【正文】 mpleApp_SendDataEvt 發(fā)生時(shí)執(zhí)行函數(shù) SampleApp_SendPeriodicMessage(),該函數(shù)的程序代碼如下所示： void SampleApp_SendPeriodicMessage( void ) { uint8 data[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}。 // 回車換行 break。 圖 54 DS18B20 溫度傳感器接口電路 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . . 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要有兩個(gè)任務(wù)：一是負(fù)責(zé)建立新網(wǎng)絡(luò)并允許其它節(jié)點(diǎn)加入到該網(wǎng)絡(luò)中；二是能夠接收終端傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息匯 合整理后通過(guò)串口傳給上位機(jī)。 圖 53 PL2303串口轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 測(cè)溫節(jié)點(diǎn) Zink 主要是完成監(jiān)測(cè)環(huán)境里溫度數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，它把采集到的溫度數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送給協(xié)調(diào)器，然后通過(guò)協(xié)調(diào)器上傳到 PC 機(jī)進(jìn)行顯示。 微處理器芯片是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件處理的核心，微處理器模塊在無(wú)線收發(fā)模塊的協(xié)作下完成 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，數(shù)據(jù)的采集與處理以及 ZigBee 協(xié)議棧的正常運(yùn)行?；?CC2530 的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是星狀網(wǎng)絡(luò)（由于條件有限，我們簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)），它是由一個(gè)全功能協(xié)調(diào)器（稱為 FFD），一個(gè)集合有溫度傳感器的測(cè)溫節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)（稱為 Zink）組建成的。 . . 圖 42 IAR生成圖 輸入注冊(cè)碼后按提示一步步進(jìn)行安裝，直至完成程序安裝， 安裝完成軟件界面如圖 43： 圖 43 完成安裝界面圖 . . 圖 44 IAR程序運(yùn)行界面 運(yùn)行 程序后，打開(kāi)所要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的工程文件，再點(diǎn)擊 Project 欄下的 Make 進(jìn)行程序編譯，編譯成功后再點(diǎn)擊 Project 欄下的 Download and Debug 進(jìn)行下載。表 32列出了引腳定義。在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只 三極管的集成電路內(nèi)。 CC2530可用于 Zigbee協(xié)調(diào)器、路由器及終端設(shè)備，所以也是本文設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)的最理想載體。網(wǎng)絡(luò)中所有的父節(jié)點(diǎn)需要為自己的子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有子節(jié)點(diǎn)的大多數(shù)時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，周期性的醒來(lái)與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并向 . . 父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式一 般只需要 15ms。 在樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一 個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和他的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間通信，也就是說(shuō)，當(dāng)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，信息將沿著樹(shù)的路徑向上傳遞到最近的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)然后再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 （ 2）路由器 當(dāng)采用樹(shù)型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，需要用到路由器節(jié)點(diǎn)，它可以加入?yún)f(xié)議。ZigBee協(xié)議層與層之間是通過(guò)原語(yǔ)進(jìn)行信息的交換和應(yīng)答的。 網(wǎng)絡(luò)層的功能有以下幾個(gè)方面： ① NWK 層的責(zé)任主要包括加入和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用到的機(jī)制、應(yīng)用幀安全機(jī)制和他們的目的地路由幀機(jī)制 ； ② ZigBee 協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò) ； ③ 網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn) ； ④ 網(wǎng)絡(luò)形成 ； ⑤ 允許設(shè)備連接 ； ⑥ 斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接 ； ⑦ 接收機(jī)同步 ； ⑧ 信息庫(kù)維護(hù) 。 ④ 命令幀 MAC 命令幀只是在格式上和其他類型 的幀的 幀控制字段的幀類型位有所不同。 表 22 MAC幀的通用格式 字節(jié)2 1 0/2 1/2/8 0/2 0/2/8 2 幀 控 制 序 列 號(hào) 目的PAN 標(biāo)識(shí)符 目的地址 源 PAN標(biāo)志符 源地址 幀校驗(yàn) 地址幀 MAC 幀頭 MAC 幀尾 IEEE 網(wǎng)絡(luò)共定義了四種類型的幀：信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀和 MAC 命令幀。流程圖如下圖26。如果不存在信道固定分配周期的話，所有的數(shù)據(jù)傳送將完全通過(guò)CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)接入信道 [6]。前者保證 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，而后者從事 MAC 層的管理活動(dòng)，并維護(hù)一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。