【正文】 有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，并于 2021 年 10 月把其自身的 MSP430 處理器用于對(duì)于 ZigBee 收發(fā)器的控制。它此前被稱作“ HomeRF lite”或“ FireFly”無(wú)線技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。在“中國(guó)未來(lái) 20 年技術(shù)預(yù)見(jiàn)研究”中共 157 個(gè)技術(shù)課題，其中 7 項(xiàng)式直接論述傳感網(wǎng)絡(luò)的。 IEEE 。 本文將對(duì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件核心 ZigBee 協(xié)議棧的組成結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹，完成 ZigBee 無(wú)線路由器的硬件設(shè)計(jì)和軟件配置，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制燈的路由功能演示實(shí)驗(yàn)。 7 2．模擬電子線路《 2》 電子科技大學(xué)出版社 3． Ｍ SP430系列 16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐 沈建華 編著 北京航空航天大學(xué)出版社 4． MSP430 單片機(jī)基礎(chǔ)與實(shí)踐 謝興紅 編著 北京航空航天大學(xué)出版社 5． MCS51 單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例 清華大學(xué)出版社 6．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 單片機(jī)基礎(chǔ)教程 科學(xué)出版社 MCS51 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 系 (教研室 )主任： （簽章） 年 月 日 學(xué)院主管領(lǐng)導(dǎo)： （簽章） 年 月 日 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Zigbee 無(wú)線路由器的設(shè)計(jì) The ZigBee Wireless Router Design 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 I 頁(yè) 摘 要 ZigBee 是一種網(wǎng)絡(luò)容量大，節(jié)點(diǎn)體積小，架構(gòu)簡(jiǎn)單，低速率，低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 三、 完成日期及進(jìn)度 2021 年 3 月 1 日至 2021 年 7 月 2 日，共 18 周。 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于 萬(wàn)字）； 3. 外文譯文一篇（不少于 5000 英文單詞）； 4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)源程序一份 （含相關(guān)使用說(shuō)明） 。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 四、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等） : 1．電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 1998。特別是家庭自動(dòng)化和工業(yè)控制將成為今后 ZigBee 芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。 wireless router。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，各國(guó)都非常重視無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， IEEE 正在努力推進(jìn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)還創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)（ sensor work consortium） ,美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志在論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無(wú)線傳感器列入其中。 ZigBee 是一種新興的短距離，低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁(yè) 2021 年 2 月 TI 公司收購(gòu) CHIPCON 公司，以壯大其在 RF 行業(yè)的龍頭地位。 在國(guó)內(nèi)上，嵌入式無(wú)線開(kāi)發(fā)工具供應(yīng)商成都無(wú)線龍通訊科技有限公司從 2021年就開(kāi)始對(duì) ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并相繼跟隨芯片發(fā)展步伐推出相關(guān)ZigBee 開(kāi)發(fā)工具，如 ZigBee2021 開(kāi)發(fā)系統(tǒng) C51RF3JKS； ZigBee2021 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)C51RF3PK； ZigBee2021 開(kāi)發(fā)系統(tǒng) C51RFCC2520PK； ZigBee 協(xié)處理器 CC2480開(kāi)發(fā)工具 ARMRF2STR911。 （ 5） .網(wǎng)絡(luò)容量大：可支持多達(dá) 65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)。最后完成對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及 ZigBee 芯片 CC2430 的初始化程序等底層驅(qū)動(dòng)的修改與編寫，添加自己的任務(wù)程序。 無(wú)線信道的分配 ZigBee 的通信頻率由物理層來(lái)規(guī)范。 2400~ 頻段可用于全球，采用 16 相調(diào)制技術(shù)，能夠提供 250Kb/s 的傳輸速率我國(guó)采用的是2400MHz 的工作頻率。 鏈接質(zhì)量指示為上層服務(wù)提供接收數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度質(zhì)量信息，它要對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行解碼，生成一個(gè)信噪比指標(biāo)。