【正文】 _SEND_PERIODIC_MSG_EVT)。 if one is available} 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 27 PC 機通過串口發(fā)送指令到 ZigBee 協(xié)調(diào)器應(yīng)用層（即 spi_ining_zapp_data時），應(yīng)用層 調(diào)用 sampleapp_processmtmessage（ msgpkt）串行 處理功能， ， 當(dāng)接收網(wǎng) 絡(luò) 數(shù) 據(jù) （ 即 該 af_ining_msg_cmd 事 件 發(fā) 生 時 ） ， 應(yīng)用層 調(diào)用 sampleapp_messagemsgcb （ msgpkt ）功能 。 if ( (SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD)? || (SampleApp_NwkState == DEV_ROUTER) || (SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE) ) {// 開始周期性傳送 periodic消息。 SYS_EVENT_MSG ) {MSGpkt = (afIningMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID )。 //不管何時設(shè)備狀態(tài)改變依舊接收信息 case ZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt)。 while ( MSGpkt )? {switch ( MSGpkt ) {// 鍵被按下時接受數(shù)據(jù)。SampleApp_Periodic_DstAddr, amp。同樣為了驗證組網(wǎng)成功與否，也可以將終端節(jié)點全部連接濕度傳感器模塊，并將終端節(jié)點通過軟件設(shè)置為溫濕度傳感器節(jié)點，借助實驗箱所提供的上位機 ARM6410 及觸摸屏程序顯示各終端節(jié)點采集的溫濕度信息。對不同的微處理器提供了同樣直觀的用戶界面 ， 用戶可以針對多種不同的目標(biāo)處理器開發(fā)應(yīng)用程序 ， 與各種仿真器、調(diào)試器緊密結(jié)合 ， 加快了開發(fā)速度。終端設(shè)備也不具有 路由的能力，只能給父設(shè)備傳送信息。 當(dāng) 發(fā)現(xiàn) 中間節(jié)點的路由 存在 路由信息和目的節(jié)點，中間節(jié)點 路由 更新，此鏈接將是有效的新的默認(rèn)路由。一個設(shè)備能連接 Cm個子設(shè)備， Lm表示網(wǎng)絡(luò)具有的最大深度，一個父設(shè)備有 Rm 個具有路由器功能的子設(shè)備，當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)深度為 d 時，通過函數(shù) Cskip（ d）算出父設(shè)備分配給它具有路由轉(zhuǎn)發(fā)能力的子節(jié)點設(shè)備的地址的長度，如式 [25]。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 18 圖 網(wǎng)絡(luò)層（ a）數(shù)據(jù)幀格式和（ b）命令幀格式 表 網(wǎng)絡(luò)層命令 網(wǎng)絡(luò)層路由算法 路由是選擇講消息中繼到目的設(shè)備的路徑的過程。非成員半徑子域限制了多播幀被非成員設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)。源設(shè)備中轉(zhuǎn)發(fā)索引設(shè)置為 0，每次幀被路由器轉(zhuǎn)發(fā)它就會增一。倘若沒有建立到目的地址的路由并且發(fā)現(xiàn)路由設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)備不會開始新的路由發(fā)現(xiàn)。 (5) 相鄰設(shè)備發(fā)現(xiàn)：具備發(fā)覺、記錄和匯報有關(guān)一跳相鄰設(shè)備信息的能力。該原語由本地 NLDE 產(chǎn)生，作為接收到的 后的響應(yīng)。不過，更廣闊的范圍必然帶來潛在的消息延遲。由于 RFD 不具備轉(zhuǎn)發(fā)信息的功能，所以在點對點網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)信息功能的設(shè)備全部為 FFD[21]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)變化時，其他FFD 也能在這個時候充當(dāng) ZigBee 協(xié)調(diào)器的角色，完成控制中心的任務(wù)。 IEEE 網(wǎng)絡(luò)中除 PAN 協(xié)調(diào)器和協(xié)調(diào)器之外的其他所有設(shè)備 均是一般設(shè)備，可以是 FFD 或者 RFD。 網(wǎng)絡(luò)層提供了兩種功能服務(wù)實體包括數(shù)據(jù)服務(wù)實體和管理 服務(wù)實體用以向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，兩種功能的服務(wù)實體都是不可或缺的 [14]。第二部分是用戶應(yīng)用程序 ，開發(fā)者 需要自己定義 ， 第三部分是 ZigBee設(shè)備配置層 ，具備 定義處理描述符信息的功能。網(wǎng)絡(luò)層 通過 數(shù)據(jù)服務(wù)實體 (NLDE)和管理服務(wù)實體 (NLME)完成 這一層的功能 ，實現(xiàn) 與應(yīng)用層可靠安全的信息交換， 進(jìn)行更好的通信。 地址域中 目的地址的長度為 16 或 64 bits，利用 幀控制 域 中 規(guī)定的 目的地址 方式 (16 位短地址或 64 位網(wǎng)絡(luò)地址 )，確定 接收方基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 9 的網(wǎng)絡(luò)地址 [11]。物理層 承擔(dān)了底層較多的功能，包括 無線電收發(fā)機的 休眠和激活 、鏈接質(zhì)量指示 (LQI)、通信過程中對信道能量的掃描和檢測 (ED)、 基于免 碰撞 載波 偵聽 多路訪問機制 （ CSMACA） 對空閑信道評估、信道頻率選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收 [8]。 