【正文】 amp。 圖 5． 3 終端節(jié)點電源電路 5． 6． 2協(xié)調器節(jié)點的開關電源設計 由于協(xié)調器節(jié)點功耗比較大，不適合用電池供電，所以它采用工業(yè)現(xiàn)場常用的 lO～ 30v 直流電源。MSP430 單片機有 3 種系統(tǒng)時鐘可供選擇，分別為片內 DCO，外接低速時鐘 XTI和高速時鐘 XT2．為了適應軟件開發(fā)的需要，協(xié)調器節(jié)點上單片機的 Rose 腳外接了 100KI)電阻，以提高片內 DCO 的穩(wěn)定性，同時在 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。另外，存取點還可以不斷的接受新的終端設備的加入。 ZDO放置在應用幀框架和應用支持子層之間，它能夠滿足執(zhí)行在 ZigBee 協(xié)議棧之間的普通請求。 網(wǎng)絡層管理實體服務接入點為其上層和網(wǎng)絡層管理實體的傳送管理命令提供接口。幀類型有數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡層命令和保留位；協(xié)議版本為ZigBee網(wǎng)絡層協(xié)議標準的版本號；安全域為該幀是否具有網(wǎng)絡層安全操作能力。在這幾種網(wǎng)絡拓撲中，星狀網(wǎng)絡對資源的要求最低。端點 241， 254是預留端點。 IEEE802． 15． 4 的 MAC子層定義了 4 種幀類型：廣播 (信標 )幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和 MAC命令幀。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 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。網(wǎng)絡協(xié)調器可以分配 7個 GTS，每個 GTS可以占用一個以上的時隙，而 CAP有充足的時間留給基于競爭的接入網(wǎng)絡的設備或想加入網(wǎng)絡的設備。 來自 IEEE802． 15． 4 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDU)的二進制數(shù)據(jù)被依次 (按字節(jié)從低到高 )組成 4 位二進制數(shù)據(jù)符號，每種數(shù)據(jù)符號 (對應 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。 CC2500 發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)幀的前導序列、幀的起始分隔符以及幀檢驗序列由硬件產(chǎn)生 。 自 動 消 除 通 道 評 價 功 能 (CCA) 使 其 更 適 用 于 載 波 偵 聽(ListenBeforeTalk,LB T)系統(tǒng)?，F(xiàn)在只討論 64KB基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 5 存儲空間的使用情況。 位 5 OscOff 晶振控制位 置位使晶體振蕩器處于停止狀態(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。 1. 程序計數(shù)器 PC MSP430的指令根據(jù)其操作數(shù)的多少，其指令長度分別為 2或 3字長。 MSP430 系列單片機的這些片 內外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。同時，該系列將大量的外圍模塊整合到片內，也特別適合于設計片上系統(tǒng)；有豐富的不同型號的器件可供選擇，給設計者帶來很大的靈活性。綜合了傳感器技術、嵌入式計算機技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信號處理技術等的無線傳感器 網(wǎng)絡是多學科高度交叉的新興前沿研究熱點領域。同時，提 供溫度數(shù)據(jù)的 Web發(fā)布功能。 ?豐富的片內外設 MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內外設。16 個寄存器中有 4 個為特殊用途，他們分別是：程序計數(shù)器、堆棧指針、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器。 位 3 GIE 中斷控制位 置位允許中斷，復位禁止所有的中斷。在小模式時，總的尋址空間為 64KB；大模式時，總的尋址空間為 1MB。 CC2500 基于 Chipcon 公司的 SmartRF03 技術，以 ,no CMOS工藝制成。后續(xù)的處理，如自動增益控制、最終信道選擇、解擴以及字節(jié)同步等，都是以數(shù)字信號的形式處理。在 IEEE802． 15． 4 中，總共分配了 27個具有 3種速率的信道：在 2． 4GHz 頻段有 16 個速率為 250kb／ s 的信道；在 915MHz 頻段有l(wèi)O個 40kb／ s的信道；在 868MHz頻段有一個 20kb／ s的信道。在非活躍部分，協(xié)調器將不與網(wǎng)絡聯(lián)系，進入低能模式。 