【文章內(nèi)容簡介】 ，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許 ZE 進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長期處于工作狀態(tài)。 在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)以一定的間隔時(shí)間 (一般在 15ms4mins 之間 )向網(wǎng)絡(luò)廣播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間有 16 個(gè)相同的時(shí)槽，這些時(shí)槽分為網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)兩個(gè)部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)的各個(gè)時(shí)槽內(nèi)發(fā)送。 非信標(biāo)模式下， ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的周期性 (周期可設(shè)置 )休眠。網(wǎng)絡(luò)中所有的父節(jié)點(diǎn)需要為自己的子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有子節(jié)點(diǎn)的大多數(shù)時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，周期性的醒來與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并向 父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式一般只需要 15ms。 CC2430芯片 CC2430概述 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS 解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 ISM 波段 應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能 DSSS(直接序列擴(kuò)頻 )射頻收發(fā)器核心和一本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 顆工業(yè)級小巧高效的 8051 控制器。 圖 25 CC2430引腳排列圖 Figure 25 The Pin arrangement of CC2430 CC2430 的尺寸只有 77mm 48pin 的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的 微米 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器 整合在同一個(gè)硅晶片上。 CC2430 包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8 位 8051 微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí) 鐘32MHz。 CC2430 包含一個(gè) DMA 控制器。 8K 字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4K 字節(jié)是超低功耗 SRAM。 32K， 64K 或 128K 字節(jié)的片內(nèi) Flash 塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。 CC2430 集成了 4 個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè) 32MHz 晶體振蕩器，一個(gè) 16MHz RC振蕩器，一個(gè)可選的 晶體振蕩器和一個(gè)可選的 RC 振蕩器。 CC2430 也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個(gè) AES 協(xié)處理器被集成在 CC2430 之中 ， 用來 支持 IEEE MAC 安全所需的（ 128 位關(guān)鍵字）AES 的運(yùn)行， 以 盡可能少的占用微控制器。 中斷控制器為總共 18 個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予 4 個(gè)中斷優(yōu)先級中的某一個(gè)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部 Flash 編程。 I/O 控制器的職責(zé)是 21 個(gè)一般 I/O 口的靈活分配和可靠控制。 CC2430 包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè) 16 位 MAC 定時(shí)器，用以為 IEEE 的 CSMACA 算法提供定時(shí)以及為 IEEE 的 MAC 層提供定時(shí)。一個(gè)一般的 16 位和兩個(gè) 8 位定時(shí)器，支持典型的定時(shí) /計(jì)數(shù)功能，例如，輸入捕捉、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 比較輸出和 PWM 功能。 CC2430 內(nèi)集成的其他外設(shè)有 : 實(shí)時(shí)時(shí)鐘；上電復(fù)位； 8 通道， 8－ 14 位 ADC；可編程看門狗；兩個(gè)可編程 USART，用于主 /從 SPI 或 UART 操作。 為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬， CC2430 集成了大多數(shù)對定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列 IEEE MAC 協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。這包括 ： 自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器 、 同步字插入 /檢測 、 CRC16 校驗(yàn) 、 CCA、 信號強(qiáng)度檢測 /數(shù)字RSSI、 連接品質(zhì)指示 (LQI) 和 CSMA/CA 協(xié)處理器。 CC2430 芯片的主要特點(diǎn) CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻 (RF) 前端、內(nèi)存和微控制器。它使用 1 個(gè) 8 位 MCU（ 8051），具有 128 KB 可編程閃存和 8 KB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（ Timer）、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（ Watchdog timer）、 32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路 (Power On Reset)、掉電檢測電路 (Brown out detection)，以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳。 CC2430 芯片采用 μm CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低 于 27 mA 或 25 mA。 CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng) 開發(fā)環(huán)境簡介 C51RF3PK ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)開發(fā)平臺(tái) 成都無線龍 ZigBee 協(xié)議棧高級開發(fā)系統(tǒng) C51RF3 是一款經(jīng)濟(jì)、高效、方便的開發(fā)工具套裝，滿足 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)和 ZigBee 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)。 C51RF3PK 開發(fā)平臺(tái)具有以下特點(diǎn)： 具有 USB 高速下載、支持 IAR 集成開發(fā)環(huán)境； 具有在線下載、調(diào)試、仿真功能； 可以根據(jù)需求選配多種擴(kuò)展開發(fā)板； 開發(fā)方便、快捷、簡單； 功能強(qiáng)大的 C51RF3 仿真器。不僅可以實(shí)現(xiàn)對 CC2430/CC2431 程序下載，還可實(shí)現(xiàn)開發(fā)仿真調(diào)試。 多種擴(kuò)展板既有簡單開發(fā)按鍵、又有液晶顯示及各種傳感器。不但可以實(shí)現(xiàn)簡單的 CC2430/CC2431 開發(fā)，還可作復(fù)雜的 ZigBee 無線 網(wǎng)絡(luò)。 IAR Embedded Workbench簡介 IAR Embedded Workbench（簡稱 EW）的 C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是今天世界最完整的和最容易使用專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。 EW 今天已經(jīng)支持 35 種以上的 8 位 /16 位 32 位 ARM 的微處理器結(jié)構(gòu)，對不同的微處理器提供一樣直觀用戶界面。 EW 包括：嵌入式 C/C++優(yōu)化編譯器，匯編器，連接定位器，庫管理員，編輯器，項(xiàng)目管理器和 CSPY 調(diào)試器。使用 IAR 的編譯器最優(yōu)化最緊湊的代碼，可以節(jié)省硬件資源，最大限度地降低 產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。 IAR Embedded Workbench 集成的編譯器主要產(chǎn)品特征： ? 高效 PROMable 代碼 ? 完全標(biāo)準(zhǔn) C 兼容 ? 內(nèi)建對應(yīng)芯片的程序速度和大小優(yōu)化器 ? 目標(biāo)特性擴(kuò)充 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 ? 版本控制和擴(kuò)展工具支持良好 ? 便捷的中斷處理和模擬 ? 瓶頸性能分析 ? 高效浮點(diǎn)支持 ? 內(nèi)存模式選擇 ? 工程中相對路徑支持 IAR Systems 的 C/C++編譯器可以生成高效可靠的可執(zhí)行代碼，并且應(yīng)用程序規(guī)模越大，效果明顯。與其他的工具開發(fā)廠商相比，系統(tǒng)同時(shí)使用全局和針對具體芯 片的優(yōu)化技術(shù)。連接器提供的全局類型檢測和范圍檢測對于生成目標(biāo)的代碼的質(zhì)量是至關(guān)重要。 IAR Embedded Workbench 是一套完整的集成開發(fā)工具集合：包括從代碼編輯器、工程建立到 C/C++編譯器、連接器和調(diào)試器的各類開發(fā)工具。它和各種仿真器、調(diào)試器緊密結(jié)合，使用戶在開發(fā)和調(diào)試過程中，僅僅使用一種開發(fā)環(huán)境界面，就可以完成多種微控制器的開發(fā)工作。 除上述的幾點(diǎn)之外，在 IAR Embedded Workbench， IAR Systems 還提供了visual STATE 和 IAR MakeApp 兩套圖形 開發(fā)工具幫助開發(fā)者完成應(yīng)用程序的開發(fā)，它可以根據(jù)設(shè)計(jì)自動(dòng)生成應(yīng)用程序代碼和自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序，使開發(fā)者擺脫這些耗時(shí)的任務(wù)同時(shí)保證了代碼的質(zhì)量。 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的無線溫度采集系統(tǒng)以 C51RF3PK 開發(fā)平臺(tái)為核心，使用了兩塊表演板，利用芯片自帶的溫度傳感器采集溫度值，充分發(fā)揮了C51RF3PK 開發(fā)平臺(tái)的豐富資源。在上位機(jī)上，采集的溫度實(shí)時(shí)地顯示出來，并且通過折線圖動(dòng)態(tài)描繪出溫度的變化趨勢?？紤]到可能采集多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度，上位機(jī)可以根據(jù)客戶要求切換不同節(jié)點(diǎn)的溫度折線 圖。為了方便對以往數(shù)據(jù)的查看，采集到的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)保存到了文檔之中。 本系統(tǒng)由三類節(jié)點(diǎn)組成： ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、 路由器 節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)。圖 31 所示是其組成示意圖，其中 ZigBee 協(xié)調(diào)器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點(diǎn)。多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)置于不同的監(jiān)測區(qū)域，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后匯聚節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理并顯示給用戶。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) 可以與多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測多個(gè)區(qū)域，何時(shí)檢測哪個(gè)區(qū)域通常由用戶通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來控制。當(dāng)被檢測區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)距離傳感器節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，可以通過增加路由器節(jié)點(diǎn)來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶沒有數(shù)據(jù)請求時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。 圖 31 溫度采集系統(tǒng)示意圖 Figure 31 The Schematic of Temperature Detection System