【正文】 30的CPU寄存器與標(biāo)準(zhǔn)8051的CPU寄存器相同，包括寄存器R0～R程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC、B寄存器和堆棧指針SP等；CC2430的CPU指令與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令集相同，這里不作詳細(xì)介紹。但是由于與標(biāo)準(zhǔn)8051使用不同的指令定時(shí)，因此以往編寫的標(biāo)準(zhǔn)8051目標(biāo)代碼的定時(shí)循環(huán)程序需要修改；此外，擴(kuò)充外部設(shè)備所使用的特殊功能寄存器（SFR）涉及的指令代碼也有所不同。2. 電源線引腳功能7腳（DVDD）：為I/～；20腳（AVD_SOC）：～；23腳（AVDD_RREG）：～；24腳（RREG_OUT）：為25,27～335～；25腳（AVDD_IF1）：為接收器波段濾波器、模擬測(cè)試模塊和VGA（Video Graphics Array）；27腳（AVDD_CHP）：；28腳（VCO_GUARD）：VCO屏蔽電路的報(bào)警連接端口；29腳（AVDD_VCO）：；30腳（AVDD_PRE）:為預(yù)定標(biāo)器、Div ；31腳（AVDD_RF1）:為LNA；33腳（TXRX_SWITCH）:為PA提供調(diào)整電壓；35腳（AVDD_SW）：為LNA/；36腳（AVDD_RF2）：；37腳（AVDD_IF2）：；38腳（AVDD_ADC）：；39腳（DVDD_ADC）：；40腳（AVDD_DGUARD）：為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓；41腳（AVDD_DREG）：～；42腳（DCOUPL）：，此電壓不為外電路所使用；47腳（DVDD）：為I/～。l ，外部的中斷或RTC都能喚醒系統(tǒng)；，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；l 128 KB可編程閃存，2個(gè)4KB SRAM；l 硬件支持CSMA/CA機(jī)制；l 較寬的電壓范圍（ V）；l 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能；l 具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能；l 集成了14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；l 集成了AES 128安全協(xié)處理器；l 帶有2個(gè)功能強(qiáng)大的支持多組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE ，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器；l 成本低，體積小，外圍設(shè)備豐富且電路簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)；l 完全適合于ZigBee/IEEE ；l 強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。另外，CC2430還包括了許多強(qiáng)大的外設(shè)資源，比如DMA (Direct Memory Access,直接存儲(chǔ)器訪問)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗定時(shí)器（watchdog timer）、AES128協(xié)處理器，8 ~14位ADC、USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發(fā)送器)、32KHz晶振的睡眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路（power on reset）、掉電檢測(cè)電路（brown out detection）以及21個(gè)可編程I/O引腳。選用芯片時(shí)，應(yīng)充分考慮芯片的集成度、封裝、管腳數(shù)目、外圍電路、發(fā)射功率和擴(kuò)展性等因素。Microchip的雙芯片Zigbee方案采用MRF24J40 IEEE 。CC2430包含8KB RAM內(nèi)存和外圍模塊，并有364或128KB內(nèi)置閃存等三種不同組件可供選擇，方便設(shè)計(jì)人員在復(fù)雜性與成本之間做出最佳選擇。其次，傳感器節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性還需要在軟件上得到保證，軟件模塊要保證其邏輯上的正確性和完整性，并能夠在硬件出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)感知和采取積極的措施。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)直接決定了節(jié)點(diǎn)的能耗水平，還決定了各種軟件通過優(yōu)化可能達(dá)到的最低能耗水平，通過合理地設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，可以有效降低節(jié)點(diǎn)能耗。第三部分從體系結(jié)構(gòu)方面對(duì)ZigBee的各層的功能、作用和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。 路由表為已經(jīng)建立連接路徑的節(jié)點(diǎn)維護(hù)路徑記錄。目標(biāo)設(shè)備選擇最好的RREQ數(shù)據(jù)包，然后沿著相反的路徑將答復(fù)數(shù)據(jù)包(RREP)發(fā)送給源設(shè)備。沿著路徑，求出所有連接的連接成本的總和，便可以得到整個(gè)路徑的“路徑成本”。通過父節(jié)點(diǎn)的路由表記錄和其所有子節(jié)點(diǎn)的路由表記錄結(jié)合，可以在保證不喪失任何功能的基礎(chǔ)上優(yōu)化路徑。否則，路由器將要檢索它的路由表中與所有要傳送的數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址相符合的記錄。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)是主設(shè)備必須將所有數(shù)據(jù)幀保存在內(nèi)部緩沖器中，直到目標(biāo)從設(shè)備喚醒并查詢數(shù)據(jù)。如果傳輸失敗，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(MLME)就要終止程序。對(duì)于未加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，選擇合適的設(shè)備。一旦收到該原語。只有ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee路由器才能允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。過程啟動(dòng)以后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體首先要求MAC層對(duì)任意指定的一系列信道，缺省條件所有有效的信道進(jìn)行能量掃描，尋找可能存在的網(wǎng)絡(luò)。PDU是在不同節(jié)點(diǎn)的各層對(duì)等實(shí)體之間用來實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議所交換的信息單元。在調(diào)用下層服務(wù)時(shí)，只需要遵循統(tǒng)一的原語規(guī)范，并不需要去了解如何處理原語。 兩種工作模式 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。所有的設(shè)備都與中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備通信，實(shí)際上在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中路由器是沒有路由作用的。