【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、7100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)?nèi)的通信。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。所以，以RS232C為主來(lái)討論。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0—20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線(xiàn)功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠(chǎng)商都生產(chǎn)與RS232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前己在微機(jī)通信接口中廣泛采用。RS232是單片機(jī)間，或單片機(jī)與上位機(jī)間通信聯(lián)絡(luò)用。MAX232作為RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片，完成TTL電平和RS232電平的轉(zhuǎn)換。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。典型的RS232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負(fù)電平在5～15V電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線(xiàn)上為T(mén)TL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線(xiàn)上電平從TTL電平到RS232電平再返回TTL電平。、左右的電容，有極性無(wú)極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負(fù)方向。MAX232主要特點(diǎn)有單5V電源工作、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器、+30V輸入電平、低電源電流（8mA）。MAX232的不足之處：接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接；傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率最大為19200bps；接口使用一根信號(hào)線(xiàn)和一根信號(hào)返回線(xiàn)而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱；傳輸距離受限。圖11為MAX232串口的連接電路圖，用來(lái)與數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備進(jìn)行串行通信口實(shí)驗(yàn)和仿真調(diào)試下載程序的。圖11 MAX232串口的連接圖MAX232 是用來(lái)做電平轉(zhuǎn)換的，標(biāo)準(zhǔn)RS232電平很高，達(dá)正負(fù)12V。常用的TTL電平最高 5V。相互連接的話(huà)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，由于電腦串口輸出電壓高達(dá)12V，直接與單片機(jī)連接會(huì)燒壞芯片。所以用MAX232來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片采用單+5V電源供電，僅需幾個(gè)外接電容即可完成從TTL到RS232電平的轉(zhuǎn)換，共兩路。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。圖11是模塊與PC間通信最有力的電路，是模塊進(jìn)行調(diào)試仿真唯一的接口。 它通過(guò)COMPIM中的2（RXD）、3（TXD）與電腦相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)間的交換。而MAX232引腳中的11（T1IN）、12（R1OUT）與對(duì)應(yīng)的CC2530芯片中的17（P0_2 TXDD）、16（P0_3 RXDD）通信。 外接模塊設(shè)計(jì)外接模塊（傳感器模塊）可以測(cè)量各種物理量和感知環(huán)境的，比如溫度、濕度、光強(qiáng)、雨雪等。在設(shè)計(jì)外接模塊時(shí)，首先要根據(jù)應(yīng)用需求選擇參數(shù)、性能合適的傳感器，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電路(如放大、濾波、轉(zhuǎn)換等)。此次設(shè)計(jì)中所選用均為模擬輸出信號(hào)類(lèi)傳感器，包括有輸出電流信號(hào)、輸出電壓信號(hào)和輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)三種類(lèi)型。由于大部分傳感器是電流輸出型，針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電流電壓轉(zhuǎn)換電路。電路采用∏，電路如圖12所示。圖12 I/V轉(zhuǎn)換電路在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮信號(hào)的輸入、輸出特性，接觸時(shí)對(duì)被測(cè)物體的影響，防滴滑、防爆、抗干擾、接地處理等。傳感器按照其信號(hào)輸出類(lèi)型大致可分為：模擬信號(hào)輸出類(lèi)、數(shù)字信號(hào)輸出類(lèi)。采用模擬信號(hào)輸出的傳感器一般采用模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)進(jìn)行信號(hào)采集；采用的數(shù)字輸出方式的傳感器主要包括脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、壓頻轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出以及串行數(shù)字信號(hào)輸出等。那么，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)的電路如圖13所示。圖13 A/D轉(zhuǎn)換電路ALE設(shè)置為高電平，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后選通對(duì)應(yīng)通道，被選中通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，ST為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。ST上跳沿清零所有寄存器，下跳沿開(kāi)始AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換期間ST保持低電平。ST啟動(dòng)過(guò)程中，ALE信號(hào)與其保持一致。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變?yōu)楦唠娖?，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE輸出允許信號(hào)。高電平有效，OE=1：輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0：輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈現(xiàn)高阻態(tài)。