【正文】 燈，以便視覺反饋。5：可中斷按鈕的反饋?zhàn)饔?。盡管 eZ430RF2500 平臺(tái)中有兩塊一樣的板，但它們在無線傳感器中完全是作為有獨(dú)立特點(diǎn)的獨(dú)立部件存在的。一個(gè)和 USB 接口連接，作為存取點(diǎn)模塊；另一個(gè)和電池板連接，作為中斷發(fā)送模塊?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)195．2．1 存取點(diǎn)（AP）存取點(diǎn)的執(zhí)行的首要任務(wù)是傳遞啟動(dòng)信息到串行通訊端口，然后網(wǎng)絡(luò)存取點(diǎn)會(huì)像網(wǎng)絡(luò)中心一樣對(duì)系統(tǒng)初始化，初始化程序完成后，存取點(diǎn)傳送文件會(huì)顯示成功如下：存取點(diǎn)使用的是 ADC10 內(nèi)部溫度傳感器，初始化成功后，它會(huì)每秒鐘測試一次環(huán)境溫度，以傳送到計(jì)算機(jī)中。另外，存取點(diǎn)還可以不斷的接受新的終端設(shè)備的加入。兩種顏色的 LED 燈顯示了存取點(diǎn)的兩種工作狀態(tài)：紅燈亮表明正在進(jìn)行存取點(diǎn)與電腦之間的數(shù)據(jù)測量的傳送；綠燈亮表明正在進(jìn)行對(duì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)接收。5．2．2 終端設(shè)備（ED） 啟動(dòng)后，終端設(shè)備會(huì)立即尋找對(duì)應(yīng)的存取點(diǎn)來連接，在尋找的時(shí)候，綠色和紅色的 LED 燈都會(huì)發(fā)光。當(dāng)搜尋到一個(gè)存取點(diǎn)時(shí)，終端設(shè)備會(huì)嘗試網(wǎng)絡(luò)連接，紅燈的閃爍則表明這項(xiàng)工作正在進(jìn)行。如果無法連接，則紅燈會(huì)一直閃爍。一旦連接到存取點(diǎn)，所有的燈會(huì)暫時(shí)熄滅，還原為缺省值，然后當(dāng)正常工作時(shí)，綠燈會(huì)一直保持發(fā)光。5．3 操作模式本套設(shè)備為存取點(diǎn)和計(jì)算機(jī)串行通訊接口之間的通信提供了兩種指定的顯示方式，每一種方式又包含兩種操作模式。使用者必須每次操作時(shí)選擇其中的一個(gè)選項(xiàng)，每種模式可以通過輸入不同的字符來區(qū)分，一共有四個(gè)字符（不區(qū)分大小寫）：溫度顯示選項(xiàng) 1：C – 以攝氏溫標(biāo)輸出所有溫度F – 以華氏溫標(biāo)輸出所有溫度數(shù)據(jù)格式顯示選項(xiàng) 2： V – 以擴(kuò)展的冗余模式顯示所有數(shù)據(jù) M – 以最簡模式顯示所有數(shù)據(jù)5．3．1 冗余模式下面是一個(gè)存取點(diǎn)輸出的冗余模式的例子：Node（節(jié)點(diǎn)）： 這是中心的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符，這是每一個(gè)終端設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)后所給定的。Temp（溫度）： 這是節(jié)點(diǎn)測試的溫度，根據(jù)使用者的選擇，它可以顯示為攝氏溫標(biāo)或者華氏溫標(biāo)。Battery（電池）：這是測量的給 MSP430 供電的電池的電壓值。Strength（強(qiáng)度）：這是由 CC2500 射頻測試的接收信號(hào)強(qiáng)度顯示，為了方便讀取，以百分比的形式顯示。RE： 該選項(xiàng)顯示接收數(shù)據(jù)是否通過距離擴(kuò)展器?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)205．3．2 最簡模式下面是一個(gè)存取點(diǎn)輸出的最簡模式的例子：該模式以最簡的方式傳送數(shù)據(jù)以減少頻帶寬度的使用，它最初的目的是分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用觀察器。最簡模式的輸出和冗余模式的輸出包含了同樣的內(nèi)容，順序也相同。數(shù)據(jù)之間以逗號(hào)隔開，以$字符開頭，以字符結(jié)尾。5．4 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件方案研究設(shè)計(jì)針對(duì)以上問題以及系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)了溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件，本章將介紹以 MSP430 單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)，分為溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)兩大部分，結(jié)構(gòu)如圖 5．1 所示，主要包括電源模塊、存儲(chǔ)器模塊、無線傳輸模塊、液晶顯示模塊、傳感器接口、串行通信接口和輸入輸出接口等模塊．圖 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)硬件總體結(jié)構(gòu)圖5．