ZigBee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 在 ZigBee 的體系結(jié)構(gòu) 中， 各模塊 構(gòu)成稱為層， 即采用分層結(jié)構(gòu) 。 ZigBee 組網(wǎng)通信方式 ZigBee 采用一種自組網(wǎng)方式，猶如一隊傘兵隊員在降落之前每個人配備一個ZigBee 的節(jié)點模塊，降落到地面上之后，彼此之間尚在網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的通信范圍之內(nèi)，每個人的節(jié)點模塊就會通過固定協(xié)議發(fā)送搜索信號自動尋找，短時間內(nèi) 就可以組成一個互相聯(lián)通的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)路不是固定不變的，由于人員的流動，節(jié)點信息會隨著節(jié)點間連接信息的變化不斷更新，變化的節(jié)點開始尋找新的網(wǎng)絡(luò)連接，形成一個新的網(wǎng)絡(luò)，完成了對舊網(wǎng)絡(luò)的刷新 。 (2) 傳輸速率低：介于 10Kbps~250Kbps 之間，相比其他無線通信技術(shù)速率極低。 這一名稱來源于蜜蜂的八字舞， 由于 蜜蜂（ bee）是 利用 飛行 中 “嗡嗡 ”（ Zig）振動翅膀的 “舞蹈 ”與 同伴分享 花粉的位置， 一群蜜蜂通過這樣的“一對多”形式的通信方式組成了最簡單的通信網(wǎng)絡(luò) 。 第 3章 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范。這種情況下的 ZigBee 儀表控制就有了相當(dāng) 的市場。 ZigBee 聯(lián)盟在 20xx 年底公布了其 版本標(biāo)準(zhǔn)。 wireless。 大連海事大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 二○一四年六月 ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊ 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 專業(yè)班級： 通信（ 2）班 姓 名： 宋 超 指導(dǎo)教師： 譚克俊 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 I 摘 要 近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和無線傳感網(wǎng)的出現(xiàn)， ZigBee 技術(shù)作為一種低功耗、低成本、高可靠性的新興技術(shù)備受關(guān)注，已經(jīng)在人類未來生活和科技 發(fā)展中展現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。 sensor。 ZigBee 技術(shù)從誕生不過僅僅十幾年時間， 20xx 年，英國 Invensys、美國 Motorola、日本三菱電器、荷蘭 Philips 等幾家公司聯(lián)合成立了 ZigBee 聯(lián)盟，致力于共同推進(jìn) ZigBee 技術(shù)的發(fā)展。 ZigBee 儀表控制系統(tǒng) 低功耗、低成本的優(yōu)點使得其能夠相當(dāng)適應(yīng)人力成本高、范圍大等水電、瓦斯儀表等所在區(qū)域，避免了人工操作危險、精度差等情況的發(fā)生 [2]。簡要介紹了 ZigBee 技術(shù)的原理特點，組網(wǎng)方式及系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，介紹了各層的主要任務(wù)和功能。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 4 第 2 章 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)簡介 ZigBee 通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計基于 IEEE 協(xié)議。 ZigBee 技術(shù)的主要特點： (1) 功耗低：由于其傳輸速率低，發(fā)射功率僅僅為 1mV，并且采用了休眠技術(shù)，這是其他無線設(shè)備所不能匹及的 。 (7) 自組網(wǎng)： ZigBee 組網(wǎng)方式靈活，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，能構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 一個很好地解決方法就是采用 動態(tài)路由 方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互結(jié)合互補的通信方式 ， 進(jìn)而 保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。 三個頻段一共 定義了 27 個物理信道 ，每 個頻段 上的物理信道數(shù)目不同， 這當(dāng)中包括 868MHz 頻段中 定義 了 的 一個 0 號信道 ， 915MHz 頻段在 每間隔 2MHz 定義 的 110 號信 道 ， 頻段定義 了 剩余5MHz 間隔 的 16 個信 道。目的 PAN 標(biāo)示符 規(guī)定 為 16 bits，作為 標(biāo)識接收幀設(shè)備的網(wǎng)絡(luò) 特定 標(biāo)識符 ， 只有標(biāo)識符 相吻合的情況下 才能正確接收該幀。從 ZigBee 協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)上 得知，網(wǎng)絡(luò)層處于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的MAC 層 之上 ，擁有 一個重要接口 ， 其上是應(yīng)用層 ， 網(wǎng)絡(luò)層具有承上啟下的作用 ，是學(xué)習(xí) ZigBee 技術(shù) 以及 協(xié)議棧 協(xié)議 的關(guān)鍵。應(yīng)用層 由 3部分構(gòu)成， 第一部分是應(yīng)用支持子層 ，提供 網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的接口 ， 應(yīng)用支持子層參考模型如圖 示。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 11 第 3 章 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范 除了 對 MAC 層的正確 控制， 網(wǎng)絡(luò)層的主要提供的功能 是 為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。