CLK 0809工作時(shí)鐘。因?yàn)锳DC0809內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘，故必須由外部提供工作時(shí)鐘，可由CC2530內(nèi)部定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 LED指示燈模塊設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)傳輸指令中，正確的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備的工作正常是否是通過(guò)讀LED指示燈的通斷狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的，為了防止模塊假狀態(tài)，使用光電器件將CC2530的輸入、輸出隔離開(kāi)。電路的指示燈電路如圖14所示。圖14 LED指示燈模塊電路圖LED模塊可以直觀(guān)的反映模塊工作狀態(tài)，是無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊不可缺少的一部分。那么此電路在CC2530芯片上對(duì)應(yīng)的引腳接口是LED1對(duì)應(yīng)引腳8（P1_2），LED2對(duì)應(yīng)引腳9（P1_1）。 RF天線(xiàn)電路設(shè)計(jì)天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)通信不可缺少的一部分，其基本功能是輻射和接收無(wú)線(xiàn)電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。圖15為RF射頻天線(xiàn)安裝的電路圖。圖15 RF天線(xiàn)安裝電路圖無(wú)線(xiàn)RF的外圍電路連接與CC2530芯片有對(duì)應(yīng)的引腳接口：引腳25對(duì)應(yīng)RF_N，引腳26對(duì)應(yīng)RF_P。在為基于CC2530無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊選擇天線(xiàn)時(shí)，應(yīng)注意到性能的好壞。天線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響通信系統(tǒng)的指標(biāo)，在選擇天線(xiàn)時(shí)必須首先注重其性能。具體說(shuō)有兩個(gè)方面，第一選擇天線(xiàn)類(lèi)型；第二選擇天線(xiàn)的電氣性能。選擇天線(xiàn)類(lèi)型的意義是：所選天線(xiàn)的方向圖是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電波覆蓋的要求；選擇天線(xiàn)電氣性能的要求是：選擇天線(xiàn)的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標(biāo)是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。增益是天線(xiàn)的主要指標(biāo)之一，它是方向系數(shù)與效率的乘積，是天線(xiàn)輻射或接收電波大小的表現(xiàn)。增益大小的選擇取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)電波覆蓋區(qū)域的要求，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。天線(xiàn)輸入阻抗和饋線(xiàn)的特性阻抗不一致時(shí)，產(chǎn)生的反射波和入射波在饋線(xiàn)上疊加形成的磁波，其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比，它是檢驗(yàn)饋線(xiàn)傳輸效率的依據(jù)，，電壓駐波比過(guò)大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發(fā)射機(jī)功放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統(tǒng)正常工作。 硬件總體設(shè)計(jì)由于CC2530內(nèi)部已經(jīng)建成大量必要電路，因此其外圍只需較少的電路即可完成功能實(shí)現(xiàn)。基于CC2530無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊電路包含了CC2530主芯片、電源轉(zhuǎn)變模塊電路、濾波模塊電路、外接模塊電路、天線(xiàn)模塊電路、仿真跳線(xiàn)模塊電路、晶振模塊電路、LED模塊電路、復(fù)位電路、PC串口模塊電路以及PP2接口。外圍電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖16所示，所用參數(shù)已標(biāo)注在圖上 。圖16 硬件總體設(shè)計(jì)電路圖4 Zigbee技術(shù)概況和網(wǎng)路配置IEEE 。該標(biāo)準(zhǔn)以能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點(diǎn)目標(biāo)。旨在為個(gè)人或者家庭種不同設(shè)備之間的低速率無(wú)線(xiàn)互聯(lián)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義的LRWPAN網(wǎng)絡(luò)的特征與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處。很多研究機(jī)構(gòu)把它作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE ：物理層（PHY）和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）。ZigBee直接使用了這兩層，并在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）架構(gòu)。下面我們具體介紹下這兩層的結(jié)構(gòu)和它們是如何工作的。 物理層（PHY）物理層定義了物理無(wú)線(xiàn)信道和與MAC層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)是從無(wú)線(xiàn)信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)與物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。（1）無(wú)線(xiàn)信道的分配IEEE ：868MHz（歐洲）、915北美）和2400 MHz（全球范圍）。在這三個(gè)頻段上發(fā)送數(shù)據(jù)使用的速率信號(hào)處理過(guò)程以及調(diào)制方式等方面存在一定差異，其中2400 MHZ頻段的數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbit/s。915 MHz、868 MHZ分別為40 kbit/s和20 kbit/s。IEEE ，新到編號(hào)從0至26，每個(gè)具體的信道對(duì)應(yīng)著一個(gè)中心頻率，覆蓋了以上的3個(gè)不同的頻段。不同的頻段所對(duì)應(yīng)的寬度不同，868 MHz頻段定義了1個(gè)信道（0號(hào)信道）；915 MHz定義了10個(gè)信道（1～10號(hào)信道）2400 MHz定義了16個(gè)信道（11～26信道）。