【正文】 Bee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中定義了兩種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)層幀，它們分別是數(shù)據(jù)幀和網(wǎng)絡(luò)層命令幀。這些服務(wù)原語(yǔ)是一個(gè)抽象的概念，它們僅僅指出提供的服務(wù)內(nèi)容，而沒(méi)有指出由誰(shuí)來(lái)提供這些服務(wù)。Response：響應(yīng)原語(yǔ)從第 12 用戶(hù)向它的第 J 層發(fā)送，用來(lái)表示用戶(hù)執(zhí)行上一條原語(yǔ)調(diào)用過(guò)程的響應(yīng)。APS subplayer 的責(zé)任包括維護(hù)綁定表，這一功能使兩個(gè)設(shè)備匹配在一起(基于他們的服務(wù)和需要)及在兩個(gè)一定的設(shè)備之間發(fā)送消息。APSME 為發(fā)現(xiàn)和綁定設(shè)備和維護(hù)管理物體數(shù)據(jù)庫(kù)即 APS 信息庫(kù)提供服務(wù)。5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則低功耗：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是擺脫了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連線(xiàn)限制和成本問(wèn)題．但是，如果沒(méi)有合適的無(wú)線(xiàn)電源，這一優(yōu)勢(shì)就無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)．此外，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，通常采用 AAA 電池或者鈕扣式電池供電，電池電量不可能很高，因此傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗是設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵因素，因?yàn)槿绻仨殨r(shí)常更換電池(例如每周或每月)，那么相關(guān)的勞動(dòng)力成本便會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它相對(duì)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)省的成本。一個(gè)和 USB 接口連接，作為存取點(diǎn)模塊；另一個(gè)和電池板連接，作為中斷發(fā)送模塊。5．3 操作模式本套設(shè)備為存取點(diǎn)和計(jì)算機(jī)串行通訊接口之間的通信提供了兩種指定的顯示方式，每一種方式又包含兩種操作模式。數(shù)據(jù)之間以逗號(hào)隔開(kāi)，以$字符開(kāi)頭，以字符結(jié)尾。通過(guò) P1．2P1．4 的狀態(tài)選擇工作模式，INC 和 DEC 為按鍵。電路如圖 3．4 所示，單片機(jī)通過(guò) sNOOzE 引腳控制電源的工作模式，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式時(shí)，只要將該引腳置為低電平，即可使電源進(jìn)入低功耗模式。這些芯片都具有很高的集成度，外部只需要天線(xiàn)、晶振、去偶電容就可以工作。BSP_Init()。 // set Random device address at initial startup}[0]=Flash_Addr[0]。TXString( \r\nInitializing Network...., 26 )。在 switch(currentPrimitive)程序段中需要包含 ZigBee 應(yīng)用層代碼，其 ZDO 部分已經(jīng)由協(xié)議棧給出，系統(tǒng)開(kāi)基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)26發(fā)需要完成應(yīng)用對(duì)象的設(shè)計(jì)．本系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)只需要利用 ZigB∞協(xié)議棧獲取溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，不需要提供其他額外服務(wù)，所以只要設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用對(duì)象，命名為 EP 溫度端點(diǎn)．另外，需要為這個(gè)應(yīng)用對(duì)象編寫(xiě)配置文件(Profile)以及節(jié)點(diǎn)的配置和描述信息。其控制軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖 6．1 所示，包括 ZigBee 協(xié)議棧、Modbus 服務(wù)、節(jié)點(diǎn)管理基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)25三個(gè)模塊．節(jié)點(diǎn)管理Modbus服務(wù)Zigbee協(xié)議棧有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件框圖系統(tǒng)中 ZigBee 協(xié)議棧采用的是 MpZBeeV3．5，基于它的編程有固定的格式，以下為系統(tǒng)主程序的示意代碼：void main(void){SystemImt( )；／／硬件和系統(tǒng)其他功能的初始化ZigBeelnit( )；／／ZigBee 協(xié)議棧初始化while(1){CLRWDT( )；／／看門(mén)狗復(fù)位ZigBeeTasks(amp。