【正文】 }[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：無線傳感器網絡的一個重要優(yōu)勢是擺脫了傳統(tǒng)網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絡節(jié)省的成本。APS subplayer 的責任包括維護綁定表，這一功能使兩個設備匹配在一起(基于他們的服務和需要)及在兩個一定的設備之間發(fā)送消息。這些服務原語是一個抽象的概念，它們僅僅指出提供的服務內容，而沒有指出由誰來提供這些服務。網絡層管理實體提供網絡管理服務，允許應用與協(xié)議棧相互作用。根據 ZigBee 協(xié)議棧規(guī)定的所有功能和支持，我們很容易推測 ZigBee 協(xié)議棧的實現(xiàn)需要用到設備中的大量存儲器資源。在星狀網絡中，中心設備承擔網絡的形成和維護、時隙的劃分、信道接入控制和專用帶寬分配等功能，其余設備根據中心設備的廣播信息來決定如何接入和使用無線信道。IEEE802．15．4 MAC 子層實現(xiàn)包括設備間無線鏈路的建立、維護和斷開，確認模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗與快速自動請求重發(fā)(ARQ)，預留時隙管理以及廣播信息管理等。2．4GHz 波段為全球統(tǒng)一、無須申請的 ISM 頻段，有助于 ZigBee 設備的推廣和生產成本的降低。低速率的無限個局域網允許使用超幀結構。ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構成，每層為其上層提供一組特定的服務：一個數(shù)據實體提供數(shù)據傳輸服務，一個管理實體提供全部其他服務。4)低電流消耗(RX: ).高靈敏度(98dBm)。MSP430F2274 為 FLASH 型的器件，它還有信息存儲區(qū)，也可以當做數(shù)據 RAM 使用，同時它是 FLASH 型，掉電后數(shù)據部丟失，可以保存重要參數(shù)。寄存器 As 常數(shù) 說明R2R2R2R2R3R3R3R30001101100011011(0)00004H00008H0000H00001H0002H0FFFFH寄存器模式絕對尋址模式+4，位處理+8，位處理0，字處理+1+2，位處理1，字處理表 CG1和 CG2可以產生的常數(shù)R4～R15 為通用工作寄存器。講數(shù)據從堆棧中彈出正好相反：先將數(shù)據從 SP 所指示的內存單元取出，再將 SP 的值加 作有兩種情況：隱式與顯式。2．3 MSP430F2274 的介紹MSP430F2274 單片機是由 TI 公司生產一種 16 位的單片機，綜合比較，本設計將采用之。溫度傳感器終端節(jié)點負責溫度數(shù)據的采集，同時實現(xiàn)溫度數(shù)據的顯示和無線發(fā)送。溫度傳感器系統(tǒng)逐漸由單點、集中式向多點、分布式演變．由于溫度采樣點數(shù)量不斷增加，與監(jiān)控中心的距離越來越遠，它們之間的數(shù)據交換必須通過傳輸網絡．當前國內廣泛應用的溫度變送器大多采用兩線制，兩線制雖然解決了電源線和信號線的復用問題，很大程度上減少了布線成本，但沒有徹底擺脫導線的束縛。很多情況下，布線成本很高，或者根本無法布線，導致溫度傳感器系統(tǒng)的監(jiān)測范圍受到限制。MSP430 系列單片機具有以下一些共同的特點?低電壓、超低功耗MSP430 系列單片機，在 電壓、1MHZ 的時鐘條件下運行，耗電電流因不同的工作模式而不同；具有 16 個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將 CPU 喚醒只要 6μs，可編制出實時性特別高的源代碼；可將 CPU 置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。其內部帶有 10 位 A/ D ,1. 8～ 3. 6V 的工作電壓,5 種低功耗省電模式,從待機到喚醒的響應時間不超過 1μs ,片內高頻時鐘源,頻率高達16MHZ,內部還有低功耗低頻振蕩器 VLO ,32KHZ 晶振模塊。系統(tǒng)對堆棧的操作為隱式，主要為自動保存 PC 的數(shù)值。MSP430F2274 的通用寄存器是 430 活動的打不風場所，可以執(zhí)行算術邏輯運算，也可以作為臨時的暫存單元；可以字操作，也可以字節(jié)操作。程序存儲器 ROM程序 ROM 區(qū)位 0FFFFH 以下一定數(shù)量存儲空間，可存放指令代碼和數(shù)據表 格。5)所需外圍元件很少。每個服務實體通過一個服務接入點(SAP)為其上層提供服務接口，并且每個 SAP 提供了一系列的基本服務指令來實現(xiàn)相應的功能。超幀的格式由傳感器網絡的協(xié)調器定義，超幀被分為 16 個大小相等的時隙 n 別，由協(xié)調器發(fā)送，如圖 4．