【正文】 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(wú)線鏈路的建立、維護(hù)和斷開(kāi)，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(dòng)請(qǐng)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(hào)域包含了發(fā)送方對(duì)幀的順序編號(hào)，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(lái)決定如何接入和使用無(wú)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(cè) ZigBee 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲(chǔ)器資源。 網(wǎng)絡(luò)的特定結(jié)構(gòu)會(huì)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 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中定義了兩種類型的網(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 用戶向它的第 J 層發(fā)送，用來(lái)表示用戶執(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 (基基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 18 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)的連線限制和成本問(wèn)題．但是，如果沒(méi)有合適的無(wú)線電源，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、晶振、去偶電容就可以工作。 BSP_Init()。 // set Random device address at initial startup } [0]=Flash_Addr[0]。amp。這套方案中提供了兩種天線方式，一種為 PCB天線，另外一種是外接的50Q天 線，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)鋫鬏斅酚伞榱讼驊?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 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． 42022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的引腳接線圖 圖 CC2500 引腳圖 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 8 3． 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。可通過(guò)掃描 RSS91尋找最佳工作通道 .CC2500 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。 基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 3 2． 3． 1 MSP430F2274 的 16位 CPU MSP430F2274 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。這些器件的開(kāi)發(fā)手段不同。 ?系統(tǒng)工作穩(wěn)定 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，基于 eZ430RF2500 的無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 2 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)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(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)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線之間的連接。 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。 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?？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 ，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)線信道上接收和發(fā)送PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDUs)，物理層負(fù)責(zé)下面的任務(wù)： 無(wú)線收發(fā)信機(jī)的激活和去激活； 在當(dāng)前 信道上的