SMPL_Ioctl(IOCTL_OBJ_ADDR, IOCTL_ACT_SET, amp。amp。這套方案中提供了兩種天線(xiàn)方式，一種為 PCB 天線(xiàn)，另外一種是外接的 50Q 天線(xiàn)，可以根據(jù)需要通過(guò)焊接 C18 或 C47 選擇。開(kāi)關(guān)電源選用比較成熟的 ID4063 作為電源轉(zhuǎn)換芯片，然后選用BMIll7 完成 3．3V 穩(wěn)壓，其電路如圖 5．4 所示．10～30V 直流電源由 POWER 輸入，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換后得到 V，開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓的計(jì)算公式為：VⅢ5+=1．25(I+R20／R19)，這里 R20 和 R19 分別選用 3K 和 lK，輸出電壓為5V，然后通過(guò) BMIll7 穩(wěn)壓后。另外，提供了 4 路按鍵輸入和 4 路 LED 顯示。DSl302 內(nèi)部的 31 個(gè)非易失性存儲(chǔ)器可以保存系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)．在終端節(jié)點(diǎn)上，只需要一個(gè) 32．768KHz 的低速晶振，MSP430F2274 時(shí)鐘模塊應(yīng)用了增強(qiáng)型鎖相環(huán)技術(shù) FU^可以根據(jù)需要產(chǎn)生需要的高速時(shí)鐘．為了適應(yīng)不同應(yīng)用對(duì)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的需要，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)了 2 種擴(kuò)展存基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)21儲(chǔ)器方案，分別為 12C 接口的 EEPROM24LC256 和 SPI 接 13 的 Flash 存儲(chǔ)器M25P80，還可以根據(jù)需要選用引腳兼容的不同容量芯片替換。Strength（強(qiáng)度）：這是由 CC2500 射頻測(cè)試的接收信號(hào)強(qiáng)度顯示，為了方便讀取，以百分比的形式顯示。5．2．2 終端設(shè)備（ED） 啟動(dòng)后，終端設(shè)備會(huì)立即尋找對(duì)應(yīng)的存取點(diǎn)來(lái)連接，在尋找的時(shí)候，綠色和紅色的 LED 燈都會(huì)發(fā)光。2：21 個(gè)可擴(kuò)展引腳。從終端應(yīng)用組裝(集合)構(gòu)架信息以確定和執(zhí)行發(fā)現(xiàn)、安全管理、網(wǎng)絡(luò)管理和綁定管理。所謂綁定就是基于兩臺(tái)設(shè)備的服務(wù)和需求將它們匹配地連接起來(lái)。網(wǎng)絡(luò)層的功能包括網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、路由的選擇以及廣播通信。每種服務(wù)原語(yǔ)提供服務(wù)時(shí)，根據(jù)具體的服務(wù)類(lèi)型，可能不帶有傳輸信息，也可能帶有多個(gè)傳輸必需的信息參數(shù)。每一層的服務(wù)主要完成兩種功能：根據(jù)其下層服務(wù)要求，為上層提供相應(yīng)的服務(wù)：根據(jù)上層的服務(wù)要求，對(duì)下層提供相應(yīng)的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供如下服務(wù)：生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)：NLDE 能夠通過(guò)添加合適的協(xié)議頭從應(yīng)用支持子層生成 NPDU；指定拓?fù)鋫鬏斅酚?。為了向?yīng)用層提供其接口，網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必需的功能服務(wù)實(shí)體，它們分別是數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體，如圖 2．8 所示。ZigBee 終端設(shè)備可以執(zhí)行它的相關(guān)功能，并使用 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)到達(dá)其他需要與其通信的設(shè)備，它的存儲(chǔ)器容量要求最小。APS 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)提供層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服務(wù)，所以能夠適配不同但兼容的設(shè)備，比如帶燈的開(kāi)關(guān)。ZigBee 設(shè)備應(yīng)該包括IEEE802．15．4 的 PHY 和 MAC 層以及 ZigBee 協(xié)議棧層：網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層和安全服務(wù)管理。MAC 子層幀尾含有采用 16 位 CRC 算法計(jì)算出來(lái)的幀校驗(yàn)序列(FCS)，用于基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)14接收方判斷該數(shù)據(jù)包是否正確，從而決定是否采用 ARQ 進(jìn)行差錯(cuò)恢復(fù)。