【正文】 計流程基本與星型網(wǎng)中相同。需要注意的是 :在入網(wǎng)過程中，父節(jié)點的選定是節(jié)點依據(jù)從所收到的確認信息探測到的能量大小來判定的，終端節(jié)點會選擇能量較多的全功能器件 (FFD)作為其父節(jié)點 。在終端節(jié)點加入某一路由節(jié)點后，終端節(jié)點會發(fā)送一條設(shè)備聲明給協(xié)調(diào)器，表明該節(jié)點己加入?yún)f(xié)調(diào)器所組織的網(wǎng)絡(luò)，盡管可 能不在協(xié)調(diào)器的能量距離之內(nèi) 。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，終端節(jié)點需要將目的節(jié)點地址置為 NULL，表明數(shù)據(jù)是通過路由節(jié)點中繼到協(xié)調(diào)器的。 N Y Y N 開始 收到信息包 MAC 層解析 數(shù)據(jù)信息？ NWK 層解析 目的節(jié)點為自身 ？ NWK 層打包 MAC 層打包 發(fā)送 其他處理 其他處理 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 下面同樣介紹協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點和終端節(jié)點的實現(xiàn)。 (1)協(xié)調(diào)器的實現(xiàn) 簇樹網(wǎng)協(xié)調(diào)器的實現(xiàn)基本與星型網(wǎng)中相同，使用 aplFormNetwork()函數(shù)組織網(wǎng)絡(luò)。有所增加的是，需要增加一個 16bit 網(wǎng)絡(luò)地址分配函數(shù) AddressAssignment (BYTE*ptr,BYTE capinfo)該函數(shù)首先對子節(jié)點類型 進行判斷，再根據(jù)不同類型節(jié)點地址分配方法計算子節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址。 如果終端 節(jié)點通過路由節(jié)點入網(wǎng)，則當協(xié)調(diào)器收到終端節(jié)點發(fā)送的設(shè)備聲明時，協(xié)調(diào)器將此終端節(jié)點加入地址映射表 AddressMap 中，并返回一個確認信息。 同星型網(wǎng)一樣，簇樹網(wǎng)的協(xié)調(diào)器也通過串口向計算機發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)，串口傳輸設(shè)置與星型網(wǎng)相同。根據(jù)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)組成情況在計算機屏幕上的顯示?？梢钥吹?，協(xié)調(diào)器的鄰居列表中有兩個路由節(jié)點，地址分別為 0x0001 和 OxO5A7，轉(zhuǎn)換成十進制后我們發(fā)現(xiàn)，兩節(jié)點地址相差 1446，符合 節(jié)所述。另外，在協(xié)調(diào)器的地址映射表中有五個節(jié)點，除協(xié)調(diào)器本身與兩個一級子路由節(jié)點外，還有兩個節(jié) 點是屬于子路由節(jié)點的終端子節(jié)點，協(xié)調(diào)器通過他們的設(shè)備聲明獲取終端子節(jié)點信息，之后，協(xié)調(diào)器接收終端子節(jié)點通過路由節(jié)點傳遞的數(shù)據(jù)。 (2)路由節(jié)點的實現(xiàn) 簇樹網(wǎng)中路由節(jié)點的實現(xiàn)結(jié)合了協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點在實現(xiàn)上的操作，首先采用aplJoinNetwork()函數(shù)入網(wǎng)，入網(wǎng)后路由節(jié)點將父節(jié)點信息加入鄰居表NeighborEntry 中，之后在 MAC 層的協(xié)議信息庫 (PIB)中存儲已計算好的下一個子路由節(jié)點地址 和下一個子終端節(jié)點地址 dRFD， 為子節(jié)點的加入做好準備。 入網(wǎng)之后，路由節(jié)點等待子節(jié)點的加入，當有子節(jié)點加入時，路由節(jié)點根據(jù)請信息判斷子節(jié)點類型，為其分配已經(jīng)計算好的子節(jié)點地址，同時，計算出再下一個子節(jié)點地址。當子節(jié)點成功入網(wǎng)后，路由節(jié)點將其信息加入鄰居列表 NeighborEntry中，方便以后進行數(shù)據(jù)中繼。 根據(jù)串口觀察到的路由節(jié)點網(wǎng)絡(luò)組成情況。可以看到，該路由節(jié)點就是網(wǎng)絡(luò)地址0x0001 的協(xié)調(diào)器一級子路由節(jié)點，當該節(jié)點入網(wǎng)后，隨即將協(xié)調(diào)器加入鄰居列表，之后，陸續(xù)有子節(jié)點加入。最終，鄰居列表中又增加了一個子路由節(jié)點和一個子終端節(jié)點 。 (3)終端節(jié)點的實現(xiàn) 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 簇樹網(wǎng)終端節(jié)點的入網(wǎng)與星型網(wǎng)相同，采用 aplJoinNetwork()函數(shù)進行入網(wǎng)，當終端節(jié)點加入某一路由節(jié)點后，終端節(jié)點調(diào)用應(yīng)用層 aplSendEndDeviceAnnoun ce(saddr)函數(shù)進行設(shè)備聲明，該函數(shù)將終端節(jié)點的 IEEE 64bit 地址和 16bit 網(wǎng)絡(luò)地址作為數(shù)據(jù)負載打包發(fā)送出去。在發(fā)送時，將發(fā)送參數(shù) cluster 設(shè)為END_DEVICE_ANNOUNCE，協(xié)調(diào)器收到后檢查 cluster 的值確認為設(shè)備聲明，則從數(shù)據(jù)負載中提取長短地址存入地址映射表中，并發(fā)回確認信 息。 