物理層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從 MAC 層到物理層無線信道的接口。 MAC子層幀頭由 2字節(jié)的幀控制域、 1字節(jié)的幀序號域和最多 20字節(jié)的地址域組成。 每個接口都能接收 (用于輸入 )或發(fā)送 (用于輸出 )簇格式的數(shù)據(jù)。一個全功能設備可與多個 RFD設備或多個其他 FFD設備通信，而一個減功能設備只 能與一個 FFD通信。 圖 4． 9表示的是網(wǎng)絡層的通用幀結構，不是所有的幀都包含地址和序列域，但網(wǎng)絡層的幀的幀頭域，還是按照固定的順序出現(xiàn)。該事件可能與一個遙遠的服務請求有關，或者可能是由一個 J層的內部事件引起的。 APSDE為二個或更多位于同一網(wǎng)絡的設備的PDUs傳輸提供數(shù)據(jù)發(fā)射服務。 盡管 eZ430RF2500 平臺中有兩塊一樣的板，但它們在無線傳感器中完全是作為有獨立特點的獨立部件存在的。最簡模式的輸出和冗余模式的輸出包含了同樣的內容，順序也相同。 TPs60210 是一款低功耗的電源管理芯片，當輸入電壓降至 1． 6V時仍可以輸出穩(wěn)定的 3． 3V電壓，具有電池欠壓報警、供電模式可控等功能，可延長電池使用壽命。 圖 5． 5 CC2500 與 MCU 的連接 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 24 6 系統(tǒng)的軟件 設計 6． 1 存取點的軟件設計 下面的 C程序包含了本平臺的存取點的固件設計，該編碼從系統(tǒng)初始化開始執(zhí)行，其中存取點和終端設備的初始化程序是一樣的。 Flash_Addr[2] == 0xFF amp。在 V3 3端得到 3． 3V 電源。節(jié)點上 24LC256的地址為 0，在其 12C總線上配置了 3個 10K． Q的上拉電阻。當搜尋到一個存取點時，終端設備會嘗試網(wǎng)絡連接，紅燈的閃爍則表明這項工作正在進行。 ZDO為應用幀層中的應用對象提供了公共的接口，以控制設備和網(wǎng)絡功能。 4． 4 ZigBee應用層 ZigBee 應用層框架包括應用支持層 (APS)、． ZigBee 設備對象 (ZDO)和制造商所定義的應用對象。各項服務通過服務原語來實現(xiàn)。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體通過網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體服務接入點 (NLDESAP)提供數(shù)據(jù)傳輸服務，網(wǎng)絡管理層 實體通過網(wǎng)絡層管理實體服務接入點 (NLMESAP)提供網(wǎng)絡管理服務。 APS使用網(wǎng)絡層 (NWK)提 供的服務。廣播幀和確認幀不需要接收方的確認；數(shù)據(jù)幀和 MAC命令幀的幀頭包含幀控制域，指示收到的幀是否需要確認，如果需要，并且已經(jīng)通過了 CRC檢驗，接收方將立即發(fā)送確認幀，若發(fā)送方在一定時間內收不到確認幀，將自動重傳該幀，這就是 MAC子層可靠傳輸?shù)幕具^程。如果數(shù)據(jù)包的長度類型為 5字節(jié)或大于 8字節(jié)，那么物理層服務數(shù)據(jù)單元 (PSDU)攜帶 MAC層的幀信息，即 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 4． 2． 1 PHY(物理 )層 ZigBee 的通信頻率在物理層來規(guī)范， ZigBee 根據(jù)不同的國家和地區(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。管理服務通過 MAC 層管理實體 (MLME)服務接入點 (SAP)訪問高層， MAC 層數(shù)據(jù)服務使 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)的收發(fā)可以通過物理層數(shù)據(jù)服務?；鶐盘柕耐喾至亢驼环至恐苯颖粩?shù)模轉換器轉換為模擬信號，通過低通濾波器后，直接變頻到設定的信道上。 CC2500 的選擇性和敏感性質數(shù)超過了 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 500kpbs，因此可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)?？梢宰植僮?，也可以字節(jié)操作，通過指令后綴加以區(qū)別。 位 8 V 當算術運算結果超出有符號數(shù)范圍時置位。 SP 系統(tǒng)堆棧在系統(tǒng)調用子程序或進入中斷服務程序是，保護程序計數(shù)器 PC。對于 OTP型和 ROM 型的器件是用相對應的 EPROM型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片；而對于 FLASH型則有十分方便的開發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有可電擦寫的 FLASH存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 就扣讀取片內信息供設計者調試使用的方法 進行開發(fā)。 2． 