（2）物理層主要功能物理層功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用于硬件驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)距傳輸和物理信道的管理。一個(gè)簡(jiǎn)單的PHY模型圖如圖17所示。圖17 PHY模型其中，RFSAP是有驅(qū)動(dòng)程序提供的接口，PDSAP是PHY層提供給MAC層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，PLAMESAP是PHY層給MAC層提供的管理服務(wù)接口。物理層主要完成：激活/休眠無(wú)線(xiàn)收發(fā)設(shè)備，對(duì)當(dāng)前頻道進(jìn)行能量檢測(cè)，鏈接質(zhì)量指示，為載波檢測(cè)多址與碰撞避免（CSMA—CA）進(jìn)行空閑頻道評(píng)估，頻道選擇，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等。在PHY層有關(guān)函數(shù)中，傳輸能量（POWER），傳輸中心頻率的兼容性及頻率穩(wěn)定度(標(biāo)識(shí)了無(wú)線(xiàn)解碼器工作頻率的穩(wěn)定程度)，接收器之感度，接收信號(hào)強(qiáng)度指示的測(cè)量時(shí)較為重要的參數(shù)。（3）IEEE ，每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)又被映射成32位偽隨機(jī)噪聲數(shù)據(jù)碼片。數(shù)據(jù)碼片采用半正弦脈沖波形的偏移正交四相相移鍵控技術(shù)（OQPSK）調(diào)制。每片的形狀如同半個(gè)正弦波，交替在同相(I)信道和正交相位(Q)信道傳送。每個(gè)信道占用半個(gè)片碼偏移周期。（4）PPDU格式PPDU 報(bào)文數(shù)據(jù)是用于數(shù)據(jù)流同步的同步頭、含有幀長(zhǎng)度信息的物理層報(bào)頭以及承載有MAC幀數(shù)據(jù)的凈荷組成。那么PPDU格式信息如表4所示。表4 PPDU格式字 節(jié)11可變前同步碼（preamble）幀定界符（SFD）幀長(zhǎng)度(7 bit)保留(1 bit)物理層數(shù)據(jù)(PSDU)同步頭(SHR)物理層報(bào)頭(PHR)物理層凈荷(PHY payload)同步報(bào)頭由前同步碼和幀定界符組成，用于獲取符號(hào)同步、擴(kuò)頻碼同步和幀同步。物理層報(bào)頭指示凈荷部分的長(zhǎng)度，凈荷部分含有MAC層數(shù)據(jù)包，最大長(zhǎng)度是127字節(jié)。當(dāng)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度類(lèi)型為5字節(jié)或大于8字節(jié)時(shí)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）就會(huì)攜帶著MAC層的幀信息（即MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元） 媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）規(guī)范MAC層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)。前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，而后者從事MAC層的管理活動(dòng)，并維護(hù)一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。和物理層類(lèi)似，MAC層也包括一個(gè)管理實(shí)體（MLME），MAC層管理實(shí)體提供可以喚醒MAC層管理服務(wù)的服務(wù)接口（MLMESAP），同時(shí)也維護(hù)一個(gè)與MAC層相關(guān)的管理對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)（MIB）。（1）超幀結(jié)構(gòu)在IEEE ，通過(guò)基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式，提高了信道的利用率，增大了網(wǎng)絡(luò)效能，而固定時(shí)隙的分配，滿(mǎn)足了有特殊需求和一些重要的數(shù)據(jù)傳送。周期性進(jìn)入休眠期關(guān)閉信道接入，則節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)的能耗。超幀結(jié)構(gòu)中同時(shí)包含了三種不同的信道接入周期，從而多樣化信道的接入方式同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。那么超幀結(jié)構(gòu)如圖18所示。圖18 超幀結(jié)構(gòu)在超幀零時(shí)隙中定義了一個(gè)信標(biāo)幀（beacon），beacon除了信標(biāo)的意思外，還能理解為燈塔。正如字面意思所述，信標(biāo)幀在整個(gè)超幀結(jié)構(gòu)中的地位就好比燈塔的導(dǎo)航作用一樣，不僅界定了超幀的起始以用來(lái)設(shè)定固定分配時(shí)隙周期的有無(wú)以及其長(zhǎng)度，換言之，信標(biāo)幀決定了超幀的構(gòu)架。如果不存在信道固定分配周期的話(huà)，所有的數(shù)據(jù)傳送將完全通過(guò)CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)接入信道。超幀將通信時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)部分。在不活躍期間，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會(huì)相互通信，進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。而在超幀活躍期間，整個(gè)事件過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段：信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段（CAP）和非競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段（CEP）。超幀的活躍部分被劃分為16個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)槽，由協(xié)調(diào)器設(shè)定每個(gè)時(shí)槽的長(zhǎng)度、競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段包含的時(shí)槽數(shù)等參數(shù)，并通過(guò)超幀開(kāi)始時(shí)發(fā)出的信標(biāo)幀廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在超幀的競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段，IEEE ，并且任何通信都必須在競(jìng)爭(zhēng)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)段結(jié)束前完成。在非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段，協(xié)調(diào)器