【文章內(nèi)容簡介】 eeMAC 層的設(shè)計需要考慮到降低成本、容易實現(xiàn)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸、短距離操作及非常低的功耗等要求，為此采用了如下所示的簡單且靈活的協(xié)議：① 采用IEEE 標(biāo)準(zhǔn)64 bit 和16 bit 短地址；② 基本網(wǎng)絡(luò)容量可以達到254 節(jié)點；③ 可以配置使用大于65，000（216）節(jié)點的本地簡單網(wǎng)絡(luò)，而且開銷不大；④ 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、全功能設(shè)備（FFD）和簡化功能設(shè)備（RFD）等3 種指定設(shè)備；⑤ 簡化幀結(jié)構(gòu)；⑥ 可靠的數(shù)據(jù)傳輸；⑦ 聯(lián)合/ 分離；⑧ AES 128 安全機制；⑨ CSMA CA 通道；⑩ 可選的使用信標(biāo)的超級幀結(jié)構(gòu)。 子層定義了廣播幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和MAC 命令幀等4 種幀類型。只有廣播幀和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù)，確認(rèn)幀和MAC 命令幀則用于ZigBee 設(shè)備間MAC 子層功能實體間控制信息的收發(fā)。廣播幀和確認(rèn)幀不需要接收方的確認(rèn)，而數(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(rèn)，如果需要確認(rèn)，并且已經(jīng)通過了CRC 校驗，接收方將立即發(fā)送確認(rèn)幀。若發(fā)送方在一定時間內(nèi)收不到確認(rèn)幀，將自動重傳該幀。這就是MAC 子層可靠傳輸?shù)幕具^程。MAC 所示。2 10~20變量2幀控制序列號地址信息凈荷幀校驗系列：幀格式. 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層包括邏輯鏈路控制子層。 標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC，、 等ZigBee 無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討周怡窹，等802 系列標(biāo)準(zhǔn)中，而MAC 子層與硬件聯(lián)系較為緊密，并隨不同物理層的實現(xiàn)而變化。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護、命名和綁定服務(wù)，它們協(xié)同完成尋址、路由及安全這些不可或缺的任務(wù)。：ZigBee無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)草案支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 所示的新型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh）。計算機外圍設(shè)備等要求低延遲等待接入的應(yīng)用一般采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而其它一些應(yīng)用，如周邊安全等可能要求大面積網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。多址的形式包括IEEE 標(biāo)準(zhǔn)64 位和短地址8 位。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包括所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類型中最復(fù)雜的一種，存儲容量最大、計算機能力強。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。全功能設(shè)備：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的FFD或是精簡功能裝置（RFD）連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。更多的存儲器、計算機能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡(luò)路由作用。也可能做終端設(shè)備精簡功能設(shè)備（RFD）：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。附帶有限的功能來控制成本和復(fù)雜性在網(wǎng)絡(luò)中通常用作終端設(shè)備。ZigBee相對簡單的實現(xiàn)自然節(jié)省了費用。RFD由于省掉了內(nèi)存和其他電路，降低了ZigBee部件成本，而簡單的8位處理器和小協(xié)議棧也有助于降低成本。第2章 系統(tǒng)原理分析與整體設(shè)計系統(tǒng)是基于ZigBee技術(shù)，一般無線傳輸距離10M到100M和低功耗的特點及多元化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的一款便攜式的多路無線搶答器。系統(tǒng)在完成基本模塊的基礎(chǔ)上進行ZigBee無線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟硬件設(shè)計，包括ZigBee無線發(fā)射/接收模塊的設(shè)計和電源電路，按鍵電路，復(fù)位電路和顯示電路的設(shè)計。軟件方面進行節(jié)點之間的組網(wǎng)程序設(shè)計和抗干擾措施設(shè)計，按鍵設(shè)計和顯示程序設(shè)計等。系統(tǒng)工作原理：各個節(jié)點識別按鍵狀態(tài)，如果按鍵有變化將立即和協(xié)調(diào)器通信，協(xié)調(diào)器將第一個接收到的節(jié)點號碼顯示出來。每個節(jié)點只需設(shè)計簡單的電源電路、按鍵電路和復(fù)位電路。 系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)欲實現(xiàn)的目標(biāo)是利用先進的ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計一款便攜式的，實用的多路無線搶答器。 系統(tǒng)設(shè)計思路系統(tǒng)是基于ZigBee技術(shù)一般無線傳輸距離10M到100M和低功耗的特點及多元化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的一款便攜式的多路無線搶答器。