【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(xiàn)、晶振、去偶電容就可以工作。通過(guò) 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(shè)備為存取點(diǎn)和計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)5．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則低功耗：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是擺脫了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連線(xiàn)限制和成本問(wèn)題．但是，如果沒(méi)有合適的無(wú)線(xiàn)電源，這一優(yōu)勢(shì)就無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)．此外，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(diǎn)的功耗是設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵因素，因?yàn)槿绻仨殨r(shí)常更換電池(例如每周或每月)，那么相關(guān)的勞動(dòng)力成本便會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)它相對(duì)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)省的成本。APS subplayer 的責(zé)任包括維護(hù)綁定表，這一功能使兩個(gè)設(shè)備匹配在一起(基于他們的服務(wù)和需要)及在兩個(gè)一定的設(shè)備之間發(fā)送消息。這些服務(wù)原語(yǔ)是一個(gè)抽象的概念，它們僅僅指出提供的服務(wù)內(nèi)容，而沒(méi)有指出由誰(shuí)來(lái)提供這些服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，允許應(yīng)用與協(xié)議棧相互作用。根據(jù) ZigBee 協(xié)議棧規(guī)定的所有功能和支持，我們很容易推測(cè) ZigBee 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)需要用到設(shè)備中的大量存儲(chǔ)器資源。在星狀網(wǎng)絡(luò)中，中心設(shè)備承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的形成和維護(hù)、時(shí)隙的劃分、信道接入控制和專(zhuān)用帶寬分配等功能，其余設(shè)備根據(jù)中心設(shè)備的廣播信息來(lái)決定如何接入和使用無(wú)線(xiàn)信道。IEEE802．15．4 MAC 子層實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備間無(wú)線(xiàn)鏈路的建立、維護(hù)和斷開(kāi)，確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗(yàn)與快速自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ)，預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理等。2．4GHz 波段為全球統(tǒng)一、無(wú)須申請(qǐng)的 ISM 頻段，有助于 ZigBee 設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。低速率的無(wú)限個(gè)局域網(wǎng)允許使用超幀結(jié)構(gòu)。ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成，每層為其上層提供一組特定的服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。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(chǔ)區(qū)，也可以當(dāng)做數(shù)據(jù) RAM 使用，同時(shí)它是 FLASH 型，掉電后數(shù)據(jù)部丟失，可以保存重要參數(shù)。寄存器 As 常數(shù) 說(shuō)明R2R2R2R2R3R3R3R30001101100011011(0)00004H00008H0000H00001H0002H0FFFFH寄存器模式絕對(duì)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(chǎn)生的常數(shù)R4～R15 為通用工作寄存器。講數(shù)據(jù)從堆棧中彈出正好相反：先將數(shù)據(jù)從 SP 所指示的內(nèi)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(jī)是由 TI 公司生產(chǎn)一種 16 位的單片機(jī)，綜合比較，本設(shè)計(jì)將采用之。溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的顯示和無(wú)線(xiàn)發(fā)送。溫度傳感器系統(tǒng)逐漸由單點(diǎn)、集中式向多點(diǎn)、分布式演變．由于溫度采樣點(diǎn)數(shù)量不斷增加，與監(jiān)控中心的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，它們之間的數(shù)據(jù)交換必須通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)．當(dāng)前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的溫度變送器大多采用兩線(xiàn)制，兩線(xiàn)制雖然解決了電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)的復(fù)用問(wèn)題，很大程度上減少了布線(xiàn)成本，但沒(méi)有徹底擺脫導(dǎo)線(xiàn)的束縛。很多情況下，布線(xiàn)成本很高，或者根本無(wú)法布線(xiàn)，導(dǎo)致溫度傳感器系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍受到限制。MSP430 系列單片機(jī)具有以下一些共同的特點(diǎn)?低電壓、超低功耗MSP430 系列單片機(jī)，在 電壓、1MHZ 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流因不同的工作模式而不同；具有 16 個(gè)中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請(qǐng)求將 CPU 喚醒只要 6μs，可編制出實(shí)時(shí)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(nèi)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(jī)到喚醒的響應(yīng)時(shí)間不超過(guò) 1μs ,片內(nèi)高頻時(shí)鐘源,頻率高達(dá)16MHZ,內(nèi)部還有低功耗低頻振蕩器 VLO ,32KHZ 晶振模塊。系統(tǒng)對(duì)堆棧的操作為隱式，主要為自動(dòng)保存 PC 的數(shù)值。MSP430F2274 的通用寄存器是 430 活動(dòng)的打不風(fēng)場(chǎng)所，可以執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，也可以作為臨時(shí)的暫存單元；可以字操作，也可以字節(jié)操作。