【正文】 件架構(gòu) ZStack 協(xié)議棧首先從 main()函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行， main()位于 文件中。在 文件中osal_init_system()函數(shù)主要內(nèi)容： uint8 osal_init_system( void ) { …… osalInitTasks()。函數(shù)中包括： 掃描事件設(shè)置標(biāo)志位，輪詢(xún)定時(shí)器和串口，準(zhǔn)備任務(wù)，在臨界區(qū)中提取、處理、清除、保存事件，使系統(tǒng)休眠。在 osalInitTasks()任務(wù)初始化函數(shù)中，包含用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)初始化函數(shù) SampleApp_Init()， 由此進(jìn)入由用戶(hù)創(chuàng)建的任務(wù)。 //點(diǎn)播 = SAMPLEAPP_ENDPOINT。 //延時(shí)策略 …… } ⑤ 用戶(hù)應(yīng)用任務(wù)的事件處理函數(shù) SampleApp_ProcessEvent() 通用應(yīng)用程序任務(wù)事件處理器。 osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT, 10000 )。當(dāng)請(qǐng)求得到協(xié)調(diào)器確認(rèn)后，終端設(shè)備會(huì)將自己的地址發(fā)給協(xié)調(diào)器，并自動(dòng)與協(xié)調(diào)器建立綁定。= 0x7f； DS18B20； ： //溫度讀取函數(shù) 帶 1 位小數(shù)位 unsigned int floatReadDs18B20(void) { unsigned char V1,V2。 //跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 Ds18b20Write(0xbe)。 //注冊(cè)串口任務(wù)； POSELamp。.39。 if ( AF_DataRequest( amp。 //DS18B20 的 I/O 口初始化 …… } ③ 讀取溫度數(shù)據(jù) 在文件 中有 SampleApp_Send_P2P_Message()函數(shù)負(fù)責(zé)溫度的讀取和傳輸： void SampleApp_Send_P2P_Message( void ) { char str[4]。 //低位 V2 = Ds18b20Read()。 //定義溫度緩沖寄存器 float fValue。終端設(shè)備流程圖如圖 所示。 ① 啟動(dòng)過(guò)程分析 無(wú)論是協(xié)調(diào)器還是終端設(shè)備，啟動(dòng)過(guò)程和網(wǎng)絡(luò)初始化的步驟都是一樣的，只是配置文件在編譯時(shí)會(huì)根據(jù)設(shè)備的不同類(lèi)型而有所區(qū)別。 SampleApp_ProcessEvent()函數(shù)主要負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)消息中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19頁(yè) 并對(duì)消息進(jìn)行處理，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)完成對(duì)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的設(shè)置，周期性發(fā)送消息，返回未處理事件，處理周期性事件。//發(fā)給協(xié)調(diào)器 //定義本設(shè)備用來(lái)通信的 APS 層端點(diǎn)描述符 = SAMPLEAPP_ENDPOINT。在 文件中， SampleApp_Init()函數(shù)主要內(nèi)容如下： void SampleApp_Init( uint8 task_id ) { SampleApp_TaskID = task_id。 //提取需要處理的任務(wù)中的事件 …… events = (tasksArr[idx])( idx, events )。 osalInitTasks()函數(shù)中主要進(jìn)行了內(nèi)存的分配、設(shè)置內(nèi)存空間單元、按照任務(wù)優(yōu)先級(jí)由高向低（高優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng) taskID 值?。┻M(jìn)行任務(wù)初始化 3 件事，而對(duì)用戶(hù)應(yīng)用的初始化是關(guān)鍵。 但是 main()函數(shù)最主要做 兩 件事： 一是系統(tǒng)初始化， 二 是開(kāi)始執(zhí)行操作系 統(tǒng)， 如圖 所示。 IAR 由嵌入式 C/C++優(yōu)化編譯器和調(diào)試器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，狀態(tài)機(jī)建模工具，硬件仿真器組成，是一套完整的集成開(kāi)發(fā)工具集合， 包含 嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段 。 ② 應(yīng)用范圍 CC2530 廣泛應(yīng)用于 RF4CE 搖桿控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、工業(yè)控制和監(jiān)控、電子消費(fèi)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。 圖 仿真器實(shí)物圖 CC2530 概述 CC2530 芯片是由 TI 公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一款支持 標(biāo)準(zhǔn) /ZigBee/ZigBee RF4CE 的新一代 SOC 芯片，是 真正 的片上系統(tǒng)解決方案。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的功能是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，再接收終端節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的的數(shù)據(jù)信息，并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)顯示。 由于 ZigBee 的特點(diǎn)是低功耗，因此本設(shè)計(jì)中 為使 節(jié)點(diǎn) 滿(mǎn)足低功耗要求，終端節(jié)點(diǎn) 還能進(jìn)入休眠模式， 采用定時(shí)器喚醒模式每 10秒喚醒一次， 以最大限度的降低功耗。 ③ 響應(yīng)（ Response） ：響應(yīng)原語(yǔ)由 N+1 實(shí)體向 N 實(shí)體傳遞，用來(lái)響應(yīng)上一個(gè) 指示原語(yǔ) 。 綁定 通過(guò)使用 ClusterI 使 不同 的 節(jié)點(diǎn)上的獨(dú)立端點(diǎn) 之間能夠 建立一個(gè)邏輯上的連接的特殊操作被稱(chēng)為綁定。