2所示。2．4GHz 的物理層通過采用 16 相調制技術，能夠提供250kb／s 的傳輸速率，從而提高了數(shù)據吞吐率，縮短了通信時延和數(shù)據收發(fā)的時間，所以更加省電。MAC 子層處理所有物理層無線信道的接入，其主要工作有：網絡協(xié)調器產生并發(fā)送網絡信標幀：支持多個域網(PAN)的關聯(lián)和取消關聯(lián)；為設備的安全提供支持；與網絡信標同步；信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入／沖突避免(CSMA／CA)機制；處理和維護保護時隙(GTS)機制：基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計13在兩個對等的 MAC 實體之間提供一個可靠的通信鏈路。這是一種時隙化的載波偵聽／沖突避免(CSMA／CA)信道接入算法。ZigBee 規(guī)范定義了三種類型的設備，每種都有自己的功能要求。網絡層管理實體提供如下服務：配置一個新設備：為操作按照要求充分布局協(xié)議棧的能力?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計17它的定義與其他任何接口的實現(xiàn)無關。ZDO 的任務包括在網絡層定義設備的功能。如果攜帶較多的電池，雖然可以解決電源問題，但必然會增大體積，提高成本，更加積極的方法是降低無線傳感器節(jié)點的功耗．可靠性與安全性：系統(tǒng)在應用中必須保證能夠可靠的運行，在特定條件下對數(shù)據的安全性也有較高的要求．系統(tǒng)應具有較高的可靠性，能確保數(shù)據的準確性、完整性和一致性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，具備迅速恢復的功能，同時系統(tǒng)應具有一整套完整的管理策略，可以保證系統(tǒng)的運行安全．系統(tǒng)設計中從硬件到軟件都必須考慮可靠性要求．在設計過程中。使用者必須每次操作時選擇其中的一個選項，每種模式可以通過輸入不同的字符來區(qū)分，一共有四個字符（不區(qū)分大小寫）：溫度顯示選項 1：C – 以攝氏溫標輸出所有溫度F – 以華氏溫標輸出所有溫度數(shù)據格式顯示選項 2： V – 以擴展的冗余模式顯示所有數(shù)據 M – 以最簡模式顯示所有數(shù)據5．3．1 冗余模式下面是一個存取點輸出的冗余模式的例子：Node（節(jié)點）： 這是中心的數(shù)據標識符，這是每一個終端設備連入網絡后所給定的。 協(xié)調器節(jié)點上，MCU 有較多的輸入輸出接口，為方便連接各種擴展模塊，完成不同的輸入輸出功能，協(xié)調器節(jié)點上提供 2 路模擬量的輸入和 2 路開關量的輸出。以上三種芯片的性能相當，鑒于 Chipcon 現(xiàn)歸 TI旗下，CC2500 在國內應用較廣，且供貨充足，本設計采用它作為無線收發(fā)模塊的 RF 芯片。[1]=Flash_Addr[1]。溫度端點 EP 負責接收和處理溫度傳感器終端節(jié)點發(fā)來的數(shù)據，Temperature 包括啟動服務。[3]=Flash_Addr[3]。在系統(tǒng)設計時，提供 2 種天線方案，一種為偶極子天線，采用 PCB 天線，如圖 3．7 所示．另一種為單極子天線，如圖3．8 所示。2 路開關量輸出POP02 通過光偶隔離后驅動外部設備，如圖 5．2 所示。Battery（電池）：這是測量的給 MSP430 供電的電池的電壓值。eZ430RF2500 平臺的特點如下：（實物見附圖 2）1：USB 式的自動調試和編程接口，可以自動安裝與反饋。發(fā)起和／或響應綁定請求并在網絡設備之間建立一個安全關系。一種服務可能有一個或多個相關的原語，這些原語構成了與具體服務相關的執(zhí)行命令。在兩個或多個設備之間傳送數(shù)據時，將按照應用協(xié)議數(shù)據單元(APDU)的格式進行傳送，并且這些設備必須在同一個網絡中，即在同一個內部局域網中。ZigBee路由器是一種支持關聯(lián)的設備，能夠將消息轉發(fā)到其他設備，ZigBee 網格或樹狀網絡可以有多個 ZigBee 路由器。4．3 ZigBee 網絡層ZigBee 協(xié)議棧是在 IEEE802．15．4 標準基礎上建立的，我們知道IEEE802．15．4 僅定義了協(xié)議的 MAC 和 PHY 層。MAC 層包括一個稱之為 MLME 的管理實體，該實體通過一個服務接口可調用 MAC 層管理功能，該實體還負責維護 MAC 層固有的管理對象的數(shù)據庫。868MHz 上的傳輸速率為 20kb／s，915MHz 上的傳輸速率則是 40kb／s。信標可用來使接入的設備同步，描述超幀結構。它是基于標準的開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對那些涉及 ZigBee 的層予以定義。