【正文】 率相符的諧振電路．其發(fā)生諧振的條件是電路中感抗 (XL)和容抗 Xc)相等，諧振頻率可簡單的由湯姆遜公式給出： (式 43) 對于一個特定的射頻識別系統(tǒng)，頻率廠是系統(tǒng)設(shè)計時給定的。由式 ，要使天線線圈產(chǎn)生既定的頻率 f， L和 C之間的選擇相互關(guān)聯(lián)．如果天線尺寸過大，其電感 L隨之變大，那么就需要很小的 C。對于頻率為 MHz的射頻識別系統(tǒng)，一旦天線電感超過了 5μH，將給天線匹配適當(dāng)大小的 C帶來困難。 ③ 天線的性能和品質(zhì)因數(shù) Q密不可分。 Q一方 面是衡量能量傳輸效率的物理量，另一方面也是衡量頻率選擇性的物理量．一般而言，品質(zhì)因數(shù)較高意味著能量損失較少．對于并聯(lián)諧振電路， Q可由式 (式 ) 給出： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 63 頁 (式 44) 其中 其中： fR為諧振頻率； LANT為天線電感； RANT為天線電阻。從能量作用距離角度分析，當(dāng)然希望 Q值越大越好，這樣有利于提高最大工作距離；然而品質(zhì)因數(shù) Q和信號傳輸帶寬相關(guān)，且?guī)?Baw與品質(zhì)因數(shù) Q成反比： (式 45) 根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率和所使用的編碼、調(diào)制方式，可計算出所需要的大致帶寬BBw。國際標(biāo)準(zhǔn) IS014443規(guī)定的近耦合 IC卡系統(tǒng)使用的 ASK調(diào)制方式，式 驗法則可用以計算 ASK調(diào)制系統(tǒng)的帶劃 [6]： 錯誤 !未找到引用源。 =1 （式 46） 其中 T為載波系統(tǒng)在調(diào)制時的接通時間， T= 可以算出要求的 Q 為： 所以，為讀寫器天線選擇合適的品質(zhì)因數(shù)很重要。為確保數(shù)據(jù)正確傳輸， Q既不能過大 (使信號帶寬過窄 )，也不宜太小 (影響標(biāo)簽的能量供應(yīng) )。由于元件的容差和溫度的影響 ， Q值一般應(yīng)該為 35[29]。通常需要增加一個電阻 R盯，使得天線的品質(zhì)因數(shù) Q降低到要求值。 (2) 天線線圈的設(shè)計 線圈的等效電路如下圖 。 其中， L=La+Lb為線圈總電感， R=2RCoil為線圈總電阻。 (3)線圈電感的估算： 天線線圈的電感可由阻抗分析儀測量得到。若沒有分析儀，可采用公式估算的方法得到近似的電感值。天線電感的估算公式如下： (式 47) 其中， La+b=L=La+Lb為線圈電感，為線圈一圈的長度， D為導(dǎo)線寬度， N為線圈匝數(shù)， Q為形狀系數(shù)：圓形線圈 Q=，矩形線圈 Q=。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 63 頁 圖 線圈等效電路圖 (4) 線圈電阻的估算： 系統(tǒng)的工作頻率是 ，在這個頻率范圍內(nèi)不能用 DC電阻 RDC：來描述天線線圈的電阻。集膚效應(yīng) (skin effect)不能忽略。在沒有阻抗分析儀的情況下，首次天線調(diào)諧的估算可以用下面的公式： RANT=5RDC (式 48) 從公式 ，增加線圈的匝數(shù) N可增大線圈的磁通量密度 B，延長線圈的有效工作距離，而天線線圈電感 L與線圈匝數(shù) N的 ，增加匝數(shù)N會使線圈的電感 L增大，如前所述，大的線圈電感不僅不利于 C的匹配，而且會在高頻范圍內(nèi)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，如大的反射功率等 【 32】 。所以必須在線圈能提供足夠大的磁通量密度情況下保證線圈匝數(shù) N盡可能的小。綜合以上考慮以及設(shè)計手冊，天線線圈 La、 Lb匝數(shù)均設(shè)計為 2圈。 為了制作出電感較小的天線線圈，采用在 PCB板上用導(dǎo)線繞制成矩形線圈的方式制作天線線圈。環(huán)繞的導(dǎo)線線寬為 lmm,矩形長寬分別為 42mm X 40mm。根據(jù)公式估算得： La+b≈。本文所采用的天線原理圖如圖 。 PCB圖如圖 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 63 頁 圖 天線原理圖 圖 天線 PCB圖 6 軟件設(shè)計 本章主要內(nèi)容： ZigBee 軟件開發(fā)平臺的介紹， TI ZStack 協(xié)議棧的介紹，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組建以及用戶應(yīng)用程序設(shè)計。 ZigBee 軟件開發(fā)平臺介紹 本設(shè)計使用的軟件開發(fā)平臺 IAR Embedded Workbench（簡稱 EW）。 EW 是一套用于對匯編、 C 或 C++編寫的嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行編譯和調(diào)試的開發(fā)工具。EW 是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng) 用編程開發(fā)工具。