【正文】 ........ 9 4． 1 ZIGBEE協(xié)議棧概述 ............................................. 9 4． 2 ........................................ 11 4． 2． 1 PHY(物理 )層 ........................................... 11 4． 2． 2 MAC(介質(zhì)接入控制子層 ) ................................. 12 4． 3 ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)層 ................................................ 14 4． 3． 1 網(wǎng)絡(luò)層概況 ............................................ 14 4． 3． 2網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu) ............................................ 16 4． 3． 3網(wǎng)絡(luò)層功能介紹 .......................................... 17 4． 4 ZIGBEE應(yīng)用層 ................................................ 17 5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ............................................... 18 5． 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ............................................... 18 5． 2 系統(tǒng)元件概述 ............................................... 19 5． 2． 1 存取點(diǎn)（ AP） .......................................... 19 5． 2． 2 終端設(shè)備（ ED） ........................................ 19 5． 3 操作模式 ................................................... 19 5． 3． 1 冗余模式 .............................................. 20 5． 3． 2 最簡(jiǎn)模式 .............................................. 20 5． 4 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件方案研究設(shè)計(jì) ............................. 20 5． 5傳感器節(jié)點(diǎn)主電路設(shè)計(jì) ........................................ 21 5． 5． 1控制器電路設(shè)計(jì) .......................................... 21 5． 5． 2輸入輸出模塊設(shè)計(jì) ........................................ 21 5． 6傳感器節(jié)點(diǎn)電源設(shè)計(jì) .......................................... 21 5． 6． 1終端節(jié)點(diǎn)的可控電源設(shè)計(jì) .................................. 22 5． 6． 2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的開關(guān)電源設(shè)計(jì) ................................ 22 5． 7傳感器節(jié)點(diǎn)通信模塊設(shè)計(jì) ...................................... 23 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 5． 7． 1 無線通信模塊設(shè)計(jì) ...................................... 23 6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 24 6． 1 存取點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) ........................................... 24 6． 2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) ....................................... 25 6． 2． 1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件總體設(shè)計(jì) .................................. 25 6． 2． 2 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用對(duì)象設(shè)計(jì) ............................... 26 6． 3 溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) .............................. 28 6． 3． 1溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)軟件總體設(shè)計(jì) .......................... 28 6． 3． 2溫度采集程序設(shè)計(jì) ........................................ 29 6． 3． 3溫度顯示程序設(shè)計(jì) ........................................ 29 7 結(jié)論 .......................................................... 31 致 謝 ........................................................... 32 參考文獻(xiàn) ......................................................... 33 附錄 ............................................................. 34 附錄 1： MSP430與 CC2500主接線圖 .................................. 34 附錄 2： MSP430與 CC2500實(shí)物圖 .................................... 35 附錄 3： EZ430RF2500 網(wǎng)絡(luò)顯示設(shè)置 ................................. 36 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 0 1 引言 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究中，溫度傳感器系統(tǒng)為分析決策系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，是許多監(jiān) 控系統(tǒng)中不可缺少的一部分，廣泛應(yīng)用在電力、化工、冶金、石油、環(huán)境、機(jī)械制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食存儲(chǔ)、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域．隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)車間等在地域上分布越來越廣，溫度監(jiān)測(cè)的范圍隨之?dāng)U大。綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信號(hào)處理技術(shù)等的無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)是多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。此外，采用兩線制溫度變送器的溫度傳感器系統(tǒng)的容量比較小，且不易擴(kuò)展。同時(shí)，該系列將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)，也特別適合于設(shè)計(jì)片上系統(tǒng)；有豐富的不同型號(hào)的器件可供選擇，給設(shè)計(jì)者帶來很大的靈活性。 ?強(qiáng)大的處理能力 MSP430 系列單片機(jī)，為 16 為 RISC 結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 中源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理方法；有較高的處理速度，在 8MHZ晶體驅(qū)動(dòng)下，指令周期為 125μ s。 MSP430 系列單片機(jī)的這些片 內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。除此 ,其還具有非常強(qiáng)的處理能力 ,非常適合一些對(duì)處理要 求比較高的嵌入式系統(tǒng)。 1. 程序計(jì)數(shù)器 PC MSP430的指令根據(jù)其操作數(shù)的多少，其指令長(zhǎng)度分別為 2或 3字長(zhǎng)。在用戶程序中那個(gè)也可對(duì) SP操作。 位 5 OscOff 晶振控制位 置位使晶體振蕩器處于停止?fàn)顟B(tài)， CPU 從此狀態(tài)喚醒；只有在 GIE 置位的情況下，由外部中斷或NMI喚 醒。 