簇樹網(wǎng)的終端節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送，大體上與星型網(wǎng)相似，不同之處在于數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)aplSendMSG()函數(shù)，多了一個參數(shù) cluster，此參數(shù)為簇標識，由 于網(wǎng)絡(luò)中不存在簇的自組織，現(xiàn)階段設(shè)其值為默認值 0x02。同時，此參數(shù)還用于判斷特殊類型數(shù)據(jù)包，其值根據(jù)數(shù)據(jù)用途不同而有所改變，如在終端節(jié)點設(shè)備聲明中。此外，在傳輸數(shù)據(jù)中，終端節(jié)點的父節(jié)點若為路由節(jié)點，則需將參數(shù) LADDR UNION *dstADDR 設(shè)為 NULL，以表明數(shù)據(jù)需要路由節(jié)點中繼。 傳 感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊（功能模塊）的設(shè)計 傳感 器的選擇 本設(shè)計采用溫濕度傳感器在常溫室內(nèi)環(huán)境中進行數(shù)據(jù)采集，考慮到傳感器的體積大小、成本、測量精度、靈敏度、穩(wěn)定性等因素，我們選用了數(shù)字溫濕度傳感器STH1x。 表 36 SHT1x 參數(shù)表 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 8 12 12 bit 分辨率 %RH 精度 ? %RH 量程范圍 0 100 %RH 響應(yīng)時間 1/e（ 63%） 緩慢流動空氣 4 s 溫度 12 12 14 bit 分辨率 ℃ 精度 ? ℃ 在 25℃ 量程范圍 40 ℃ 響應(yīng)時間 1/e（ 63%） 5 30 s SHT1x 單芯片傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個 14 位的濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。此外，該傳感器在極為精確的濕度校驗室中進行校準。 校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。其參數(shù)如表 36 所示。 傳感器數(shù)據(jù)采集流程 (1)STH1x 傳感器接口說明 SHTlx 的接口電路，如圖 所示。 SHT1 x 的供電電壓為 。傳感器上電后，要等待 11ms 以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令。 SHT1x 的串行接口，為兩線雙向接口，在傳感器信號的讀取及電源功耗方面，都做了優(yōu)化處理。串行時鐘輸入 (SCK)用于微處理器與 SHT1x 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因 此不存在最小 SCK 頻率。串行數(shù)據(jù) (DATA)三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在 SCK 時鐘高電平時， DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動 DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻 (例如 :10K)將信號提拉至高電平。 圖 SHT1x 接口電路 (2)傳感器數(shù)據(jù)測量 ①數(shù)據(jù)測量初始化 傳感器用一組“啟動傳輸”時序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包?:當 SCK 時鐘高電平 時 DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。 后續(xù)命令包含三個地址位“ 000”和五個命令位。 SHT1 x 會以下述方式表示已正確地接收到指令 :在第 8 個 SCK 時鐘的下降沿之后，將 DATA 下拉為低電平 (ACK 位 )。在第 9 個 SCK 時鐘的下降沿之后，釋放 DATA(恢復(fù)高電平 )。 ②數(shù)據(jù)測量 DATA SCK Vdd UC master SHT1X stave GND 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 本設(shè)計采用的測量分辨率為相對濕度 8bit，溫度 12bit 測量。 發(fā)布一組測量命令(‘00000101’ 表示相對濕度 RH,‘ 0000001139。表示溫度 T)后，控制器要等待測量結(jié)束。 這個過程需要大約 11/55ms，分別對應(yīng) 8/12bit 測量，確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有上下 30%的變化。 SHT1x 通過下拉 DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā) SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)，在需要時再讀出數(shù)據(jù)。 接著傳輸 2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1 個字節(jié)的 CRC 奇偶校驗?？刂破餍枰ㄟ^下拉DATA 為低電平，以確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從最高有效字節(jié) MSB 開始，右值有效 (例如 :對于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個 SCK 時鐘起算作 MSB。而對于 8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義 )。