5 傳感器節(jié)點(diǎn)主電路設(shè)計(jì)5．5．1 控制器電路設(shè)計(jì)本次無線傳感器節(jié)點(diǎn)的 MCU 選用 MSP430F2274，為了滿足低功耗的需求。MSP430 單片機(jī)有 3 種系統(tǒng)時(shí)鐘可供選擇，分別為片內(nèi) DCO，外接低速時(shí)鐘 XTI和高速時(shí)鐘 XT2．為了適應(yīng)軟件開發(fā)的需要，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上單片機(jī)的 Rose 腳外接了 100KI)電阻，以提高片內(nèi) DCO 的穩(wěn)定性，同時(shí)在 XTI 和 XT2 分別連接32．768KHz 低速晶體振蕩器和 8MHz 的高速晶體振蕩器。此外，為了能為事件記錄提供準(zhǔn)確的時(shí)間，配置了實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，芯片選用 DSl302，連接到單片機(jī)的 P4．O～P4．2 腳。DSl302 內(nèi)部的 31 個(gè)非易失性存儲(chǔ)器可以保存系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)．在終端節(jié)點(diǎn)上，只需要一個(gè) 32．768KHz 的低速晶振，MSP430F2274 時(shí)鐘模塊應(yīng)用了增強(qiáng)型鎖相環(huán)技術(shù) FU^可以根據(jù)需要產(chǎn)生需要的高速時(shí)鐘．為了適應(yīng)不同應(yīng)用對(duì)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的需要，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)了 2 種擴(kuò)展存基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)21儲(chǔ)器方案，分別為 12C 接口的 EEPROM24LC256 和 SPI 接 13 的 Flash 存儲(chǔ)器M25P80，還可以根據(jù)需要選用引腳兼容的不同容量芯片替換。節(jié)點(diǎn)上 24LC256的地址為 0，在其 12C 總線上配置了 3 個(gè) 10K．Q 的上拉電阻。為了增加設(shè)計(jì)的靈活性，M25P80 沒有和 CC2500 共用個(gè) SPI 接口，而是連接到單片機(jī)的通用I／O 引腳 P6．2～P6．7，由軟件實(shí)現(xiàn) SPI 接口。5．5．2 輸入輸出模塊設(shè)計(jì)溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的輸入輸出模塊提供節(jié)點(diǎn)配置所需的開關(guān)和按鍵功能，單片機(jī)在上電時(shí)。通過 P1．2P1．4 的狀態(tài)選擇工作模式，INC 和 DEC 為按鍵。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上，MCU 有較多的輸入輸出接口，為方便連接各種擴(kuò)展模塊，完成不同的輸入輸出功能，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上提供 2 路模擬量的輸入和 2 路開關(guān)量的輸出。2 路模擬量通過分壓后連接到 MSP430 單片機(jī)的 12 位 A／D 轉(zhuǎn)換器，可以是 4～20mA 的電流信號(hào)，也可以是 O～5V 的電壓信號(hào)。2 路開關(guān)量輸出POP02 通過光偶隔離后驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，如圖 5．2 所示。另外，提供了 4 路按鍵輸入和 4 路 LED 顯示。分別連接單片機(jī)的中斷引腳 PI．4～P1．7 和通用I／O 引腳 P5．4～P5．7．圖 5．2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)輸入輸出接口圖5．6 傳感器節(jié)點(diǎn)電源設(shè)計(jì)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)上共設(shè)計(jì)了兩種電源，一種為電池供電，應(yīng)用在終端節(jié)點(diǎn)上；另一種為 10～30V 直流電源供電，用在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上．5．6．1 終端節(jié)點(diǎn)的可控電源設(shè)計(jì)溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)采用 2 節(jié) AAA 堿性電池供電。采用 TPS60210 作為電源管理芯片，為節(jié)點(diǎn)供電。TPs60210 是一款低功耗的電源管理芯片，當(dāng)輸入電壓降至 1．6V 時(shí)仍可以輸出穩(wěn)定的 3．3V 電壓，具有電池欠壓報(bào)警、供電模式可控等功能，可延長電池使用壽命。電路如圖 3．