【文章內(nèi)容簡介】 句柄封裝類和很多 Windows 的內(nèi)建 控件 和組件的封裝類 。 MFC 實際上是微軟提供的，用于在 C++環(huán)境下編寫應用程序的一個框架和 引擎 。 MFC 是一個功能豐 富的 界面 開發(fā)系統(tǒng) ， 用于系統(tǒng)化開發(fā)測溫系統(tǒng)的終端顯示功能以及中繼傳輸?shù)墓δ堋? 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 9 第 3章 功能與指標 系統(tǒng)功能 無線測溫系統(tǒng)采用無線溫度傳感技術(shù)實現(xiàn)了對分布式區(qū)域，以及范圍較大，(以及人員無法接近的其它危險、惡劣環(huán)境 )的溫度進行實時在線監(jiān)測。無線測 溫系統(tǒng)前端采用無線溫度傳感器，可快捷方便地安裝在所被測量的區(qū)域，準確地跟蹤發(fā)熱接點的溫度變化 。無線測溫系統(tǒng)的采集終端可準確地并及時的顯示溫度的變化，為控制提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù) 。當被測點溫度超過預先設定的門限值時，將發(fā)出報警信號及時提醒有關(guān)人員采取措施 。系統(tǒng)通過人機界面將地理分布圖、接點溫度運行參數(shù)、預告警信息、歷史參數(shù)等通過圖形、曲線、等形式直觀顯示，為決策層提供最直接可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，盡可能消除不可控因素。 本系統(tǒng)可以在分布式區(qū)域，比如大棚等范圍較大區(qū)域的實時溫度測量。還可以在特殊的地方進行采集，這樣能減少人 員的浪費。還可以進行實時的采集，鑒于目前基于 abdroid 平臺手機的流行，本作品開發(fā)了 abdroid 手機客戶端，通過上位機服務器將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)到手機上，進行實時的監(jiān)控，不管用戶在哪里只要通過手機就可以知道溫度的變化，可以很好的釋放人力，節(jié)約成本。此系統(tǒng)的精確度比較高，可以進行嚴格的監(jiān)控，當溫度超過設定的數(shù)值，會進行報警提示。 技術(shù)指標 本系統(tǒng)的技術(shù)指標如下 : ? 測量溫度范圍： 25 ℃ ～ +125 ℃ ? 測量精度：177。 ℃ ? 溫度反應時間：小于 10S ? 采集器使用壽命：大于 5 年 ? 監(jiān)控區(qū)域： 0～ 100 米 (可擴展 ) 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 10 第 4章 實現(xiàn)原理 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu) ZigBee 協(xié)議棧定義了四層，分別是物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡層、應用層。物理層和媒體訪問控制層由 定義，上層的網(wǎng)絡層和應用層由 Zigbee 聯(lián)盟定義。應用層分別包括 ZDO（ Zigbee 設備對象）， APS（應用支持子層）和 AF（應用框架）組成。 Zigbee 協(xié)議棧每一層負責完成所規(guī)定的任務，并且向上層提供服務，各層之間的接口通過所定義的邏輯鏈路來提供服務。 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 如 圖 41 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖 所示。 圖 41 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖 1. 物理層 物理層由半雙工的無線收發(fā)器及其接口組成，主要作用是激活和關(guān)閉射頻收 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 11 發(fā)器；檢測信道的能量；顯示收到數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量；空閑信道評估；選擇信道頻率；數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。 2. 媒體訪問控制層 媒體訪問控制（ MAC）層建立了一條節(jié)點和與其相鄰的節(jié)點之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。在協(xié)調(diào)器的 MAC 層，可以產(chǎn)生網(wǎng)絡信標，同步網(wǎng)絡信標；支持 ZigBee 設備的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持設 備加密；在信道訪問方面，采用 CSMA/CA 信道退避算法，減少了碰撞概率；確保時隙分配（ GTS）；支持信標使能和非信標使能兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為兩個對等的 MAC 實體提供可靠連接。 3. 網(wǎng)絡層 基于底層的可靠通信，提供路由、路由發(fā)現(xiàn)、多跳、轉(zhuǎn)發(fā)的功能。 ZigBee網(wǎng)絡可以組成星型、簇樹型或 MESH 型網(wǎng)絡。對于終端節(jié)點而言，網(wǎng)絡層的功能只是加入和離開網(wǎng)絡；對于路由器而言，網(wǎng)絡層的功能是信息的轉(zhuǎn)發(fā)，路由發(fā)現(xiàn)，建立和維護路由表和鄰居表，以及構(gòu)造到某節(jié)點的路由任務；而協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡層的任務主要包括啟動和維護網(wǎng)絡正常工作，為 新加入的節(jié)點分配網(wǎng)絡地址。 