【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C18 和 HiTech PICC18 編譯器進(jìn)行編譯 。源文件會(huì)自動(dòng)根據(jù)所使用的編譯器進(jìn)行必要的更改。協(xié)議棧使用內(nèi)部閃存程序存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)可配置的 MAC 地址、網(wǎng)絡(luò)表和綁定表。因此，必須使用可自編程的閃存存儲(chǔ)器單片機(jī)。如果需要的話，可以修改非易失性存儲(chǔ)器（ NVM）程序來(lái)支持任何其他類型的 NVM 而不使用可自編程的單片機(jī)。 Microchip ZigBee 協(xié)議棧提供了一種易于使用的不依賴于應(yīng)用和 RTOS 的函數(shù)庫(kù)。該函數(shù)庫(kù)是專為僅需對(duì)上層軟件做極小更改就可支持多個(gè) RF 收發(fā)器而設(shè)計(jì)的。應(yīng)用程序能容易地從一個(gè) RF收發(fā)器移植到另一個(gè)基于復(fù)合定位的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次路由協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 收發(fā)器。如有需要，能很容易地修改該協(xié)議棧以支持 其他編譯器。 ZigBee 協(xié)議棧 一般 由 七個(gè) 模塊組成 ，如圖 2－ 3 所示 。 圖 23 ZigBee 協(xié)議棧 典型的應(yīng)用程序總是與應(yīng)用層（ APL）和應(yīng)用支持子層（ APS）接口。但是，如果需要的話，也可以簡(jiǎn)單地將應(yīng)用程序與其他模塊接口或者根據(jù)需要對(duì)它們進(jìn)行自定義。 應(yīng)用層（ APL）模塊提供高級(jí)協(xié)議棧管理功能。用戶應(yīng)用程序使用此模塊來(lái)管理協(xié)議棧功能。 APL邏輯，而 APL模塊支持的 API。用戶應(yīng)用程序?qū)? API。 ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ ZDO） 負(fù)責(zé)打 開和處理 EP0接口。 ZDO負(fù)責(zé)接收和處理遠(yuǎn)程設(shè)備的不同請(qǐng)求。不同于其他的端點(diǎn)， EP0總是在啟動(dòng)時(shí)就被打開并假設(shè)綁定到任何發(fā)往 EP0的輸入數(shù)據(jù)幀。 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接。它獨(dú)立處理傳入數(shù)據(jù)請(qǐng)求、關(guān)聯(lián)、解除關(guān)聯(lián)和孤立通知請(qǐng)求。 介質(zhì)訪問(wèn)控制層（ Medium Access Control， MAC）實(shí)現(xiàn)了 IEEE 規(guī)范所要求的功能。 MAC層負(fù)責(zé)同物理（ Physical， PHY）層進(jìn)行交互。為支持不同類型的 RF收發(fā)器， Microchip協(xié)議棧將不同的 PHY交互歸類到不同的文件 中。每個(gè)支持的收發(fā)器都有一個(gè)獨(dú)立的文件。 物理層（ PHY）定義了無(wú)線信道和 MAC子層之間的接口，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)從無(wú)線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。 2． 2． 2 基于 ZigBee 協(xié)議的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 比較通用的傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)是由一個(gè)中央處理器模塊、射頻處理模塊以及天線組南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 成。如 圖 2－ 4所示 。 圖 24 節(jié)點(diǎn) 硬件結(jié)構(gòu) MCU 選用 MICROCHIP 公司的 PIC18LF4620 芯片， PIC4620 單片機(jī) 主要性能 :DC－40MHZ 的時(shí)鐘 輸入， 10MIPS 的執(zhí)行速度， 16 位寬指令， 8位寬數(shù)據(jù)通道， 64K字節(jié) Flash存儲(chǔ)器， 4K 字節(jié)的 EEPROM, SPI 接口在線編程， JTAG 在線調(diào)試接口， 1 個(gè) 8 位定時(shí)器， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器， 10 位 13通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 , 省電 休眠模式，可軟件選擇時(shí)鐘 ，5 個(gè)雙向 I/O 接口， 并行從接口 等 ，寬范圍的工作電壓（ － ）等 。 圖 2－ 5 為傳感器節(jié)點(diǎn)主板電路的 PCB 圖，圖 2－ 6 為主板電路布線圖。