4 所示，單片機(jī)通過 sNOOzE 引腳控制電源的工作模式，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式時(shí)，只要將該引腳置為低電平，即可使電源進(jìn)入低功耗模式。當(dāng)電池欠壓時(shí)，LBO 引腳會(huì)被拉低，單片機(jī)檢測到以后可以通過網(wǎng)絡(luò)通知管理人員更換電池?；?eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)22圖 5．3 終端節(jié)點(diǎn)電源電路5．6．2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)功耗比較大，不適合用電池供電，所以它采用工業(yè)現(xiàn)場常用的 lO～30v 直流電源。由于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)最終的供電電壓要保持在 3V 左右，為了適應(yīng) 10～30V 的寬電壓輸入范圍，采用開關(guān)電源加線性穩(wěn)壓的方式實(shí)現(xiàn) I)C／DC 轉(zhuǎn)換。開關(guān)電源選用比較成熟的 ID4063 作為電源轉(zhuǎn)換芯片，然后選用BMIll7 完成 3．3V 穩(wěn)壓，其電路如圖 5．4 所示．10～30V 直流電源由 POWER 輸入，通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換后得到 V，開關(guān)電源的輸出電壓的計(jì)算公式為：VⅢ5+=1．25(I+R20／R19)，這里 R20 和 R19 分別選用 3K 和 lK，輸出電壓為5V，然后通過 BMIll7 穩(wěn)壓后。在 V3 3 端得到 3．3V 電源。在電源的輸入端接入了二極管 IN4007，防止電源極性接錯(cuò)，還串聯(lián)了一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲 F1 保證本系統(tǒng)負(fù)載異常變大時(shí)不會(huì)給整個(gè)供電系統(tǒng)造成影響．另外，為提高電源抗干擾能力，輸入端并聯(lián)了一個(gè) TVs 管 P6KFA7A，有效降低了浪涌電壓的影響．圖 5．4 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)電源電路5．7 傳感器節(jié)點(diǎn)通信模塊設(shè)計(jì)5．7．1 無線通信模塊設(shè)計(jì)無線通信模塊主要完成溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。在 IEEE 802．15．4 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，各大無線芯片制造商陸續(xù)推出了支持該標(biāo)準(zhǔn)基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)23的芯片，其中比較典型的有：Freescale 的 MCl3192，Chipcon 的CC2500，ATMEL 的 AT86RF230。這些芯片都具有很高的集成度，外部只需要天線、晶振、去偶電容就可以工作。以上三種芯片的性能相當(dāng)，鑒于 Chipcon 現(xiàn)歸 TI旗下，CC2500 在國內(nèi)應(yīng)用較廣，且供貨充足，本設(shè)計(jì)采用它作為無線收發(fā)模塊的 RF 芯片。CC2500 通過四線制 SPI 接口和 6 條信號(hào)線與控制器連接，完成設(shè)置和收發(fā)數(shù)據(jù)兩方面的工作，如圖 5．5 所示。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，提供 2 種天線方案，一種為偶極子天線，采用 PCB 天線，如圖 3．7 所示．另一種為單極子天線，如圖3．8 所示。這套方案中提供了兩種天線方式，一種為 PCB 天線，另外一種是外接的 50Q 天線，可以根據(jù)需要通過焊接 C18 或 C47 選擇。另外，CC2500 在硬件上集成了 IEEE 802．15． 4 的 MAC 層，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)。在設(shè)計(jì)時(shí)，將無線收發(fā)模和主板分離，方便使用其他替換模塊，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。圖 5．5 CC2500 與 MCU 的連接基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)246 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6．1 存取點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)下面的 C 程序包含了本平臺(tái)的存取點(diǎn)的固件設(shè)計(jì)，該編碼從系統(tǒng)初始化開始執(zhí)行，其中存取點(diǎn)和終端設(shè)備的初始化程序是一樣的。BSP_Init()。if( Flash_Addr[0] == 0xFF amp。amp。Flash_Addr[1] == 0xFF amp。