從圖 3．6 可以看出，在 MAC 層兩個(gè)不同服務(wù)的接入點(diǎn)提供了兩個(gè)不同的 MAC 層服務(wù)：MAC 層通過(guò)它的公共部分子層服務(wù)接入點(diǎn)為它提供數(shù)據(jù)服務(wù)；MAC 層通過(guò)它的管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)為它提供管理服務(wù)。同步包頭由前同步碼(前導(dǎo)碼)和數(shù)據(jù)包(幀)分隔符組成，用于獲取符號(hào)同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步，也有助于粗略的頻率調(diào)整；物理層包頭指示凈荷部分的長(zhǎng)度，物理層凈荷部分含有 MAC 層數(shù)據(jù)包，凈荷部分的最大長(zhǎng)度是 127 字節(jié)。物理層提供兩個(gè)服務(wù)：PHY 數(shù)據(jù)服務(wù)和 PHY 管理服務(wù)，PHY 管理服務(wù)和物理層管理實(shí)體(PLME)接口。4．2 通信層ZigBee 協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)如圖 2．1 所示．IEEE802．15．4 標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層一一物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)，而 ZigBee 直接使用了IEEE802．15．4 所定義的物理層和介質(zhì)接入控制子層來(lái)作為 ZigBee 的物理層和介質(zhì)接入控制子層。任何想要在競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)段(CAP)通信的設(shè)備都要使用有時(shí)隙的載波監(jiān)聽(tīng)多址接入／沖突避免(CSMA／CA)機(jī)制。IEEE802．15．4MAC 層提供兩種服務(wù)：MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)和 MAC 層管理服務(wù)。IEEE802．15．42021標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)。CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使用直接正交上變頻。9)開(kāi)發(fā)工具齊全，提供開(kāi)發(fā)套件圖 CC2500的引腳接線(xiàn)圖圖 CC2500引腳圖基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)83．2 CC2500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 32 是 CC2500 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖?？赏ㄟ^(guò)掃描 的數(shù)字 RSS91 尋找最佳工 采用 4x4mm 20 引腳 QFP 封裝，由于外形小，而且需要的外部元件數(shù)量少，因此適合開(kāi)發(fā)小型 產(chǎn)品。中斷向量區(qū)用來(lái)說(shuō)明相應(yīng)中斷的中斷服務(wù)程序首地址。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM MSP430F2274 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于存儲(chǔ)器地址空間的 0200H 以上，這些存儲(chǔ)器一般用做數(shù)據(jù)的保存與堆棧，同時(shí)也是數(shù)據(jù)運(yùn)算的場(chǎng)所，在特殊場(chǎng)合還可以用作程序存儲(chǔ)器。源操作數(shù)和目的操作數(shù)的指令集需占用代碼存儲(chǔ)器中的 1～3 個(gè)字。位 7 SCG1 此位與位 6 一起控制系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器的 4 中活動(dòng)狀態(tài)。MSP430F2274 的狀態(tài)幾寸器為 16 位，目前只用到前 9 位，其結(jié)構(gòu)如下：15～9 8 7 6 5 4 3 2 1 0保留 V SCG1 SCG0 OscOff CPUOFF GIE N Z C位 0 C 進(jìn)位標(biāo)志 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置位，否則復(fù)位。其內(nèi)容在調(diào)試程序是，可通過(guò)寄存器窗口查看。2．3．1 MSP430F2274 的 16位 CPUMSP430F2274 系列采用的是“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)，ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)。這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。?系統(tǒng)工作穩(wěn)定基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)2上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK 啟動(dòng) CPU，以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。MSP430 系列是眾多單片機(jī)系列中的一顆耀眼的新星。