2 MSP430單片機的功能 TI 公司的 MSP430 系列單片機是 16 位超低功耗微控制器，其中包括一系列器件，它們針對不同的應用而由各種不同的模塊組成，這些微控制器被設計為可用電池工作，而且可以有很長的使用時間。 ZigBee協(xié)議是由 IEEE802． 15 4標準的 PHY和 MAC層再加上 ZigBee 的網(wǎng)終層和應用層組成的，由于網(wǎng)絡節(jié)點具有成本低、體積小、能量和通信能力有限等特點，所以此種網(wǎng)絡的突出特點是兩絡系統(tǒng)支持低成本、易實現(xiàn)、低功耗等。 選擇和開發(fā)功耗低、可靠性高、適應低速率、小數(shù)據(jù)量傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。 ?系統(tǒng)工作穩(wěn)定 上電復位后，首先由 DCOCLK啟動 CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 2 保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 3 2． 3． 1 MSP430F2274 的 16位 CPU MSP430F2274 系列采用的是“馮 諾依曼”結構， ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線。 MSP430F2274 的狀態(tài)幾寸器為 16位，目前只用到前 9位，其結構如下： 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 進位標志 當運算結果產(chǎn)生進位時置位，否則復位。源操作數(shù)和目的操作數(shù)的指令集需占用代碼存儲器中的 1～ 3 個字。中斷向量區(qū)用來說明相應中斷的中斷服務程序首地址。 9)開發(fā)工具齊全，提供開發(fā)套件 圖 CC2500的引腳接線圖 圖 CC2500 引腳圖 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 8 3． 2 CC2500的內部結構 圖 32 是 CC2500 的內部結構示意圖。 IEEE802． 15． 42022標準定義了最下面的兩層：物理層 (PHY)和介質接入控制子層 (MAC)。任何想要在競爭接入時段 (CAP)通信的設備都要使用有時隙的載波監(jiān)聽多址接入／沖突避免 (CSMA／ CA)機制。物理層提供兩個服務： PHY 數(shù)據(jù)服務和 PHY 管理服務， PHY 管理服務和物理層管理實體 (PLME)接口。從圖 3． 6可以看出，在 MAC層兩個不同服務的接入點提供了兩個不同的 MAC層服務： MAC 層通過它的公共部分子層服務接入點為它提供數(shù)據(jù)服務； MAC層通過它的管理實體服務接入點為它提供管理服務。 ZigBee設備應該包括 IEEE802． 15． 4的 PHY和 MAC層以及 ZigBee協(xié)議棧層：網(wǎng)絡層 (NWK)、應用層和安全服務管理。 ZigBee 終端設備可以執(zhí)行它的相關功能，并使用ZigBee 網(wǎng)絡到達其他需要與其通信的設備，它的存儲器容量要求最小。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體提供如下服務： 生成網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (NPDU)： NLDE 能夠通過添加合適的協(xié)議頭從應用支持子層生成 NPDU； 指定拓撲傳輸路由。每種服務原語提供服務時，根據(jù)具體的服務類型，可能不帶有傳輸信息，也可能帶有多個傳輸必需的信息參數(shù)。 所謂綁定就是基于兩臺設備的服務和需求將它們匹配地連接起來。 2： 21個可擴展引腳。 Strength（強度）：這是由 CC2500射頻測試的接收信號強度顯示，為了方便讀取，以百分比的形式顯示。另外，提供了 4 路按鍵輸入和 4 路LED 顯示。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)需要通過焊接 C18或 C47 選擇。 // set Random device address at initial startup } [0]=Flash_Addr[0]。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。通過 P1． 2P1． 4的狀態(tài)選擇工作模式， INC和 DEC 為按鍵。 5． 3 操作模式 本套設備為存取點和計算機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。 5 系統(tǒng)的硬件設計 5． 1 系統(tǒng)設計原則 低功耗：無線傳感器網(wǎng)絡的一個重要優(yōu)勢是擺脫了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的連線限制和成本問題．但是，如果沒有合適的無線電源，這一優(yōu)勢就無法體現(xiàn)出來．此外，對傳感器節(jié)點來說，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)點的功耗是設計考慮的關鍵因素，因為如果必須時常更換電池 (例如每周或每月 )，那么相關的勞動力成本便會遠遠超過它相對 有線網(wǎng)絡節(jié)省的成本。 APS su