l 精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)：RFD卻只能與FFD通訊附帶有限的功能來控制成本和復(fù)雜性，在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。ZDO是一個(gè)公共服務(wù)接口，提供了一個(gè)公共的功能集，為用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象提供一個(gè)調(diào)用APS和網(wǎng)絡(luò)層的接口。圖22 ZigBee物理層結(jié)構(gòu)模型[8] l MAC層。Zigbee 提供了三級(jí)安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128) 的對(duì)稱密碼,以靈活確定其安全屬性。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間,在增大射頻功率后,可達(dá)到1～3 km。 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)相對(duì)其它無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)有著鮮明的特點(diǎn)：l 低功耗。后來人們就將這種低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)成為ZigBee技術(shù)。第三章對(duì)基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 UWB技術(shù)UWB(UltraWideband)超寬帶技術(shù)，是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。 RFID技術(shù) RFID(Radio Frequency Identification)，即射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽。特別在無限傳感器網(wǎng)絡(luò)方面，ZigBee有著十分廣泛的應(yīng)用，本文后邊將會(huì)對(duì)ZigBee在WSN中的應(yīng)用具體闡述。 紅外技術(shù)具有工作原理簡(jiǎn)單，功耗小，成本低，安全性好，保密性高，無電磁干擾，無須政府批準(zhǔn)頻帶等優(yōu)點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)特別適合部署在惡劣環(huán)境中，因而要求傳感器節(jié)點(diǎn)有很好的抗損壞能力，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)有很好的自適應(yīng)性、高強(qiáng)壯性和容錯(cuò)性。因此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂埔彩顷P(guān)鍵問題之一。因而，一般WSN包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常之多，分布范圍之廣。（2）無中心、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹 任務(wù)管理平臺(tái)：主要用來平衡和調(diào)度監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)任務(wù)。l 網(wǎng)絡(luò)層：主要負(fù)責(zé)路由的生成和選擇。 傳感器網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)信息最終都將被送到用戶終端，進(jìn)行更深層次的分析、處理，這樣采集到的數(shù)據(jù)才能夠得以應(yīng)用，作為反饋來控制整個(gè)系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作得更為精確、實(shí)時(shí)。圖12是典型的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖，其中的定位模塊和移動(dòng)模塊為可選擇性的。它具有規(guī)模大、自組織、部署方便、以數(shù)據(jù)為中心、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)、通信靈活等特點(diǎn)。盡管無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著美好的前景，但它的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有推廣開來。同時(shí)，國內(nèi)外許多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都很看好，紛紛從不同層次和角度對(duì)WSN展開了探索和研究。最后，本文進(jìn)行總結(jié)和展望，并提出了幾種基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用?；赯igBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)：077060032010 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì)學(xué)院(系)： 水利與建筑工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)： 電氣061班學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 合作指導(dǎo)教師：完成日期： 2010年6月 91 目 錄摘 要： IVABSTRACT V第一章 緒論 1 課題背景概述 1 WSN簡(jiǎn)介 2 WSN體系結(jié)構(gòu) 2 WSN的協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 4 WSN特點(diǎn)及其關(guān)鍵問題 6 幾種常用的無線通信技術(shù) 7 藍(lán)牙技術(shù) 7 紅外技術(shù) 7 ZigBee技術(shù) 8 WiFi技術(shù) 8 RFID技術(shù) 8 HomeRF技術(shù) 9 UWB技術(shù) 9 幾種無線通信技術(shù)對(duì)比 9 本文結(jié)構(gòu)組織 10 本章小結(jié) 11第二章 ZigBee/ 12 ZigBee/ 12 ZigBee技術(shù)特點(diǎn) 12 ZigBee技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) 13 ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)配置 15 兩種功能設(shè)備 15 三種節(jié)點(diǎn)類型 15 三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 16 兩種工作模式 17 ZigBee組網(wǎng) 17 基本通信原語 17 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng) 18 網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù) 18 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 20 ZigBee 路由 21 21 路由過程 22 23第三章 基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì) 24 ZigBee的幾種實(shí)現(xiàn)方案 25 CC2430芯片介紹 26 CC2430芯片概述 26 CC2430引腳功能介紹 29 