如下圖 所示 物理層 物理層管理實(shí)體 數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn) 物理層實(shí)體 服務(wù)接入點(diǎn) 物理層個(gè)域 網(wǎng)絡(luò)基本信息 無(wú)線 射頻 — 服務(wù)接入點(diǎn) 已調(diào)制的信號(hào) PPDU 二進(jìn)制數(shù)據(jù)流 二進(jìn)制比特 數(shù)據(jù)符號(hào) 數(shù)據(jù)符號(hào) 片碼數(shù)據(jù)映射 偏移正交相移鍵控（ OQPSK） 最低有效位先傳 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁(yè) 圖 傳送符號(hào) 0 片碼序列時(shí)的 I/Q 相位 Tc= PPDU 格式 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。 CC2430 的無(wú)線發(fā)送器是基于上變頻。 RADIO DMA 觸發(fā)與無(wú)線模塊有關(guān)，該觸發(fā)支持 DMA 控制器。 信標(biāo)和非信標(biāo)模式 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的工作模式可以分為信標(biāo)（ Beacon）和非信標(biāo)（ Nonbeacon）兩種模式。網(wǎng)絡(luò)中所有父節(jié)點(diǎn)需為自己的終端設(shè)備子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有終端設(shè)備子節(jié)點(diǎn)的大多數(shù)時(shí)間都處于休眠模式，周期性的醒來(lái)與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式一般只需 要 15ms。預(yù)通信的器件要么定時(shí)接收，要么彼此完全同步。確認(rèn)幀的序列號(hào)應(yīng)該與被確認(rèn)幀的序列號(hào)相同，并且負(fù)載長(zhǎng)度應(yīng)該為 0. 表 確認(rèn)幀結(jié)構(gòu) 字節(jié)： 2 1 2 MAC 層 幀控制 序列碼 FCS MHR MFR 命令幀 MAC 命令幀由于組建 WRAN 網(wǎng)絡(luò)，傳輸同步數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道和一個(gè)網(wǎng)絡(luò) ID(也稱之為 PAN ID，即 Personal Area Network ID)，隨后啟動(dòng)整個(gè)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 17 頁(yè) 網(wǎng)絡(luò)。但是當(dāng)使用樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，允許路由間隔一定的周期操作一次，這樣就可以使用電池給其供電。端點(diǎn) 0x00 用于尋址設(shè)備配置文件，這是每個(gè) ZigBee 設(shè)備都必須使用的端點(diǎn)。每一個(gè)地址就只是了一個(gè)目標(biāo)設(shè)備。在 zigbee 協(xié)議中，一個(gè)配置文件中允許最多 2^16 個(gè)設(shè)備 (16 位表示 )， 2^8 個(gè) 簇 ，每個(gè) 簇 支持最多約 2^16 個(gè)屬性。 ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）和應(yīng)用層框架（ APL）的設(shè)計(jì)。 （ 3） .廣播半徑域，僅當(dāng)目的地址為廣播地址（ 0xffff）時(shí)，廣播半徑和廣播序列江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 22 頁(yè) 號(hào)才存在。 在調(diào)用下層服務(wù)時(shí)，只需要遵循統(tǒng)一的原語(yǔ)規(guī)范，并不需要了解如何處理原語(yǔ)的。網(wǎng)路層的功能包括網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，路由的選擇以及廣播通信，下面我們來(lái)一一介紹。 （ 4） Response：響應(yīng)原語(yǔ)用于上層響應(yīng)本層發(fā)出的指示原語(yǔ)。 網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)功能 ZigBee 設(shè)備在工作時(shí)，各種不同的任務(wù)在不同的任務(wù)在不同的層次上執(zhí)行，通過(guò)層的服務(wù)，完成所要執(zhí)行的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 20 頁(yè) 第四章 ZigBee 協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)和原理 ZigBee 體系結(jié)構(gòu) ZigBee 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用分層結(jié)構(gòu)，每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。 Zigbee 的通信其實(shí)就是由叫做簇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在終端之間傳播構(gòu)成的。這是一個(gè) 64 位的地址，由設(shè)備商固化到設(shè)備中，地址由 IEEE 發(fā)配，當(dāng)然我們現(xiàn)在買到的開(kāi)發(fā)板芯片上的IEEE 地址一般應(yīng)該為全 F，這是一個(gè)無(wú)效地址，就是說(shuō)這個(gè)芯片還沒(méi)有分配地址拉。終端一般是 RFD，也可是 FFD 設(shè)備。 協(xié)調(diào)器必須是全功能設(shè)備， FFD 需要功能較強(qiáng)的 MCU，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中擁有網(wǎng)絡(luò)控制和管理的功能。 圖 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)示意圖 上圖 是一個(gè)簡(jiǎn)單的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)示意圖。 在信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)中的所有從設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀，以保證這些設(shè)備能夠同協(xié)調(diào)器進(jìn)行同步，從而使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的成本最低。