該集成開發(fā)環(huán)境包桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 63 頁 含 IAR 的 C/C++編譯器，匯編器，連接器，文件管理器，文本編輯器，工程管理器和 CSPY 調(diào)試器。通過內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器， EW 可以為 8051系列芯片生成非常高效和可靠的 FLASH/PROMable 代碼。 EW 和各種仿真器、調(diào)試器緊密結(jié)合，使用戶在開發(fā)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。 IAR Embedded Workbench 集成編譯器的主要特征： ? 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 ? 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 ? 高效浮點支持 ? 內(nèi)存模式選擇 ? 工程中相對路徑支持 本設(shè)計使用的 IAR Embedded Workbench 版本為 EW8051EV730B。 TI ZStack 協(xié)議棧介紹 本設(shè)計使用的 ZigBee 協(xié)議棧是 TI 提供的 ZStack 協(xié)議棧。 TI 的 ZStack 協(xié)議棧是基于一個輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的協(xié)議。 ZStack 的 main 函數(shù)在 中，總體上來說，它一共做了兩件事，一是系統(tǒng)初始化，即由啟動代碼來初始化硬件系統(tǒng) 和軟件架構(gòu)需要的各個模塊，另一個就是開始執(zhí)行操作系統(tǒng)實體。如圖 所示。 開始 系統(tǒng)初始化 執(zhí)行操作系統(tǒng) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 63 頁 圖 協(xié)議棧主要流程 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)啟動代碼需要完成初始化硬件平臺和協(xié)議棧架構(gòu)所需的各個模塊的任務(wù)，同時為操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好準(zhǔn)備工作，主要分為初始化系統(tǒng)時鐘、檢測芯片工作電壓、初始化堆棧、初始化各個硬件模塊、初始化 FLASH 存儲、形成芯片MAC 地址、初始化非易失變量、初始化 MAC 層協(xié)議、初始化應(yīng)用幀層協(xié)議、初始化操作系統(tǒng)等十多部分，其具體流程圖和對應(yīng)的函數(shù)如圖 所示。 操作系統(tǒng)的執(zhí)行 啟動代碼為操作系統(tǒng)的執(zhí)行做好準(zhǔn)備工作后，就開始執(zhí)行操作系統(tǒng)入口程序，并由此徹底將控制權(quán)移交給操作系統(tǒng)，完成新老更替，自己則光榮地推出舞臺。 其實，操作系統(tǒng)實體只有一行代碼： osal_start_system()。 // No Return from here 這個函數(shù)就是輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的主體部分，它所作的就是不斷地查詢每個任務(wù)中是否有事件發(fā)生，如果發(fā)生，就執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)，如果沒有發(fā)生，就查詢下一個任務(wù)，如此不斷反復(fù)查詢下去。 函數(shù)的主體部分代碼見程序清單 。 void osal_start_system( void ) { for(。) // Forever Loop { do { if (tasksEvents[idx]) // Task is highest priority that is ready. { break。 } } while (++idx tasksCnt)。 //得到了待處理的具有最高優(yōu)先級的任務(wù)索引號 idx if (idx tasksCnt) //確認(rèn)本次有任務(wù)需要處理 { uint16 events。 halIntState_t intState。 //進(jìn)入 /退出臨界區(qū)，來提取出需要處理的任務(wù)中的事件 HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 27 頁 共 63 頁 events = tasksEvents[idx]。 tasksEvents[idx] = 0。 // Clear the Events for this task. HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState)。 events = (tasksArr[idx])( idx, events )。 //通過指針調(diào)用來執(zhí)行對應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù) //進(jìn)入 /退出臨界區(qū)，保存尚未處理的事件 HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState)。 tasksEvents[idx] |= events。 // Add back unprocessed events to the current task. HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState)。 } //本次事件處理函數(shù)執(zhí)行完，繼續(xù)下一個循環(huán) } } 操作系統(tǒng)專門分配了存放所有任務(wù)事件的 tasksEvents[ ]這樣一個數(shù)組，沒一個單元對應(yīng)存放著每一個任務(wù)的所有事件。在這個函數(shù)中，首先通過一個do—while 循環(huán)來遍歷 tasksEvents[ ]，找到第一個具有事件的任務(wù)（即具有待處理事件的優(yōu)先級最高的任務(wù)，因為序號低的優(yōu)先級高），然后跳出循環(huán)，此時，就得到了有事件待處理的具有最高優(yōu)先級 的任務(wù)的序號 idx，然后通過 events = tasksEvents[idx] 語句，將這個當(dāng)前具有最高優(yōu)先級的任務(wù)的事件取出，接著就調(diào)用 (tasksArr[idx])(idx, event)函數(shù)來執(zhí)行具體的處理函數(shù)了。 tasksArr[ ]是一個函數(shù)指針的數(shù)組，根據(jù)不同的 idx 就可以執(zhí)行不同的函數(shù)。 TI 的 ZStack 中給出了幾個例子來演示 ZStack 協(xié)議棧，每個例子對應(yīng)一個項目。對于沒一個項目來說，大部分代碼都是相同，只是在用戶應(yīng)用層添加了不同的任務(wù)及事件處理函數(shù)。本設(shè)計程序是在 SimpleApp 項目基礎(chǔ)上修改完成的。下面說明 SimpleApp 項目中的任務(wù)在 ZStack 中是如何安排的。 項目 SimpleApp 中的 tasksArr 函數(shù)數(shù)組代碼見程序清單 。 程序清單 ： const pTaskEventHandlerFn tasksArr[ ] = { macEventLoop, // MAC 層任務(wù)處理函數(shù) nwk_event_loop, // 網(wǎng)絡(luò)層任務(wù)處理函數(shù) Hal_ProcessEvent, // 板硬件抽象層任務(wù)處理函數(shù) if defined( MT_TASK ) MT_ProcessEvent, // 調(diào)試任務(wù)處理函數(shù)，可選 endif APS_event_loop, // 應(yīng)用層任務(wù)處理函數(shù)，用戶不用改 ZDApp_event_loop, // ZigBee 設(shè)備應(yīng)用層任務(wù)處理函數(shù)，用戶可以根據(jù)需要更改 SAPI_ProcessEvent // 用戶任務(wù)處理函數(shù) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 28 頁 共 63 頁 }。 如果不算調(diào)試任務(wù)，操作系統(tǒng)一共要處理 6 項任務(wù)，分別為 MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層、板硬件抽象層，應(yīng)用層、 ZigBee 設(shè)備應(yīng)用層以及可完全由用戶處理的應(yīng)用層，其優(yōu)先級有高到低 ，即 MAC 層具有最高優(yōu)先級，用戶層具有最低優(yōu)先級。 ZStack 已經(jīng)寫好了對從 MAC 層（ macEventLoop）到 ZigBee 設(shè)備應(yīng)用層（ ZDApp_event_loop）這五層任務(wù)的事件的處理函數(shù)，一般情況下無需修改這些函數(shù)，知需按照自己的需求編寫應(yīng)用層的任務(wù)及事件處理函數(shù)即可。 ZStack 協(xié)議棧架構(gòu)及操作系統(tǒng)實體如圖 所示。 一般情況下，用戶只需額外添加三個文件就可以完成一個項目，一個是主文件，存放具體的任務(wù)事件處理函數(shù)（本設(shè)計的為 SAPI_ProcessEvent），一個是這個主文件的頭文 件，另外一個是操作系統(tǒng)接口文件，是專門存放任務(wù)處理函數(shù)tasksArr[ ]的文件。對于本設(shè)計來說，主文件是 （傳感監(jiān)測模塊節(jié)點和遙控模塊節(jié)點）或 （控制協(xié)調(diào)中心模塊節(jié)點），頭就是先了絕大部分代碼公用，用戶只需添加這幾個文件，編寫自己的任務(wù)處理函，文 件 ，操作系統(tǒng)接口文件為 。通過這種方式， ZStack 數(shù)就可以了，無需改動 ZStack 核心代碼，大大增加了項目的通用性和易移植性。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（