amp。Flash_Addr[2] == 0xFF amp。amp。Flash_Addr[3] == 0xFF ){createRandomAddress()。 // set Random device address at initial startup}[0]=Flash_Addr[0]。[1]=Flash_Addr[1]。[2]=Flash_Addr[2]。[3]=Flash_Addr[3]。SMPL_Ioctl(IOCTL_OBJ_ADDR, IOCTL_ACT_SET, amp。lAddr)。MCU_Init()。//Transmit splash screen and work init notificationTXString( (char*)splash, sizeof splash)。TXString( \r\nInitializing Network...., 26 )。SMPL_Init(sCB)。 // Access Point specific function parameter// work initializedTXString( Done\r\n, 6)。6．2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)6．2．1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件總體設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在無線溫度傳感器子系統(tǒng)中的作用有：組織 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)、管理溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、向網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。其控制軟件的總體結(jié)構(gòu)如圖 6．1 所示，包括 ZigBee 協(xié)議棧、Modbus 服務(wù)、節(jié)點(diǎn)管理基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)25三個(gè)模塊．節(jié)點(diǎn)管理Modbus服務(wù)Zigbee協(xié)議棧有線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)圖 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件框圖系統(tǒng)中 ZigBee 協(xié)議棧采用的是 MpZBeeV3．5，基于它的編程有固定的格式，以下為系統(tǒng)主程序的示意代碼：void main(void){SystemImt( )；／／硬件和系統(tǒng)其他功能的初始化ZigBeelnit( )；／／ZigBee 協(xié)議棧初始化while(1){CLRWDT( )；／／看門狗復(fù)位ZigBeeTasks(amp。currentPrimitive)；／／協(xié)議棧任務(wù)switch(currentPrimitive){ ∥包含應(yīng)用層需要處理的通信原語default：currentPrimitive = NO_PRIMITIVE；break；}ModBusAPP()；／／Modbus 服務(wù)和系統(tǒng)需要完成的其他應(yīng)用程序}}主程序啟動(dòng)后首先完成系統(tǒng)和協(xié)議棧的初始化任務(wù)，之后進(jìn)入無限循環(huán)。在循環(huán)程序中完成協(xié)議棧任務(wù)和系統(tǒng)需要的其他任務(wù)。6．2．2 ZigBee 協(xié)議應(yīng)用對(duì)象設(shè)計(jì)MpZBee 為 ZigBee 應(yīng)用程序提供一個(gè)接口函數(shù) ZigbeeTasks()，處理zigBee 協(xié)議棧的應(yīng)用支持子層到物理層的任務(wù)。在 switch(currentPrimitive)程序段中需要包含 ZigBee 應(yīng)用層代碼，其 ZDO 部分已經(jīng)由協(xié)議棧給出，系統(tǒng)開基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計(jì)26發(fā)需要完成應(yīng)用對(duì)象的設(shè)計(jì)．本系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)只需要利用 ZigB∞協(xié)議棧獲取溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，不需要提供其他額外服務(wù)，所以只要設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用對(duì)象，命名為 EP 溫度端點(diǎn)．另外，需要為這個(gè)應(yīng)用對(duì)象編寫配置文件(Profile)以及節(jié)點(diǎn)的配置和描述信息。溫度端點(diǎn) EP 負(fù)責(zé)接收和處理溫度傳感器終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，Temperature 包括啟動(dòng)服務(wù)