系統(tǒng)設(shè)計好基礎(chǔ)模塊后進行ZigBee無線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟硬件設(shè)計。其中基礎(chǔ)模塊的設(shè)計包括ZigBee無線發(fā)射/接收模塊的設(shè)計和ZigBee芯片CC2430低功耗的特點設(shè)計的電源電路，基本的按鍵電路，復(fù)位電路和顯示電路的設(shè)計。以上就是整個電路的硬件電路。軟件方面進行節(jié)點之間的組網(wǎng)程序設(shè)計和抗干擾措施設(shè)計，按鍵設(shè)計和顯示程序設(shè)計等。 系統(tǒng)工作原理節(jié)點和協(xié)調(diào)器之間組網(wǎng)。各個節(jié)點識別按鍵狀態(tài)，如果按鍵有變化將立即和協(xié)調(diào)器通信，協(xié)調(diào)器將第一個接收到的節(jié)點號碼顯示出來。每個節(jié)點只需設(shè)計簡單的電源電路、按鍵電路和復(fù)位電路。協(xié)調(diào)器顯示節(jié)點電源 系統(tǒng)原理方框圖節(jié)點節(jié)點按鍵按鍵按鍵按鍵 主芯片CC2430 的特點介紹 IEEE ，還包括了8KB的SRAM、大容量閃存以及許多的強大特性。系統(tǒng)采用的是CC2430F128，也就是說芯片擁有128KB的閃存。CC2430片上系統(tǒng)是高度集成的解決方案，僅需很少的外置元件，且所選用元件均為低成本型，可支持快速、廉價的ZigBee節(jié)點構(gòu)建。CC2430不僅擁有卓越的射頻性能，包括超低功耗、高靈敏度、出眾的抗噪聲和抗干擾能力而且擁有強大的8位、單周期8051控制核心。CC2430可用于ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器及終端設(shè)備。結(jié)合了TI/Chipcon業(yè)界領(lǐng)先的ZigBee協(xié)議棧之后，CC2430被認(rèn)為是市面上最具競爭力的ZigBee解決方案。CC2430具有如下特性： 高性能低功耗的8051微控制器核； 集成符合IEEE ； 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性； 硬件支持CSMA/CA功能； ，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)，外部中斷能喚醒系統(tǒng)； 較寬的電壓范圍（~）； 數(shù)字化的RSSI/LQI 支持強大的DMA功能； 集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC； 集成AES安全協(xié)處理器； 帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE ，1個常規(guī)16位計時器和2個8位計時器。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形網(wǎng)：基本的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個單跳（single_hop）系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)中所有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都與基站和網(wǎng)關(guān)進行雙向通信?；究梢允且慌_PC、PDA、專用控制設(shè)備、嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，或其他與高數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)備通信的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點基本相同。除了向各節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)和命令外，基站還與因特網(wǎng)等更高層系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)。各節(jié)點將基站作為一個中間的，使相互之間傳輸數(shù)據(jù)或命令。在各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之中，星形網(wǎng)整體功耗最低，但節(jié)點與基站間傳輸距離有限，通常ISM頻段的傳輸距離為10M~30M。網(wǎng)狀網(wǎng)：網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是多跳（即多次中繼）系統(tǒng)，其中所有無線傳感節(jié)點都相同，而且直接相互通信，與基站進行數(shù)據(jù)傳輸和相互傳輸命令。這種多次中繼系統(tǒng)比星形網(wǎng)的傳輸距離遠得多，但功耗更大，因為節(jié)點必須一直“監(jiān)聽”網(wǎng)絡(luò)中某些路徑上的信息和變化?；旌暇W(wǎng)：混合網(wǎng)力求兼具星形網(wǎng)的簡潔和低功耗以及網(wǎng)狀網(wǎng)的長傳輸距離和自愈性等優(yōu)點。在混合網(wǎng)中，路由器和中繼器組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而無線傳感器節(jié)點則在他們周圍呈星形分布。擴展了網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，同時提供了容故障能力。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路和實現(xiàn)系統(tǒng)的主要芯片CC2430為低功耗芯片所需的供電電源僅需(~)。 電源電路如圖所示，3腳和地為輸入加+5V，、2腳之間加兩個10uf的極性電容。采用LM1117—： ,。 ~7V的變化輸入。 操作溫度0~125度，儲存溫度65~150度。 電路簡單，可靠性高。 指示燈電路系統(tǒng)為了讓實驗的效果更明顯接了電源指示燈和通信指示燈，當(dāng)兩個節(jié)點相互通信即發(fā)送或接收信號時紅綠指示燈會交替閃爍，正常情況下，綠燈亮，紅燈滅。 指示燈電路 按鍵電路系統(tǒng)在設(shè)計按鍵時，進行了軟件和硬件的消除抖動設(shè)計。軟件通過延時再判斷的方法實現(xiàn)按鍵消抖設(shè)計，硬件通過電容緩沖消抖動設(shè)計，具體的按鍵電路如下圖所示。 按鍵電路 顯示電路 顯示電路系統(tǒng)在顯示電路方面，使用74LS245實現(xiàn)段驅(qū)動，用三極管實現(xiàn)位驅(qū)動。采用74LS245做驅(qū)動的優(yōu)勢有如下：供電電壓范圍：~，系統(tǒng)5V電壓可以正常給它