選擇和開(kāi)發(fā)功耗低、可靠性高、適應(yīng)低速率、小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。低成本、低功耗、應(yīng)用簡(jiǎn)單的 IEEE802．15．4 和 ZigBee 協(xié)議的誕生為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了互聯(lián)互通酶規(guī)范。ZigBee 協(xié)議是由 IEEE802．15 4 標(biāo)準(zhǔn)的 PHY 和 MAC 層再加上 ZigBee 的網(wǎng)終層和應(yīng)用層組成的，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有成本低、體積小、能量和通信能力有限等特點(diǎn)，所以此種網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)是兩絡(luò)系統(tǒng)支持低成本、易實(shí)現(xiàn)、低功耗等。實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之間的連接。2．2 MSP430 單片機(jī)的功能TI 公司的 MSP430 系列單片機(jī)是 16 位超低功耗微控制器，其中包括一系列器件，它們針對(duì)不同的應(yīng)用而由各種不同的模塊組成，這些微控制器被設(shè)計(jì)為可用電池工作，而且可以有很長(zhǎng)的使用時(shí)間。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。對(duì)于 OTP 型和 ROM 型的器件是用相對(duì)應(yīng)的 EPROM 型器件作為開(kāi)發(fā)片，或使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后再燒寫(xiě)或掩膜芯片；而對(duì)于FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 就扣讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。中央處理單元 CPU 采用了精簡(jiǎn)的、高透明的、高效率的正交設(shè)計(jì)。 SP系統(tǒng)堆棧在系統(tǒng)調(diào)用子程序或進(jìn)入中斷服務(wù)程序是，保護(hù)程序計(jì)數(shù)器 PC。基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)4位 1 Z 零標(biāo)志 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為 0 時(shí)置位，否則復(fù)位。位 8 V 當(dāng)算術(shù)運(yùn)算結(jié)果超出有符號(hào)數(shù)范圍時(shí)置位。2．3．2 MSP430F2274 的存儲(chǔ)器組織MSP430F2274 的存儲(chǔ)空間采用“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)，ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)?？梢宰植僮?，也可以字節(jié)操作，通過(guò)指令后綴加以區(qū)別。2．3．3 MSP430F2274 的尋址模式MSP430F2274有 7種尋址方式，其中源操作數(shù)可用全部的 7種方式尋址，而目的操作數(shù)只有 4種方式尋址。CC2500 的選擇性和敏感性質(zhì)數(shù)超過(guò)了 IEEE8 標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性，且其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) 500kpbs，因此可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2500 從天線(xiàn)接收到射頻信號(hào)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器(Low Noise Amplifier,LNA)，然后在正交下變頻到2MHz 的中頻上，形成中頻信號(hào)的同向分量和正交分量?；鶐盘?hào)的同相分量和正交分量直接被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過(guò)低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)和由制造商制訂的應(yīng)用對(duì)象。管理服務(wù)通過(guò) MAC 層管理實(shí)體(MLME)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)訪問(wèn)高層，MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)使 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)的收發(fā)可以通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。所有的傳輸要在下一個(gè)信標(biāo)到來(lái)之前結(jié)束。4．2．1 PHY(物理)層ZigBee 的通信頻率在物理層來(lái)規(guī)范，ZigBee 根據(jù)不同的國(guó)家和地區(qū)為其提供不同的工作頻率范圍，ZigBee 所使用的頻率范圍分別為 2．4GHz 和868／915MHz。PHY 數(shù)據(jù)服務(wù)：在物理無(wú)線(xiàn)信道上接收和發(fā)送 PHY 協(xié)