4. 應用層 應用層包括三部分：應用支持子層（ APS）、 ZigBee 設備對象（ ZDO）和應用框架（ AF）。應用支持子層的任務是提取網(wǎng)絡層的信息并將信息發(fā)送到運行在節(jié)點上的不同應用端點。應用支持子層維護了一個綁定表，可以定義、增加或移除組信息；完成 64 位長地址（ IEEE 地址）與 16 位短地址（網(wǎng)絡地址）一對一映射；實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的分割與重組；應用支持子層連接網(wǎng)絡層和應用層，是它們之間的接口。這個接口由兩個服務實體提供： APS 數(shù)據(jù)實體（ APSDE）和 APS 管理實體（ APSME）。 APS 數(shù) 據(jù)實體為網(wǎng)絡中的節(jié)點提供數(shù)據(jù)傳輸服務，它會拆分和重組大于最大荷載量的數(shù)據(jù)包。 APS 管理實體提供安全服務，節(jié)點綁定，建立和移除組地址，負責 64 位 IEEE 地址與 16 位網(wǎng)絡地址的地址映射 [4]。 ZigBee 設備對象負責設備的所有管理工作，包括設定該設備在網(wǎng)絡中的角色（協(xié)調(diào)器、路由器或終端設備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的設備，確定這些設備能提供的功能，發(fā)起或響應綁定請求，完成設備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。用戶在開發(fā)ZigBee 產(chǎn)品時，需要在 ZigBee 協(xié)議棧的 AF 上附加應用端點，調(diào)用 ZDO 功能以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡上的其他設備和服務，管理綁 定、安全和其他網(wǎng)絡設置。 ZDO 是一個特 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 12 殊的應用對象，它駐留在每一個 ZigBee 節(jié)點上，其端點編號固定為 0。 AF 應用框架是應用層與 APS 層的接口。它負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應的目的端點。 Zigbee網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) Zigbee 的拓撲結(jié)構(gòu) 42 所示 ，可以 分 為以下三種：星型、簇樹型和 MESH型。星型拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡由協(xié)調(diào)器組建和維護，其他的設備都是終端設備，都直接與協(xié)調(diào)器一對一通信。在簇樹型和 MESH 型拓撲網(wǎng)路結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負責組建網(wǎng)絡并決定一些關(guān)鍵的網(wǎng)絡參數(shù)，如網(wǎng)絡 ID，網(wǎng)絡使用的信道等。網(wǎng) 絡中主要通過路由器來拓展網(wǎng)絡覆蓋范圍。樹型網(wǎng)絡中，路由器發(fā)送數(shù)據(jù)是通過層次的路由方法。樹型網(wǎng)絡可以使用網(wǎng)絡信標通信，路由器和終端節(jié)點以跟蹤信標的方式與協(xié)調(diào)器通信；也可以使用非信標方式通信，終端節(jié)點定時輪詢路由器或協(xié)調(diào)器來提取自己的信息。 MESH 型網(wǎng)絡可以進行點對點對等交流，但是不能使用信標。 Zigbee 設備都有一個 64 位的 IEEE 地址， IEEE 地址是唯一的絕對地址，設備可以用這個地址在 PAN 中進行通信，但在設備加入網(wǎng)絡后，協(xié)調(diào)器后會為它分配一個 16 位的網(wǎng)絡地址，網(wǎng)絡地址只在該網(wǎng)絡內(nèi)是唯一的，是相對地址，設備也可以用這個網(wǎng)絡地址在 PAN 內(nèi)進行通信。 從物理功能上分，設備的類型可以分為 2 種。一種是具有全功能設備（ Full FunctionDevice， FFD），另一種是精簡功能設備（ Reduced Function Device，RFD）。在 PAN（ PersonalArea Network）中，全功能設備可以作為 PAN 的協(xié)調(diào)器，路由器或作為一個終端設備。一個全功能設備可以同時和多個精簡功能設備或全功能設備通信；對于一個精簡功能設備來說，它只能和一個全功能進行通信 [5]。 圖 42 星型和簇樹型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 13 IT ZStack協(xié)議棧介紹 TI 公司的協(xié)議棧 ZStack 符合 ZigBee2020 規(guī)范，功能強大，協(xié)議棧底層已實現(xiàn)，對于簡單的應用，開發(fā)者只需要在應用層開發(fā)即可。 ZStack 還可通過ZigBee 網(wǎng)絡無線下載節(jié)點更新程序，具備定位感知功能等等。以下是 ZStack 的功能。 1. 網(wǎng)絡尋址 ZStack 使用一種分布式的地址分配方式來分配網(wǎng)絡地址，這種方式確保所有的網(wǎng)絡地址在網(wǎng)絡中是唯一的。網(wǎng)絡地址是由設備的父節(jié)點分配的。通過在ZStack 中網(wǎng)絡層中相關(guān)位置的三個參數(shù)，包括最大深度（ MAX_DEPTH）、最大子 節(jié)點數(shù)（ MAX_CHILDREN）和最大路由器數(shù)量（ MAX_ROUTERS）按照以下地址分配算法可得到相應的網(wǎng)絡地址 [6]。 