管理實(shí)體服務(wù)的接入點(diǎn)。IEEE802．15．4 MAC 子層實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和斷開，確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗(yàn)與快速自動請求重發(fā)(ARQ)，預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理等。幀控制域指明了 MAC 幀的類型、地址域的格式以及是否需要接收方確認(rèn)等控制信息；幀序號域包含了發(fā)送方對幀的順序編號，用于匹配確認(rèn)幀，實(shí)現(xiàn) MAC 子層的可靠傳輸；地址域采用的尋址方式可以是 64 位的 IEEE MAC 地址或者 8 位的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)地址。在星狀網(wǎng)絡(luò)中，中心設(shè)備承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的形成和維護(hù)、時(shí)隙的劃分、信道接入控制和專用帶寬分配等功能，其余設(shè)備根據(jù)中心設(shè)備的廣播信息來決定如何接入和使用無線信道。一共有兩個(gè)特殊的端點(diǎn)，即端點(diǎn) 0 和端點(diǎn) 255。根據(jù) ZigBee 協(xié)議棧規(guī)定的所有功能和支持，我們很容易推測 ZigBee 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲器資源。網(wǎng)絡(luò)的特定結(jié)構(gòu)會戲劇性地影響設(shè)備所需的資源。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，允許應(yīng)用與協(xié)議棧相互作用。有的 Zig