CC2430的增強(qiáng)型8051內(nèi)核 31 CC2430的射頻部分 32 CC2430的其它外圍設(shè)備 34 直接存取（DMA）控制器 34 MAC定時(shí)器 35 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 35 溫度傳感器 36 節(jié)點(diǎn)的控制和顯示電路 36 控制電路 37 狀態(tài)顯示電路 38 節(jié)點(diǎn)的接口電路 39 USART接口（串行通信接口） 40 JTAG接口 40 節(jié)點(diǎn)實(shí)圖 41 本章小結(jié) 41第四章 基于ZigBee2006協(xié)議棧的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計(jì) 43 ZStack 43 ZStack軟件架構(gòu) 43 系統(tǒng)初始化 44 操作系統(tǒng)的執(zhí)行 44 ZStack項(xiàng)目中的文件目錄 49 ZStack開發(fā)軟件 51 IAR EW8051集成開發(fā)環(huán)境 51 ZigBee2006協(xié)議棧 52 SmartRF Flash Programmer軟件 54 ZigBee協(xié)議分析儀軟件Packet Sniffer 55 ZStack開發(fā)的一些基本概念 55 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 60 開關(guān)燈控制實(shí)驗(yàn) 60 功能描述 60 實(shí)驗(yàn)程序 61 實(shí)驗(yàn)操作及其結(jié)果 65 溫度傳輸實(shí)驗(yàn) 66 功能描述 66 實(shí)驗(yàn)程序 67 實(shí)驗(yàn)操作及其結(jié)果 73 本章小結(jié) 76第五章 總結(jié)與展望 77 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)想 77 總結(jié)與展望 78 本文總結(jié) 78 展望 78參考文獻(xiàn) 79附錄 80致謝 89基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì)作者：閆彥含 指導(dǎo)老師：何自立摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是涉及多學(xué)科、知識(shí)高度集中、在當(dāng)今國際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)和研究領(lǐng)域。再次，本文對(duì)基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)展示了本文所設(shè)計(jì)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性和可靠性。2004年，《IEEE Spectrum》雜志發(fā)表一期專集《傳感器的國度》，論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能地廣泛應(yīng)用。總之，在不久的將來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將能夠布滿于我們的生活，給我們的生活帶來無盡的舒適與便捷。 WSN簡(jiǎn)介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的Adhoc[3]網(wǎng)絡(luò)，它是一種以數(shù)據(jù)為中心、自組織多跳的無線網(wǎng)絡(luò)。1. 一般節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元，其結(jié)構(gòu)主要包括傳感器模塊，處理器模塊，射頻模塊和電源模塊等。同時(shí)，它還具有一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫的副本來緩存最新的傳感器數(shù)據(jù)。l 數(shù)據(jù)鏈路層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用、數(shù)據(jù)幀檢測(cè)、媒體介入和差錯(cuò)控制等，保證了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸線路的可靠連接。l 移動(dòng)管理平臺(tái)：記載節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，維護(hù)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由，使得節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居節(jié)點(diǎn)的位置。所以，在硬件設(shè)計(jì)方面應(yīng)盡量選用低功耗的器件，在軟件方面應(yīng)采用優(yōu)化的程序和通信協(xié)議，以保證電能的充足，延長節(jié)點(diǎn)的壽命。只有這樣才能在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)盡可能多、盡可能準(zhǔn)確地獲取有價(jià)值信息。良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅能夠提高路由協(xié)議和通信效率，而且能夠節(jié)省能量，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。 健壯性。它的最大傳輸速率可達(dá)16Mbps。 由于ZigBee價(jià)廉、短距離、低功率的無線通信特點(diǎn)，它一直占據(jù)著無線通訊市場(chǎng)。另外，WiFi也開始進(jìn)軍無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且有著很大優(yōu)勢(shì)，但是此應(yīng)用才剛剛開始，仍需進(jìn)一步發(fā)展。使用范圍有很大局限性，大多用在家庭網(wǎng)絡(luò)中。第二章對(duì)ZigBee/、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)配置、組網(wǎng)、路由等方面進(jìn)行了介紹。第二章 ZigBee/ ZigBee/ZigBee技術(shù)的名字源自蜂群（Bee）在發(fā)現(xiàn)花粉時(shí)，通過跳ZigZag形舞蹈來告知同伴，達(dá)到交換信息的目的，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。為保證ZigBee設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)的安全保密性，ZigBee技術(shù)采用了三級(jí)安全性措施，對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理。l 短距離。l 高安全。PHY層的具體功能是：激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；對(duì)信道的能量進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)收到的數(shù)據(jù)包有鏈路質(zhì)量指示；空閑信道評(píng)估；載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議；信道頻率選擇；數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等。APS主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)單元的處理和傳輸以及應(yīng)用對(duì)象的綁定。更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用，也能用作終端設(shè)備。