第 n 個終端設備的網(wǎng)絡地址為： 其中： 表示第 n 個終端設備的父設備網(wǎng)絡地址； n 的取值范圍： ? ?mm1 n C R?? ； ； ； 如果 =1: =1+ ； 如果 = ； MAX_DEPTH 指網(wǎng)絡的層數(shù)。協(xié)調(diào)器在第 0 層的深度，它的子節(jié)點在第一層，以下就是第二層，以此類推。這個參數(shù)限定了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的最大深度。MAX_CHILDREN 決定了協(xié)調(diào)器或者路由器可以有幾個孩子節(jié)點。孩子節(jié)點可以是路由器或者是終端設備。 MAX_ROUTERS 數(shù)決定了協(xié)調(diào)器或者路由器下面可 以 有 幾 個 路 由 器 子 節(jié) 點 。 終 端 設 備 的 個 數(shù)=MAX_CHILDRENMAX_ROUTERS。在 ZStack 中網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡深度可在 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 14 文件中設置，默認設置為 HOME_CONTROLS。 具 體設置如下： if(STACK_PROFILE_ID==HOME_CONTROLS) byte CskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={6,6,6,6,6,0}。 byte CskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={20,20,20,20,20,0}。 elif(STACK_PROFILE_ID==GENERIC_STAR) byte CskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0}。 byte CskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0}。 elif(STACK_PROFILE_ID==NETWORK_SPECIFIC) byte CskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0}。 byte CskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0}。 endif//STACK_PROFILE_ID 目的地址模式有如下幾種值： AddrNotPresent（地址未知模式）， Addr16Bit（短地址模式）， AddrBroadcast（廣播模式）。這些地址模式都是必要的，因為在ZigBee 中，數(shù)據(jù)包可以是點對點發(fā)送（ unicast），多點發(fā)送（ multicast），也可以是廣播式發(fā)送 (broadcast)。接下來對各種傳輸模式進行簡要的介紹 [7]。 1) 一對一模式 一對一模式是在已知目的地址的情況下使用這種方式。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候會包含目的地址信息。在 ZStack 中的尋址方式可以這樣來設置： =Addr16Bit。//以網(wǎng)絡地址為目的地址進行尋址 =10。//目的節(jié)點的端口號為 10 =0x796f； //目的節(jié)點的網(wǎng)絡地址 2) 廣播模式 廣播模式是將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡中所有的節(jié)點。在程序中地址模式設定AddrBroadcast。在 ZStack 中的尋址方式可以這樣來設置： =AddrBroadcast。//以廣播的方式進行尋址 =10。//目的節(jié)點的端口號為 10 =0xffff； //目的節(jié)點的網(wǎng)絡中所有的節(jié)點 =0xfffd； //目的節(jié)點為網(wǎng)絡中非睡眠節(jié)點 3) 間接接模式 當?shù)刂纺Ｊ皆O置為 AddrNotPresent，說明發(fā)送的信息都是發(fā)給協(xié)調(diào)器的，在 博 創(chuàng) 杯 全 國 大 學 生 嵌 入 式 設 計 大 賽 15 協(xié)調(diào)器的綁定表中查找相應目的地址進行一對一的數(shù)據(jù)發(fā)送。 =(afAddrMode_t)AddrNotPresent。 =10。 =0。//協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡地址固定為 0x0000； 2. 綁定 綁定是指一個節(jié)點與另外一個或幾個節(jié)點間建立地址映射的一種尋址方式。在節(jié)點建立綁定之后，發(fā)送數(shù)據(jù)的時候并不需要知道目的地址是什么，應用支持子層會根據(jù)綁定 ID 查詢它的綁定表來決定目的地址，然后把信息發(fā)送給目的節(jié)點。 在 ZStack 中，綁定是通過如下函數(shù)實現(xiàn)的： =Addr16Bit。//首先設置尋址模式為網(wǎng)絡地址尋址 =0x0000。//目的地址為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡地址 ZDP_EndDeviceBindReq()。//發(fā)起綁定請求 3. 路由協(xié)議 ZigBee 的路由協(xié)議是基于 Ad Hoc 按需距離矢量路由協(xié)議 AODV(Ad hoc On demandDistance Vector)，支持在環(huán)境中移動、連接失敗和包丟失的環(huán)境應用，它極大的增強了無線傳