程序存儲(chǔ)器 ROM程序 ROM 區(qū)位 0FFFFH 以下一定數(shù)量存儲(chǔ)空間，可存放指令代碼和數(shù)據(jù)表 格。5)所需外圍元件很少。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè) SAP 提供了一系列的基本服務(wù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。超幀的格式由傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器定義，超幀被分為 16 個(gè)大小相等的時(shí)隙 n 別，由協(xié)調(diào)器發(fā)送，如圖 4．2所示。2．4GHz 的物理層通過(guò)采用 16 相調(diào)制技術(shù)，能夠提供250kb／s 的傳輸速率，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐率，縮短了通信時(shí)延和數(shù)據(jù)收發(fā)的時(shí)間，所以更加省電。MAC 子層處理所有物理層無(wú)線(xiàn)信道的接入，其主要工作有：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀：支持多個(gè)域網(wǎng)(PAN)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；為設(shè)備的安全提供支持；與網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同步；信道接入方式采用載波監(jiān)聽(tīng)多址接入／沖突避免(CSMA／CA)機(jī)制；處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制：基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)13在兩個(gè)對(duì)等的 MAC 實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。這是一種時(shí)隙化的載波偵聽(tīng)／沖突避免(CSMA／CA)信道接入算法。ZigBee 規(guī)范定義了三種類(lèi)型的設(shè)備，每種都有自己的功能要求。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供如下服務(wù)：配置一個(gè)新設(shè)備：為操作按照要求充分布局協(xié)議棧的能力?；?eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)17它的定義與其他任何接口的實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)。ZDO 的任務(wù)包括在網(wǎng)絡(luò)層定義設(shè)備的功能。如果攜帶較多的電池，雖然可以解決電源問(wèn)題，但必然會(huì)增大體積，提高成本，更加積極的方法是降低無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗．可靠性與安全性：系統(tǒng)在應(yīng)用中必須保證能夠可靠的運(yùn)行，在特定條件下對(duì)數(shù)據(jù)的安全性也有較高的要求．系統(tǒng)應(yīng)具有較高的可靠性，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有一整套完整的管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全．系統(tǒng)設(shè)計(jì)中從硬件到軟件都必須考慮可靠性要求．在設(shè)計(jì)過(guò)程中。使用者必須每次操作時(shí)選擇其中的一個(gè)選項(xiàng)，每種模式可以通過(guò)輸入不同的字符來(lái)區(qū)分，一共有四個(gè)字符（不區(qū)分大小寫(xiě)）：溫度顯示選項(xiàng) 1：C – 以攝氏溫標(biāo)輸出所有溫度F – 以華氏溫標(biāo)輸出所有溫度數(shù)據(jù)格式顯示選項(xiàng) 2： V – 以擴(kuò)展的冗余模式顯示所有數(shù)據(jù) M – 以最簡(jiǎn)模式顯示所有數(shù)據(jù)5．3．1 冗余模式下面是一個(gè)存取點(diǎn)輸出的冗余模式的例子：Node（節(jié)點(diǎn)）： 這是中心的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符，這是每一個(gè)終端設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)后所給定的。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上，MCU 有較多的輸入輸出接口，為方便連接各種擴(kuò)展模塊，完成不同的輸入輸出功能，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上提供 2 路模擬量的輸入和 2 路開(kāi)關(guān)量的輸出。以上三種芯片的性能相當(dāng)，鑒于 Chipcon 現(xiàn)歸 TI旗下，CC2500 在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣，且供貨充足，本設(shè)計(jì)采用它作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的 RF 芯片。[1]=Flash_Addr[1]。溫度端點(diǎn) EP 負(fù)責(zé)接收和處理溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，Temperature 包括啟動(dòng)服務(wù)。[3]=Flash_Addr[3]。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，提供 2 種天線(xiàn)方案，一種為偶極子天線(xiàn)，采用 PCB 天線(xiàn)，如圖 3．7 所示．另一種為單極子天線(xiàn)，如圖3．8 所示。2 路開(kāi)關(guān)量輸出POP02 通過(guò)光偶隔離后驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，如圖 5．2 所示。Battery（電池）：這是測(cè)量的給 MSP430 供電的電池的電壓值。eZ430RF2500 平臺(tái)的特點(diǎn)如下：（實(shí)物見(jiàn)附圖 2）1：USB 式的自動(dòng)調(diào)試和編程接口，可以自動(dòng)安裝與反饋。發(fā)起和／或響應(yīng)綁定請(qǐng)求并在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立一個(gè)安全關(guān)系。一種服務(wù)可能有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的原語(yǔ)，這些原語(yǔ)構(gòu)成了與具體服務(wù)相關(guān)的執(zhí)行命令。在兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，將按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式進(jìn)行傳送，并且這些設(shè)備必須在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即在同一個(gè)內(nèi)部局域網(wǎng)中。