在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中，子節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間通常都處于休眠工作狀態(tài)，但需要周期性醒來(lái)確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并可在 15ms 的延時(shí)后轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，提取數(shù)據(jù)。 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 樹(shù)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 路由器 終端設(shè)備 圖 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓 撲結(jié)構(gòu) ① 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和 一個(gè)或 多個(gè)終端設(shè)備組成，只存在協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備的通信， 而沒(méi)有路由節(jié)點(diǎn)的參與， 終端設(shè)備之間 的相互通訊 必須通過(guò)協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。 ② 路由器 在樹(shù)形和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，需要有路由器節(jié)點(diǎn)的加入，它是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部分。 應(yīng)用 程序框架（ AF）其本質(zhì)就是各個(gè)制造 商 所 自定義的應(yīng)用對(duì)象， 并提供 鍵值對(duì) (KVP)服務(wù)和報(bào)文 (MSG)服務(wù)以滿(mǎn)足應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸 ， 用戶(hù)自定義應(yīng)用對(duì)象必須 遵循在端點(diǎn)1240 上 運(yùn)行的 規(guī)范（ profile） 原則。網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和接口圖如圖 所示。 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù) 是指MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ MPDU）通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收， 而 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)（ MCPSSAP）給網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口。 物理層提供兩種服務(wù)： 物理層數(shù)據(jù)服務(wù) （ PD） 和物理層管理服務(wù) （ PLME） 。電磁法自然發(fā) 現(xiàn)火點(diǎn)探測(cè)技術(shù)，必須等煤炭燃燒起來(lái)才可以使用，適用于已經(jīng)火災(zāi)已經(jīng)形成情況下，不適用于火源點(diǎn)的預(yù)警與報(bào)警。河南理工大學(xué)、西安科技大學(xué)、黑龍江科技學(xué)院、太原電子研 究中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 設(shè)計(jì)院等相繼對(duì)采空區(qū)溫度場(chǎng)無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究和開(kāi)發(fā) 。人們找到了溫度與氡氣濃度之間的關(guān)系，依據(jù)這種關(guān)系可以從氡氣濃度的變化反過(guò)來(lái)推算出火源的溫度?，F(xiàn)有技術(shù)主要有 ： 電磁探測(cè)法、氣體探測(cè)法和溫度探測(cè)法。 DS18B20。隨后本文對(duì)設(shè)計(jì)所采用的 ZigBee 無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù) 和 ZigBee 開(kāi)發(fā)套件 進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì) 設(shè)計(jì)所采用的 ZStack 協(xié)議棧的工作流程作 詳細(xì)介紹。最后，本文對(duì) 該 系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)功能 效果進(jìn)行驗(yàn)證，并總結(jié)分析驗(yàn)證結(jié)果。 由于簡(jiǎn)化協(xié)議，對(duì)于控制器的要求已經(jīng)很低，以 8051 的 8位控制器測(cè)算，每塊芯片僅需要 2美元，而且 ZigBee 協(xié)議免專(zhuān)利費(fèi)，免執(zhí)照頻段，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品成本。主要包括采空區(qū)氣體成分分析法和測(cè)氡法。磁性探測(cè)法，利用煤層上覆巖中常含有大量菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，發(fā)生自燃時(shí)，上 覆巖受高溫烘烤，鐵質(zhì)成分發(fā)生變化而形成磁性物質(zhì)，且磁性隨自燃溫度的升高而增強(qiáng)的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)發(fā)火點(diǎn)的檢測(cè)。山東省科學(xué)院，提出了利用光纖拉曼散射效應(yīng)（ Raman scattering）和光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)（ Optical TimeDomain Reflectometry，簡(jiǎn)稱(chēng) OTDR）來(lái)獲取空間溫度分布信息。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 協(xié)議簡(jiǎn)介 ZigBee 協(xié)議體系結(jié)構(gòu) ZigBee協(xié)議基于 ，由 ZigBee聯(lián)盟共同制定。驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槲锢韺犹峁┑慕涌谑菬o(wú)線(xiàn)射頻服務(wù)接入點(diǎn)（ RFSAP），從外界接收到數(shù)據(jù)包后，從物理層中提取信息并通過(guò) PDSAP 上傳給上層協(xié)議。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) MAC 層數(shù)據(jù)實(shí)體（ MCPS ）MAC 層管理實(shí)體（ MLME ）MAC 層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ MCPS SAP ）MAC 層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ MLME SAP ）PD SAP PLME SAPMAC 層信息庫(kù)（ MAC PIB ） 圖 MAC 層結(jié)構(gòu)和接口圖 MAC 層主要功能 包括 ： 1） 信標(biāo)的產(chǎn)生與同步 ； 2） 信道接入； 3）保證系統(tǒng)的安全性； 4）管理 時(shí)隙 (GTS)機(jī)制； 5）提供可靠的通信鏈路。 