8)與微處理器的接口配置容易(4 總線 SPI 接口)。程序代碼可分為 3 種情況：中斷向量區(qū)、用戶程序代碼及系統(tǒng)引導程序。這 4種尋址方式均可用于源操作數(shù)，而索引、符號和絕對尋址方式只可以用于目的操作數(shù)。簡寫 功能ROR1R2R3R4…R15 程序計數(shù)器 PC，指示下一條將要執(zhí)行的指令的地址 堆棧指針 SP，指向堆棧的棧頂狀態(tài)寄存器 SR/常數(shù)發(fā)生器 CGI 常數(shù)發(fā)生器 CG2通用工作寄存器 R4 …… 通用工作寄存器 R15表 MSP430F2274 的 CPU 的 16 個寄存器 SR狀態(tài)寄存器記錄程序執(zhí)行過程中的現(xiàn)場情況，在程序設計中有相當重要的地位。因此,MSP430F2274 單片機在許多領域內得到了廣泛的應用。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。因此，設計一種成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的溫度傳感器系統(tǒng)將很有意義．基于網絡的溫度傳感器系統(tǒng)采用新興的無線傳感器網絡技術，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度數(shù)據的分布式采集，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)受布線限制、系統(tǒng)容量小、不易擴展的問題，拓展了溫度監(jiān)測的地域范圍．另外，系統(tǒng)采用成熟的 Modbus總線技術和以太網等技術構建了完整的數(shù)據傳輸網絡，實現(xiàn)數(shù)據的匯聚和遠傳等功能．本課題綜合運用無線傳感器網絡技術、現(xiàn)場總線技術和以太網技術，用網絡化思想構建了溫度傳感器系統(tǒng)，具有成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的優(yōu)點．本課題旨在實現(xiàn)一個覆蓋面積廣、易擴展、便于安裝和維護的低成本溫度傳感器系統(tǒng)．具體需要實現(xiàn)以下目標：建立體積小、成本低、適應性強且功耗低的無線傳感器網絡硬件平臺。 本課題綜合運用無線傳感器網絡技術、現(xiàn)場總線技術和以太網技術，用網絡化思想構建了溫度傳感器系統(tǒng)。它們具有 16 位 RISC 結構，CPU中的 16 個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器（DOC）可是器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于 6μs 的時間內激活到跳躍的工作方式。這種方式只需一臺 PC 機和一個 JTAG 調試器，而不需要仿真器和編程器。堆棧指針 SP 總是指向堆棧的頂部。 CG1 和 CG2在 16 個寄存器中 R2 和 R3 位常數(shù)發(fā)生器，利用 CPU 的 27 調內核指令配合常數(shù)發(fā)生器可以生成一些見解高效的模擬指令。但用做程序存儲器時只能字操作。3．1 CC2500 的性能參數(shù)CC2500 的主要性能參數(shù)如下所示:1)采用 QLP 封裝，尺寸為 4 X 4mm。圖 32 CC2500 的內部結構示意圖基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計94 ZigBee協(xié)議棧研究本章介紹的是基于 IEEE802．15．4 的無線網絡標準 ZigBee 協(xié)議棧，簡單講解 ZigBee 的 MAC 以及 PHY 層(即 IEEE802．15．4 定義)，比較詳細地講解由ZigBee 聯(lián)盟所定義的 ZigBee 協(xié)議棧網絡層和應用層。IEEE802．15．4MAC 層的特征有信標管理、信道接入機制、保證時隙(GTS)管理、幀確認、確認幀傳輸、節(jié)點接入和分離。因此，IEEE802．15．4 定義了兩個物理層標準，分別是 2．4GHz物理層和 868／915MHz 物理層。4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量（127 字節(jié)）前導碼幀起始分隔符 幀長度（ 7bit）預留位（1bit） PSDU同步頭 PHY 幀頭 PHY 凈載圖 PHY 幀結構4．2．2 MAC(介質接入控制子層)在 IEEE802 系列中，OSI 參考模型的數(shù)據鏈路層又被分為 MAC 和 LLC 兩個子層。IEEE802．15．4MAC 子層定義了兩種基本的信道接入方法，分別用于兩種ZigBee 網絡拓撲結構中。NWK 負責設備到設備的通信，并負責網絡中設備初始化所包含的活動、消息路由和網絡發(fā)現(xiàn)。網絡層管