用 CRC 數(shù)據(jù)的確認位，表明通訊結(jié)束。如果不使用 CRC8 校驗，控制器可以在測量值 LSB 后，通過保持確認位 ACK 高電平，來中止通訊。 在測量和通訊結(jié)束后， SHT1x 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。 ③數(shù)據(jù)處理 事實上，由傳感器測量的實際數(shù)據(jù)并不是我們通常的物理量數(shù)據(jù)，因此需要對實際測量的數(shù)據(jù)與真實的物理量之間進行輸出轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式 [28 ]如下 : 相對濕度數(shù)據(jù)處理 : RHRHlin e a r SOcSOccRH ** 321 ??? (32) 其中， RHSO 為實際測量的相對濕度輸出數(shù)據(jù)， 1c =4， 2c =， 3c =* 104。此公式為非線性的，是為了補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù)。同時，由于濕度傳感器受溫度影響很大，需要對濕度傳感器進行溫度修正 : lin e a rRHtr u e RHSOttTRH ???? ? )*(*)25( 21C (33) 其中， C?T 為當前溫度， 1t =， 2t =。 溫度數(shù)據(jù)處理 : TSOddT *21 ?? (34) 其中， TSO 為實際測量的溫度輸出數(shù)據(jù)， 1d =, 2d =。由于溫度傳感器具有極好的線性，因此不需要對其進行非線性補償。 ④數(shù)據(jù)測量程序流程 傳感器數(shù)據(jù)測量主程序主要包括初始化模塊、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)測量模塊和低電壓檢測模塊。同時，主程序還需要根據(jù)數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)和時鐘端口進行屬性的改濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 變。主程序流程如圖 所示。 圖 傳感器數(shù)據(jù)測量主程序流程圖 初始化模塊中主要進行傳感器的通信復(fù)位、傳輸啟動以 及發(fā)送寫入狀態(tài)字的測量命令。如圖 所示，為初始化模塊流程圖。 開始 設(shè)置端口寫屬性 初始化 溫濕度測量 低電壓檢測 設(shè)置端口讀屬性 結(jié)束 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 初始化流程圖 溫濕度傳感器數(shù)據(jù)測量模塊負責(zé)測量溫濕度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理。測量時，先進行溫度測量，再進行相對濕度的測量。首先，發(fā)送測量命令，收到應(yīng)答后等待測量，理論上， 12bit 溫度測量需時 55ms,8bit 相對濕度測量需時 11 ms。之后，會依照先讀取高字節(jié)后讀取低字節(jié)的規(guī)則進行數(shù)據(jù)采集。最后，對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，需要注意的是處理時，相對濕度的溫度補償中需要代入己測 的溫度結(jié)果。流程如圖 所示。 N N Y Y 開始 端口寫屬性，置低電位 通訊復(fù)位 啟動傳輸 傳感器響應(yīng)？ 寫狀態(tài)寄存器 傳感器響應(yīng)？ 結(jié)束 發(fā)送測量命令 異常處理 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 圖 溫濕度測量流程圖 低電壓檢測模塊通過讀取狀態(tài)寄存器的第 6 位判斷電量是否充足，該功能可檢測到電源電壓低于 的狀態(tài)，該位為 1 表示電量不足。 (3)傳感器與 ZigBee 模塊間的數(shù)據(jù)傳輸 傳感器將處理好的數(shù)據(jù)以字符指針的形式傳遞到 ZigBee 模塊，傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)測量對于 ZigBee 模塊來說是完全獨立的。傳感器傳遞的數(shù)據(jù)共有三個 :溫度、濕度Y N Y N 啟動傳輸 發(fā)測量命令 傳感器響應(yīng)？ 等待測 量 讀高字節(jié)數(shù)據(jù) 控制器響應(yīng) 讀低字節(jié)數(shù)據(jù) 控制器響應(yīng) 讀校驗數(shù)據(jù) 測量完畢？ 控制器響應(yīng) 數(shù)據(jù)處理 結(jié)束 異常處理 控制器響應(yīng) 開始 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 以及傳感器低電壓警告數(shù)據(jù)， ZigBee 模塊程序可以改變指針 依次讀取這二個數(shù)據(jù)。 終端節(jié)點低功耗設(shè)計與測試 終端節(jié)點電池的選擇 根據(jù) CC2430 數(shù)據(jù)手冊 [29]，其工作電流接收狀態(tài)為 27mA，發(fā)射狀態(tài)為 25mA。采用標準電源電壓 ， CC2430 在工作時的電流 (不論發(fā)射或者接收狀態(tài) )幾乎均為30mA 左右。因此，我們所需要的節(jié)點電池的帶負載能力應(yīng)該在 30mA 以上，其電性能如表 37 所示。 表 37 ER14250 電性能參數(shù) 電性能 （電池在最高溫度 +30℃存放期 1 年的典型值） ER14250H 的參數(shù) 標稱容量 (在 1mA， +25℃， 終止電壓時的放電容量 ) 1200mAh 開路電壓 最大允許持續(xù)放電電流 25mA 最大脈沖放電能力 100mA 工作溫度范圍 55+85℃ 終端節(jié)點低功耗軟件設(shè)計 (1)節(jié)點工作模式考慮 CC2430 有四種工作模式，分別稱為 PMO， PM1， PM2 和 PM3，每種模式的功耗不同。 PMO 是完全工作模式，而 PM3 是功耗最小的模式。 PM