ZigBee應(yīng)用層除了提供必要的函數(shù)以及 服務(wù)接口外，另 一個(gè)重要的功能是 讓用戶(hù)在應(yīng)用 層 里編輯 自己的應(yīng)用對(duì)象。 設(shè)備類(lèi)型 ZigBee 系統(tǒng)中的設(shè)備可能包含協(xié)調(diào)器（ Coordinator）、路由器（ Router）和終端節(jié)點(diǎn)（ End Device） 3種邏輯類(lèi)型中的兩種或三種，一個(gè)完整的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由至少一個(gè)協(xié)調(diào)器、一個(gè)或多個(gè)路由器和一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。終端設(shè)備一般由電池供電，對(duì)存儲(chǔ)空間要求比較小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 信標(biāo)與非信標(biāo)模式 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以分為信標(biāo)（ Beacon）和非信標(biāo) (Nonbeacon)兩種工作模式。 ③ 設(shè)備描述 設(shè)備描述包含一個(gè)或多個(gè)集群，指定集群是輸入或輸出， 描述符有 4 種，分別是 簡(jiǎn)單描述符、節(jié)點(diǎn)描述符、電源描述符、端點(diǎn)描述符。 ZigBee 原語(yǔ) ZigBee 協(xié)議棧各層之間是通過(guò)各自所關(guān)聯(lián) 的服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)來(lái)提供服務(wù)的，各層根據(jù)各自的功能獨(dú)立運(yùn)行，但 ZigBee 協(xié)議棧又是一個(gè)有機(jī)的整體，各層之間需要共同協(xié)作以便完成任務(wù)。在現(xiàn)實(shí)中所應(yīng)用的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常需要一個(gè)或多個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)或多個(gè)終端設(shè)備，往往是一個(gè)非常龐大的 ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是由于在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)數(shù)量、制作成本、技術(shù)能力等多方面因素，無(wú)法構(gòu)成像現(xiàn)實(shí)中的大型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，目前只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中的溫度監(jiān)測(cè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。此開(kāi)發(fā)套件具有以下特點(diǎn)： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) ①設(shè)計(jì)小巧，布局合理。終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集，并且將溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)周期性的發(fā)送給協(xié)調(diào)器。此外， CC2530 還通過(guò) TI 的標(biāo)準(zhǔn)兼容網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 ZStack 來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。 DS18B20 由 4 個(gè)主要部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度 傳感器、配置寄存器和非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL。 利用 IAR 編譯器能夠大量節(jié)省硬件資源，極 大限度地降低產(chǎn)品 的研發(fā) 成本，提高產(chǎn)品 市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力。 //執(zhí)行操作系統(tǒng) } // main() ② ZStack 操作系統(tǒng)初始化 在 main()函數(shù)中的重點(diǎn)之一就是 osal_init_system()系統(tǒng)初始化函數(shù)。 ZStack協(xié)議棧中的操作系統(tǒng)是基于優(yōu)先級(jí)的輪詢(xún)式操作系統(tǒng)。 進(jìn)入 tasksEvents[idx] 數(shù)組，是osalInitTasks()函數(shù)里初始化的 tasksEvents。 //注冊(cè)串口任務(wù) P0SEL amp。 //SampleApp 描述符的任務(wù) ID //SampleApp 簡(jiǎn)單描述符 = (SimpleDescriptionFormat_t *)amp。 if ((SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE) ) { // 啟動(dòng)初始化后開(kāi)始有規(guī)律的發(fā)送周期信息 osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT )。此時(shí)協(xié)調(diào)器檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)，如果有，協(xié)調(diào)器建立綁定表，建立綁定，同時(shí)發(fā)出請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后，協(xié)調(diào)器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，最后通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)。 …… （省略 31 次 asm(NOP)。 // 跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 Ds18b20Write(0x44)。 return (unsigned int)fValue。 //讀取溫度數(shù)據(jù) str[0] = temp%1000/100+ 48。SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) } ④ 接收數(shù)據(jù) 在文件 中有 SampleApp_MessageMSGCB ()函數(shù)負(fù)責(zé)對(duì)溫度