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA T i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 N o v 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)論文 \ 自繪圖形 \ Z i g B e e . d d b D r a w n B y :S1S W D P S TR2470R14 . 7 KV C CY14 M h zV C C/ M C L RR34 . 7 KC10 . 1 u FC422pfC322pfO S C 2O S C 1J1P H O N E J A C K+ 9 V60321 N 5 8 1 7 C62 2 u F _ T a n tR9R E S 1C83 . 3 u F _ T a n tC 1 30 . 1 u F1 2J P 4J U M P E R1 23 45 67 89 1011 12J7H E A D E R 6 X 2R D 1R D 3R D 5R D 7R E 1R D 0R D 2R D 4R D 6R E 0V C CR E 2/ M C L RO S C 1O S C 2R C 7R C 6R B 7R B 6R B 5R B 4R B 3R B 2 R C 2R C 1R C 0R A 2R A 1R A 0R C 3R C 4R C 5R A 3R A 4R A 51 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 28J6H E A D E R 1 4 X 2R B 1R B 0V C CC70 . 1 u FC90 . 1 u F1234J3H E A D E R 2 X 2C 1 +2C 1 4C 2 +5C 2 6119/ E N1G N D14V C C15V+3138/ I N V A L I D10F O R C E O N12F O R C E O F F16V7U5M A X 3 2 2 1 C A ER C 6R C 7C 1 10 . 1 u FC 1 00 . 1 u FV C CR41MC 1 40 . 1 u FV C CC 1 20 . 1 u F162738495I S PD B 9V D D11V D D32/ M C L R1R A 02R A 13R A 24R A 35R A 46R A 57R B 033R B 134R B 235R B 336R B 437R B 538R B 639R B 740V S S12V S S31O S C 113R C 015R C 116R C 217R C 318R C 423R C 524R C 625R C 726R D 019R D 120R D 221R D 322R D 427R D 528R D 629R D 730R E 08R E 19R E 210O S C 214U4P I C 1 8 L F 4 6 2 0R E 2R E 1R E 0R D 7R D 6R D 5R D 4R D 3R D 2R D 1R D 0R C 7R C 6R C 5R C 4R C 3R C 2R C 1R C 0O S C 2O S C 1R B 7R B 6R B 5R B 4R B 3R B 2R B 1R B 0R A 5R A 4R A 3R A 2R A 1R A 0/ M C L RV C C1 23 45 67 89 1011 12J2H E A D E R 6 X 2V C CR C 2R B 0R C 5R C 3R B 2 R B 3R B 1R C 4R C 0R C 1123456J5I C D/ M C L RR B 7R B 6V C CR8470R7470R5330R6330S3S W D P S TS2S W D P S TD1LEDD2LED1 2J P 2J U M P E R1 2J P 3J U M P E RR B 4R B 5R A 0R A 1IN1O N / O F F3O U T5NC4COM2U2P O W E R 1123s 1 8 b 2 0C O N 3G N DV C C123D 1 8 B 2 0C O N 3R 1 8 B4 . 7 KV C C 圖 25 節(jié)點(diǎn)主板電路 PCB 圖 基于復(fù)合定位的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次路由協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 圖 26 印刷電路板布線示意圖 無(wú)線收發(fā)處理芯片選擇 CHIPCON 的 CC2420，它的 ZigBee 開發(fā)應(yīng)用的實(shí)例比較多，同時(shí) MICROCHIOP 公司開發(fā)了 ZigBee 開發(fā)平臺(tái)，是 ZigBee 聯(lián)盟的主席成員公司之一。CC2420 的 主要性能特點(diǎn) ： 它是 ChipCon 公司推 出的首款符合 標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于 ZigBee 產(chǎn)品的 RF 器件。它基于 ChipCon 公司的 Smart RF03 技術(shù)，以 工藝制成 只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。 CC2420 的選擇性和敏感性指數(shù)超過(guò)了 標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá) 250kbps， 可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng) 該芯片采用 SPI 通信接口，射頻輸出的功率可調(diào)，具有接收信號(hào)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)器輸出接口，可方便用在基于接收信號(hào)強(qiáng)度的算法 (比如定位 )中信號(hào)強(qiáng)度的獲得。 