ZigBee路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，能夠?qū)⑾⑥D(zhuǎn)發(fā)到其他設(shè)備，ZigBee 網(wǎng)格或樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)可以有多個(gè) ZigBee 路由器。4．3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層ZigBee 協(xié)議棧是在 IEEE802．15．4 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)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(gè)稱(chēng)之為 MLME 的管理實(shí)體，該實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接口可調(diào)用 MAC 層管理功能，該實(shí)體還負(fù)責(zé)維護(hù) MAC 層固有的管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)。868MHz 上的傳輸速率為 20kb／s，915MHz 上的傳輸速率則是 40kb／s。信標(biāo)可用來(lái)使接入的設(shè)備同步，描述超幀結(jié)構(gòu)。它是基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對(duì)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(xiàn) SPI 接口)。程序代碼可分為 3 種情況：中斷向量區(qū)、用戶(hù)程序代碼及系統(tǒng)引導(dǎo)程序。這 4種尋址方式均可用于源操作數(shù)，而索引、符號(hào)和絕對(duì)尋址方式只可以用于目的操作數(shù)。簡(jiǎn)寫(xiě) 功能ROR1R2R3R4…R15 程序計(jì)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(gè)寄存器 SR狀態(tài)寄存器記錄程序執(zhí)行過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)情況，在程序設(shè)計(jì)中有相當(dāng)重要的地位。因此,MSP430F2274 單片機(jī)在許多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。因此，設(shè)計(jì)一種成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴(kuò)展、便于安裝和維護(hù)的溫度傳感器系統(tǒng)將很有意義．基于網(wǎng)絡(luò)的溫度傳感器系統(tǒng)采用新興的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)的分布式采集，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)受布線(xiàn)限制、系統(tǒng)容量小、不易擴(kuò)展的問(wèn)題，拓展了溫度監(jiān)測(cè)的地域范圍．另外，系統(tǒng)采用成熟的 Modbus總線(xiàn)技術(shù)和以太網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建了完整的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和遠(yuǎn)傳等功能．本課題綜合運(yùn)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)化思想構(gòu)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(kuò)展、便于安裝和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)．本課題旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)覆蓋面積廣、易擴(kuò)展、便于安裝和維護(hù)的低成本溫度傳感器系統(tǒng)．具體需要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：建立體積小、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)且功耗低的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)。 本課題綜合運(yùn)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)化思想構(gòu)建了溫度傳感器系統(tǒng)。它們具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，CPU中的 16 個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達(dá)到最高的代碼效率；靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)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(shí)間內(nèi)激活到跳躍的工作方式。這種方式只需一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)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(gè)寄存器中 R2 和 R3 位常數(shù)發(fā)生器，利用 CPU 的 27 調(diào)內(nèi)核指令配合常數(shù)發(fā)生器可以生成一些見(jiàn)解高效的模擬指令。但用做程序存儲(chǔ)器時(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖基于 eZ430RF2500 的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的設(shè)計(jì)94 ZigBee協(xié)議棧研究本章介紹的是基于 IEEE802．15．4 的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ZigBee 協(xié)議棧，簡(jiǎn)單講解 ZigBee 的 MAC 以及 PHY 層(即 IEEE802．15．4 定義)，比較詳細(xì)地講解由ZigBee 聯(lián)盟所定義的 ZigBee 協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。IEEE802．15．4MAC 層的特征有信標(biāo)管理、信道接入機(jī)制、保證時(shí)隙(GTS)管理、幀確認(rèn)、確認(rèn)幀傳輸、節(jié)點(diǎn)接入和分離。因此，IEEE802．15．4 定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)碼幀起始分隔符 幀長(zhǎng)度（ 7bit）預(yù)留位（1bit） PSDU同步頭 PHY 幀頭 PHY 凈載圖 PHY 幀結(jié)構(gòu)4．2．2 MAC(介質(zhì)接入控制子層)在 IEEE802 系列中，OSI 參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層又被分為 MAC 和 LLC 兩個(gè)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。NWK 負(fù)責(zé)設(shè)備到設(shè)備的通信，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備初始化所包含的活動(dòng)、消息路由和網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層管