每片的形狀如同半個(gè) 正弦波，交替在同相 (I)信道和正交相位 (Q)信道傳送。 （ 23） (2) 物理層主要功能 物理層功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用于硬件驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)距傳輸和物理信道的管理。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)是從無(wú)線信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)與物 理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。但早些設(shè)計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器模塊多數(shù)采用 TI第一代產(chǎn)品如 CC2430,CC2420等 ,存在無(wú)線通訊距離短 ,通訊可靠性不能保證等缺點(diǎn) ,一般傳輸距離都在 100M內(nèi) ,有的不到 50M。而傳統(tǒng)的 AODV算法的路由開(kāi)銷和路由發(fā)現(xiàn)可能會(huì)干擾網(wǎng)絡(luò)性能，特別是節(jié)點(diǎn)密集的網(wǎng)絡(luò)，會(huì)直接影響端到端時(shí)延和數(shù)據(jù)包的傳遞的時(shí)延。我們未來(lái)研究的重點(diǎn)將主要集中以下幾個(gè)方面： （ 1） Zigbee芯片和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)：不少?gòu)S商推出了 Zigbee的產(chǎn)品和全套解決方案。 (4)商業(yè)化用途 ： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。相信隨著無(wú)線技術(shù)的深入，會(huì)有更多的國(guó)產(chǎn) Zigbee 和其他無(wú)線產(chǎn)品 投入市場(chǎng)。 雖然 在現(xiàn)代意義上的無(wú)線傳感 器 網(wǎng) 絡(luò) 研究及其應(yīng)用方面，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬絾?dòng)， 我國(guó) 甚至 成為信息領(lǐng)域位居世界前列的少數(shù) 國(guó)家 之一。 Zigbee聯(lián)盟由Chaddrcon、 Ember、 FreeScale、 Honeywll、 Motorala、 Philaddrs和 Sansung等公司于 2021年 8月成立，旨在推動(dòng) Zigbee技術(shù)的發(fā)展，如今有上百家芯片公司、無(wú)線節(jié)點(diǎn)公司和開(kāi)發(fā)商的加入，包括有許多 IC設(shè)計(jì)、家電、通訊節(jié)點(diǎn)、 ADDR服務(wù)提供、玩具等廠商。 WSN 是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者。伴隨著 傳感器技術(shù)本身不斷地在發(fā)展、深化和交叉，從原先單一的敏 感元件發(fā)展到混合集成傳感器、智能傳感器等，真正朝著無(wú)所不在的信息獲取技術(shù)方向邁進(jìn)， 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)異軍突起，包括在國(guó)防安全、工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各種控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都體現(xiàn)了重要的科研價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。有線網(wǎng)絡(luò)速度快，數(shù)據(jù)流量大，可靠性強(qiáng)，對(duì)于基本固定的設(shè)備來(lái)說(shuō)無(wú)疑是比較理想的選擇，的確在實(shí)際應(yīng)用中也達(dá)到了比較滿意的效果。 隨著它的發(fā)展 ，用于設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議逐漸地多元化， 無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）、藍(lán)牙（ BlueTooth）技術(shù)、無(wú)線保真（ WiFi）、超寬帶（ UWB）以及 Zigbee 技術(shù)等熱點(diǎn)技術(shù)相繼出現(xiàn)，均展現(xiàn)出各自的應(yīng)用特點(diǎn)和市場(chǎng)潛力。而 Zigbee 技術(shù)擁有網(wǎng)絡(luò)容量大，架構(gòu)簡(jiǎn)單，低功耗，低速率等特點(diǎn)，十分適合用來(lái)組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)以CC2530無(wú)線射頻芯片為主控芯片 ， DS18B20數(shù)字式溫度傳感器組成測(cè)溫節(jié)點(diǎn) ， 運(yùn)用無(wú)線方式并通過(guò)串口與 PC機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊 。 在日益追求信息通信和交換的快速，簡(jiǎn)便，低能耗，傳輸穩(wěn)定的信息技術(shù)發(fā)展方向上，研究 Zigbee 技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用十分迫切和有效。在 追求 自由和 便捷 通信的今天，人們 不禁 把目光轉(zhuǎn)向了無(wú)線通信方式，尤其是一些機(jī)動(dòng)性要求較強(qiáng)的或 在 人們不方便隨時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的條件下 使用的設(shè)備 。它的英文是 Wireless Sensor Network, 簡(jiǎn)稱 WSN。它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了 A/D 信號(hào)轉(zhuǎn) 換、數(shù)字信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能， 與此同時(shí)， 節(jié)點(diǎn) 還 具有自檢功能， 能夠完成后期自我的維護(hù)和檢測(cè)，讓 系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升 的同時(shí) 成本 卻 明顯 地 縮減。國(guó)際上已經(jīng)有許多公司提供ZigBeeStack，例如： Ember、 AirBee、 Figure8不過(guò)隨著這幾年無(wú)線技術(shù)發(fā)展大幅度的加速，很多高校和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手無(wú)線組網(wǎng) 、無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用方面的研究。 . . (2)醫(yī)療護(hù)理 ： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。 未來(lái)前景展望 現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)外致力于 ZigBee技術(shù)的研究的權(quán)威機(jī)構(gòu)和知名公司越來(lái)越多，這也將大力推動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，加速其更新?lián)Q代和研發(fā)。