圖 27 CC2420 典型應(yīng)用電路 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 表 21 PIC18LF 與 CC2420 接口關(guān)系 溫度傳感器選擇 數(shù)字化 DS18b20 溫度傳感器 ，這 是世界上第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器 ，其主要特點(diǎn)有： 只占用一個(gè)端口，屬于一線制芯 片， 無(wú)需外部器件，可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，零待機(jī)功耗，測(cè)溫范圍廣（－ 55℃ ~＋ 125℃），溫度以 9位數(shù)字量讀出，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms， 具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)，符合傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)價(jià)格低廉的要求。 一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 圖 27 所示為節(jié)點(diǎn)中射頻器件 CC2420 電路連線示意圖，表 21 列出了 CC2420 與主板電路的接口連接關(guān)系。 DS18b20P I C 1 8 L F 4 6 2 0R D 0V D D+ 5 VG N D 圖 28 DS18b20 與 PIC18F4620 連線示意圖 圖 28所示為 DS18b20 與 PIC18F4620 連線示意圖 。 基于復(fù)合定位的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次路由協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 圖 2－ 9所示為帶溫度傳感器的節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖樣。 圖 29 節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖 2． 2． 3 節(jié)點(diǎn)間通信的實(shí)現(xiàn) 由于制作的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，本節(jié)通過(guò)對(duì) 五個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行通連實(shí)驗(yàn) 來(lái)驗(yàn)證 節(jié)點(diǎn)間建立數(shù)據(jù)鏈路的 執(zhí)行效果，因?yàn)闆](méi)有為節(jié)點(diǎn)配置超聲波接收裝置， 采用 人工方式為每個(gè)節(jié) 點(diǎn)確定了具體位置。 圖 2－ 10 至圖 2－ 12是部分 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖， 通過(guò)對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以 看出， 節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)鏈咱 的建立 是可行的 。 通信幀各字段代表的意義如表 2－ 2所示： 時(shí)間 延遲 幀長(zhǎng) 度 幀類 型 是否加密 后繼包標(biāo)識(shí) 應(yīng)答 節(jié)點(diǎn) 號(hào) 目的地址句柄 目的地 址 源節(jié)點(diǎn) 句柄 源地址 數(shù)據(jù)類型 信號(hào)接收強(qiáng)度 信號(hào)質(zhì)量 循環(huán)校驗(yàn) T dT Len Type Encr Pnd Ack Seq DstPAN DstAdd SrcPAN SrcAdd Type RSSI LQI FCS . …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. …. 表 22 通信幀字段說(shuō)明 圖 2－ 10（見下頁(yè)） 所示為 各節(jié)點(diǎn)向上傳送節(jié)點(diǎn)信息 過(guò)程 的部分截圖 ， 從圖中可以看出節(jié)點(diǎn)地址為 796F、 4A30 以及 3A58 的孤兒節(jié)點(diǎn)（ Orphan Notification） 在廣播一個(gè)查找上級(jí)節(jié)點(diǎn)信息后（目的地址為 FFFF），地址為 6C18 的節(jié)點(diǎn)向它們分別發(fā)出了響應(yīng)信息，之后，孤兒節(jié)點(diǎn)就與 6C18 節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求建立數(shù)據(jù)鏈路的信號(hào) (Association Request),并報(bào)告自己的節(jié)點(diǎn)信息（如： RFD（簡(jiǎn)化功能設(shè)備）類型，即葉節(jié)點(diǎn)，采用電池供電等），節(jié)點(diǎn) 6C18 繼續(xù)向上傳送尋找更高一級(jí)節(jié)點(diǎn)，直至匯聚節(jié)點(diǎn) (基站