協(xié)調(diào)器同樣也是 FFD，通過發(fā)送信標(biāo)完成同步服務(wù)功能， PAN協(xié)調(diào)器是協(xié)調(diào)器中的特例。ZigBee 協(xié)調(diào) 器 ，只是根據(jù) 無線 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要 ，同扮演 ZigBee 路由器以及 ZigBee終端設(shè)備角色的 FFD 就功能上而言沒有什么區(qū)別。確定哪個設(shè)備是 PAN 協(xié)調(diào)器的方法之一是看哪個 FFD 設(shè)備是最早作為 PAN 協(xié)調(diào)器進(jìn)行通訊的。這種方式也被叫做多跳，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元從源設(shè)備出發(fā)，經(jīng)過一節(jié)點跳到下一個節(jié)點直至目的設(shè)備為止。 (2)NWK 數(shù)據(jù)證實原語 NWK 數(shù)據(jù)證實原語 用來報告請求從本地 APS 子層實體向?qū)Φ鹊?APS 子層實體發(fā)送 NSDU 結(jié)果。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 16 (4) 尋址： ZigBee 協(xié)調(diào)器和 ZigBee 路由器能夠為先加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配唯一網(wǎng)絡(luò)地址 。若設(shè)置為關(guān)閉或者打開，并且到基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 17 目的地的路由已經(jīng)建立，該幀就會被發(fā)送到下一跳。源路由技術(shù)中數(shù)據(jù)包的發(fā)送者可以指定該路由中可能用于轉(zhuǎn)發(fā)幀的節(jié)點的 16 位短地址列表。 只有幀被多播時，多播控制域才有存在的意義，多播模式子域決定了該幀被設(shè)備以非成員模式（多播模式為 00）還是成員模式（多播模式為 01）發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)層命令如表 。 協(xié)調(diào)器是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的核心，其網(wǎng)絡(luò)深度為 0，協(xié)調(diào)器子設(shè)備深度為 1，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定了最大深度，多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在多個不同深度的協(xié)調(diào)器，所以最大深度一定是大于 1。 RREQ 幀格式中包含之前源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的序基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 20 列號，不過此序列號并不一定是最新的。 協(xié)調(diào)器和全路由器都采用 AODV 路由算法，都能夠自動查找最優(yōu)的路徑來保證傳輸數(shù)據(jù)，而簡化路由器采用 Tree 路由的算法，不具有選擇最優(yōu)路徑、路由發(fā)現(xiàn)的功能，只能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其子設(shè)備或者父設(shè)備 [ 27]。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 22 第 4 章 軟件部分設(shè)計 IAR 集成開發(fā)環(huán)境 IAR Embedded Workbench(簡稱 EW)集成開發(fā)工具支持 C、匯編等語言編寫的程序的編譯和調(diào)試 ， 具有高效與可靠性 ， 是一款實用且方便的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具 ， 包括了一個文本編輯 器， CSPY 調(diào)試器， C / C + +優(yōu)化 編輯工具 ，鏈接編輯器，匯編，庫管理 器 ，項目 管理工具 和其他開發(fā)工具。 程序設(shè)計 自組網(wǎng)實驗是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的核心應(yīng)用功能，實驗通過 CC2530 模塊構(gòu)建星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中協(xié)調(diào)器自啟動（組網(wǎng)），節(jié)點設(shè)備完成自動入網(wǎng)的過程，節(jié)點與協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò) 的流程如圖 ，完成組網(wǎng)后， PC 機通過連接協(xié)調(diào)器的串口并借助串口軟件就能獲取相應(yīng)信息。? AF_DataRequest( amp。 SYS_EVENT_MSG ) {MSGpkt = (afIningMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID )。 break。 // 已經(jīng)使用該變量，無需警告 if ( events amp。 case ZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt)。 // 釋放內(nèi)存 MSGpkt = (afIningMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID )。 0x00FF)) )。同樣 運行模式 能 在低能量消耗率之間的快速切換。 （ 1） 溫濕度傳感器（如圖 ）：溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。 （ 5） 霍爾開關(guān)傳感器（如圖 ）：利用霍爾元件控制電路的通斷，實現(xiàn)開關(guān)效應(yīng)。 圖 自組網(wǎng)建立 PC 機串口無線控制終端節(jié)點 實驗中 PC 機通過串口與 ZigBee 協(xié)調(diào)器連接，并通過串口工具完成指令發(fā)送，協(xié)調(diào)器在收到指令后，對終端節(jié)點的無線控制，完成 LED 燈的亮滅