如智能家居、智能公交車、嵌入式方面、傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 就目前而言， Zigbee 主要廣泛應(yīng)用于傳感器、玩具等方面，也大量在軍事和環(huán)境監(jiān)控以及醫(yī)療監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域使用。 ZigBee協(xié)議是基于 IEEE ，由 IEEE ZigBee聯(lián)盟共同制定。915 MHz、 868 MHZ 分別為 40 kbit/s 和 20 kbit/s。 物理層主要完成：激活 /休眠無(wú)線收發(fā)設(shè)備，對(duì)當(dāng)前頻道進(jìn)行能量檢測(cè)，鏈接質(zhì)量指示，為載波檢測(cè)多址與碰撞避免（ CSMA— CA）進(jìn)行空閑頻道評(píng)估，頻道選擇，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等。具體結(jié)構(gòu)如表 21 所示。 (1) 超幀結(jié)構(gòu) 在 IEEE ，通過(guò)基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式，提高了信道的利用率，增大了網(wǎng)絡(luò)效能，而固定時(shí)隙的分配，滿足了有特殊需求和一些重要的數(shù)據(jù)傳送。 ① 數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器 在信標(biāo)和非信標(biāo)模式下，主要區(qū)別是器件是否先要從協(xié)調(diào)器 獲得信標(biāo)，接著利用帶時(shí)槽的 CSMA/CA 來(lái)傳送資料。 (3) MAC 層幀結(jié)構(gòu) MAC 層幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用 最簡(jiǎn)單方法 實(shí)現(xiàn)在多噪聲無(wú)線信道環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸。 ② 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀用來(lái)傳輸上層發(fā)到 MAC 層的數(shù)據(jù)，它的負(fù)載字段包含上層需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 負(fù)載數(shù)據(jù)是一個(gè)變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，所有命令幀負(fù)載的第一個(gè)字節(jié)是命令類型字節(jié)，后面的數(shù)據(jù)針對(duì)不同的命令類型有不同的含義。 ZigBee的應(yīng)用框架 (AF)為各個(gè)用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象提供了模板式的活動(dòng)空間，并提供了鍵值對(duì) (KVP)服務(wù)和報(bào)文 (MSG)服務(wù)供應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸使用。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(nèi)容， ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為協(xié)調(diào)器（ Coordinator）、路由器 (Router)和終端節(jié)點(diǎn)（ End Device）。 （ 3）終端節(jié)點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是發(fā)送和接受信息，通常一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不處在數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能源消耗。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是減少了消息延時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷。 CC2530介紹 CC2530 是德 州 儀 器 (TI) 推 出 的 完 整 的 用 于 IEEE RF4CE/ZigBee和能源應(yīng)用 的第二代片上系統(tǒng)解決方案， 擁有龐大的快閃記憶體 ， 多達(dá) 256個(gè)字節(jié)，是理想 ZigBee專業(yè)應(yīng)用。 仿真器 功能特點(diǎn)： ①標(biāo)準(zhǔn) USB接口，直接使用； ②支持 IAR在線調(diào)試下載和 SmartRF STUDIO7packet sniffer協(xié)議分析功能； ③支持 TI zigbee系列芯片，如： CC111x/CC243x/CC253x/CC251x。在 9 位分辨率時(shí)，最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字； 12 位分辨率時(shí)，最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度更快。這里要注意了， IAR 和 ZStack 的高低版本是互不兼容的 [10]，所以我們兩個(gè)東西的版本安裝選取一定要配合好。 圖 45 安裝過(guò)程 . . 仿真器 驅(qū)動(dòng)安裝方法 我們將 CC DEBUGGER 插進(jìn)電腦，提示找到新硬件，選擇列表安裝。 圖 51 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本論文實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè) ZigBee 通信模塊，一個(gè)作為協(xié)調(diào)器，一個(gè)作為終端設(shè)備。外接原件的典型值及其描述如表 51 所列。 DS18B20 是一款集成式芯片，因其采用單總線技術(shù)，即“一線器件”，只需要一根串口線就可以實(shí)現(xiàn)多 DS18B20 溫度傳感器和 PC 的 雙向通信。 協(xié)調(diào)器設(shè)備接收 到采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行函數(shù) SampleApp_MessageMSGCB()，該函數(shù)的具體代碼如下所示： void SampleApp_MessageMSGCB( afIningMSGPacket_t *pkt ) { uint16 flashTime。 break。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID, 10, data, amp。 向 DS18b20 寫一個(gè)字節(jié) ： void Ds18b20Write(uchar infor) { uint i。//數(shù)據(jù)線拉高 Ds18b20Delay(50)。 Ds18b20OutputInitial()。 //數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(3)。 test1=Ds18b20Initial()。 temp = ((V1 4)+((V2 amp。通過(guò)遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的可靠傳輸距離可達(dá) 250m，該系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)距離測(cè)