如下圖 ： 圖 數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器 應(yīng)答（可選） 應(yīng)答（可選） 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 信標(biāo) 網(wǎng)絡(luò)器件 網(wǎng)絡(luò)器件 協(xié)調(diào)器 協(xié)調(diào)器 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁(yè) 2 數(shù)據(jù)從協(xié)調(diào)器傳出 在信標(biāo) 使能方式中，協(xié)調(diào)器會(huì)利用信標(biāo)中的字段來(lái)告知有資料要傳送。在網(wǎng)絡(luò)中的任何設(shè)備要做通信時(shí)，會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)存取時(shí)間采用開(kāi)槽的 CSMA/CA 機(jī)制去對(duì)頻道做競(jìng)爭(zhēng)。在接收模式可以用中斷來(lái)清除通道評(píng)估（ CCA）。 CC2430 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通過(guò)先進(jìn)先出（ FIFO）的方式來(lái)接收 128 位數(shù)據(jù)。 表 物理層數(shù)據(jù)包格式 2 字節(jié) 1 字節(jié) 020 字節(jié) 2 字節(jié) 幀控制域（ FCF） 數(shù)據(jù) 序號(hào) 地址信息 幀校驗(yàn)序列 （ FCS） 4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) MAC 頭（ MHR） MAC 校驗(yàn) （ MFR） 前同步碼 幀定界符 幀長(zhǎng)度 （ 7 位） 預(yù)留位（ 1位） MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ MPDU） 同步包頭 物理層包頭 PHY 服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ PSDU) 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁(yè) 數(shù) 據(jù)的發(fā)送與接收 基于 的 CC2430/2431 無(wú)線收發(fā)模塊，其無(wú)線核心部分是一個(gè)基于CC2420 射頻收發(fā)器。 IEEE 的調(diào)制方式 圖 調(diào)制和擴(kuò)展模塊 如上圖 所示， 物理層將數(shù)據(jù)每字節(jié)的低四位和高四位分別映射組成數(shù)據(jù)符號(hào)（ symbol），每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)又被映射成 32 位偽隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)碼片（ chip）。 1. 數(shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收； 2. 管理服務(wù)包括信道能量監(jiān)測(cè)（ energy detect， ED），鏈接質(zhì)量指示（ link quality indication， LQI）和空閑信道評(píng)估（ clear channel assessment， CCA）等。兩個(gè)物理層都是基于直接序列擴(kuò)頻（ DSSS）技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，其區(qū)別在于工作頻率，調(diào)制技術(shù)，擴(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率的不同。 ZigBee 直接使用了這兩層，并在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）和應(yīng)用層（ APL）架構(gòu)。路由器的主要功能是為經(jīng)過(guò)路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳的路徑，并將該數(shù)據(jù)幀有效的送到目的節(jié)點(diǎn)。 （ 2） .可靠：采用了避免碰撞機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自動(dòng)路由的方式進(jìn)行 傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴Ｓ?2021 年 12 月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂，推出ZigBee 版 (又稱為 ZigBee2021)。 2021 年下半 年，英國(guó) Invensys 公司 ,日本三菱電子， Motorola 和 Philips 等國(guó)際知名的大公司宣布加入 ZigBee 聯(lián)盟，該聯(lián)盟已有好幾百家成員企業(yè)，并仍在發(fā)展壯大。借此意義 Zigbee 作為新一代無(wú)線通訊技術(shù)的命名。如采用傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)，雖然能滿足上述要求，但存在著設(shè)備的成本高、體積大和能源消耗較大、組網(wǎng)困難等問(wèn)題。t effected whole, specially suited to be used to anize a Wireless Sensor Network, an important logic equipment here is a wireless ZigBee router,playing the role of the relay. ZigBee is developed by the ZigBee Alliance. It is an anization of semiconductor manufacturers， technology providers， and Original Equipment Manufacture． The ZigBee foundation is IEEE , this is a IEEE wireless Personal Area Network team39。zigbee 技術(shù)由 ZigBee 聯(lián)盟開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)由原始設(shè)備制造商，技術(shù)供應(yīng)商和半導(dǎo)體產(chǎn)商加盟的組織。 － 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 江蘇科技大學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 學(xué) 院