MSP430F2274 指令的尋址方式包括立即尋址、索引尋址和絕對(duì)尋址?，F(xiàn)在只討論 64KB基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 5 存儲(chǔ)空間的使用情況。程序代碼必須偶地址尋址。 自 動(dòng) 消 除 通 道 評(píng) 價(jià) 功 能 (CCA) 使 其 更 適 用 于 載 波 偵 聽(ListenBeforeTalk,LB T)系統(tǒng)。 6)抗干擾能力強(qiáng) : 7)采用低壓供電 ( ) 。 CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)序列、幀的起始分隔符以及幀檢驗(yàn)序列由硬件產(chǎn)生 。 圖 Zigbee體系結(jié)構(gòu)模型 ZigBee協(xié)議棧的 體系結(jié)構(gòu)如圖 3． 1所示。 來自 IEEE802． 15． 4 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDU)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被依次 (按字節(jié)從低到高 )組成 4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)，每種數(shù)據(jù)符號(hào) (對(duì)應(yīng) 16 狀態(tài)組中的一組 )被映射成 32 位偽噪聲碼片 (CHIP)，以便傳輸。每個(gè)超幀之間由網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)分隔。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以分配 7個(gè) GTS，每個(gè) GTS可以占用一個(gè)以上的時(shí)隙，而 CAP有充足的時(shí)間留給基于競(jìng)爭(zhēng)的接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備或想加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。 868MHz 是歐洲附加的 ISM 頻段， 915MHz 是美國(guó)附加的 ISM 頻段，工作在這兩個(gè)頻段上的 ZigBee 設(shè)備避開了來自 2． 4GHz 頻段中其他無線通信設(shè)備和家用電器的無線電干擾。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 12 圖 物理層參考模型 圖 4． 5給出了物理層數(shù)據(jù)包的格式。 MAC層在服務(wù)協(xié)議匯聚層 (SSCS)和物理層之 間提供了一個(gè)接口。 IEEE802． 15． 4 的 MAC子層定義了 4 種幀類型：廣播 (信標(biāo) )幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和 MAC命令幀。在對(duì)等網(wǎng)狀方式的網(wǎng)絡(luò)中，沒有中心設(shè)備的控制，也沒有廣播信道和廣播信息，而是使用標(biāo)準(zhǔn)的 CSMA／ CA信道接入算法接入網(wǎng)絡(luò)。端點(diǎn) 241， 254是預(yù)留端點(diǎn)。 ZigBee 協(xié)調(diào)器是啟動(dòng)和配置網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)備，可以保持間接尋址用的綁定表格，支持關(guān)聯(lián)，同時(shí)還能設(shè)計(jì)信任中心和執(zhí)行其他活動(dòng)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中正常工作以及保持同網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備的通 信，一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè) ZigBee 協(xié)調(diào)器。在這幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，星狀網(wǎng)絡(luò)對(duì)資源的要求最低。布局選擇包括作為 ZigBee協(xié)調(diào)器開始操作或加入一個(gè) 現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)； 開始一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：有能力建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)； 加入和離開網(wǎng)絡(luò)：有能力加入或離開網(wǎng)絡(luò)以及為對(duì) ZigBee協(xié)調(diào)器或 ZigBee路由器請(qǐng)求設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)的能力； 尋址： ZigBee 協(xié)調(diào)器和路由器為加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址的能力； 鄰居友備發(fā)現(xiàn) j有能力發(fā)現(xiàn)、記錄和報(bào)告設(shè)備一跳鄰居的信息： 路由發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)并記錄通過網(wǎng)絡(luò)的路徑，通過這些路徑，消息被有效路由的能力； 接收控 N設(shè)備控制接收機(jī)何時(shí)被激活、激活多久及使能 MAC 子層同步或直接接收的能力； 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體 服務(wù)接入點(diǎn) MAC 管理實(shí)體 服務(wù)接入點(diǎn) MAC 命令部分子層 服務(wù)接入點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體 服務(wù)接入點(diǎn) 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 16 圖 網(wǎng)絡(luò)層參考模型 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體為數(shù)據(jù)提供服務(wù)。幀類型有數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)層命令和保留位；協(xié)議版本為ZigBee網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的版本號(hào)；安全域?yàn)樵搸欠窬哂芯W(wǎng)絡(luò)層安全操作能力。 由代表其特點(diǎn)的服務(wù)原 語和參數(shù)的描述來指定一種服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)為其上層和網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體的傳送管理命令提供接口。比如 ZigBee 協(xié)調(diào)器或末端設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層發(fā)現(xiàn)設(shè)備和確定他們應(yīng)提供哪種應(yīng)用服務(wù)。 ZDO放置在應(yīng)用幀框架和應(yīng)用支持子層之間，它能夠滿足執(zhí)行在 ZigBee 協(xié)議棧之間的普通請(qǐng)求。硬件選用先進(jìn)、成熟、可靠的產(chǎn)品，軟件也盡可能采用成熟的算 法，并根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)添加可靠性機(jī)制． 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì) 19 5． 2 系統(tǒng)元件概述 無線溫度傳感器的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是 MSP430 和 CC2500 結(jié)合的一個(gè)典型應(yīng)用，eZ430RF2500 是一個(gè)完全基于 USB 接口的 MSP430 開發(fā)工具，評(píng)價(jià) MSP430F2274單片機(jī)和 CC2500 無線收發(fā)器的硬件與軟件測(cè)試。另外，存取點(diǎn)還可以不斷的接受新的終端設(shè)備的加入。 Temp（溫度）： 這是節(jié)點(diǎn)測(cè)試的溫度，根據(jù)使用者的選擇，它可以顯示為攝氏溫標(biāo)或者華氏溫標(biāo)。MSP430 單片機(jī)有 3 種系統(tǒng)時(shí)鐘可供選擇，分別為片內(nèi) DCO，外接低速時(shí)鐘 XTI和高速時(shí)鐘 XT2．為了適應(yīng)軟件開發(fā)的需要，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上單片機(jī)的 Rose 腳外接了 100KI)電阻，以提高片內(nèi) DCO 的穩(wěn)定性，同時(shí)在 XTI 和 XT2 分別連接32． 768KHz低速晶體振蕩器和 8MHz的高速晶體振蕩器。 2路模擬量通過分壓后連接到 MSP430單片機(jī)的 12位 A／ D轉(zhuǎn)換器，可以是 4～20mA 的電流信號(hào)，也可以是 O～ 5V 的電壓信號(hào)。 圖 5． 3 終端節(jié)點(diǎn)電源電路 5． 6． 2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的開關(guān)電源設(shè)計(jì) 由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)功耗比較大，不適合用電池供電，所以它采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的 lO～ 30v 直流電源。 CC2500通過四線制 SPI接口和 6條信號(hào)線與控制器連接，完成設(shè)置和收發(fā)數(shù)據(jù)兩方面的工作，如圖 5． 5所示。amp。