【正文】 問無線信道并產(chǎn)生同步信號和網(wǎng)絡(luò)信號。物理層的功能是定義了MAC層與物理層的接口，定義了物理無線信道的信道頻率、信道接入方式和信道能量監(jiān)測。每層為上一層提供服務(wù)：管理實(shí)體提供其他全部所有服務(wù)，數(shù)據(jù)實(shí)體只提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。通過服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)每一層為上一層提供服務(wù)，相應(yīng)的功能是通過SPA提供的原語實(shí)現(xiàn)的。 IAR開發(fā)環(huán)境介紹本系統(tǒng)設(shè)計選擇了IAR Embedded Workbench作為軟件開發(fā)平臺，其界面友好，調(diào)試功能強(qiáng)大得到了廣泛應(yīng)用。IAR Embedded Workbench為開發(fā)不同的目標(biāo)處理器的項目提供了強(qiáng)有力的集成開發(fā)工具。該集成開發(fā)環(huán)境中IAR的C/C++編輯器，匯編工具，鏈接器，庫管理器，文件編輯器，工程管理器和CSPY調(diào)試器。通過其內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器，IAR Embedded Workbench可以為8051系列芯片生成非常高效和可靠的FLASH/PROMable代碼。不僅有這些過硬的技術(shù)，IAR Systems還能提供專業(yè)的全球技術(shù)支持[32]。IAR EW適用于開發(fā)基于8位、16位以及32位微處理器的嵌入式系統(tǒng)，其集成開發(fā)環(huán)境具有統(tǒng)一界面，為用戶提供了一個易學(xué)和具有最大代碼繼承能力的開發(fā)平臺，以及對各種特殊目標(biāo)的支持。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，效果越明顯；與其他的工具開發(fā)商相比，系統(tǒng)提示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)代碼的質(zhì)量是至關(guān)重要的。IAR Embedded workbench生成的可執(zhí)行代碼可以運(yùn)行于更小尺寸、更低成本的微處理之上，從而降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本。IAR Embedded workbench集成的編譯器的主要產(chǎn)品特征有：(1) 高效的PROMable代碼。(2) 完全標(biāo)準(zhǔn)C兼容。(3) 內(nèi)建對芯片的程序速度和大小優(yōu)化器。(4) 目標(biāo)特性擴(kuò)充。(5) 版本控制和擴(kuò)展工具支持良好。(6) 便捷的中斷處理和模擬。(7) 瓶頸性能分析。(8) 高效浮點(diǎn)支持。(9) 內(nèi)存模式選擇。用IAR EW進(jìn)行開發(fā)的典型步驟如下：第一步：配置開發(fā)環(huán)境，選擇芯片類型、程序堆棧大小、仿真器類型等；第二步：編輯并編譯源文件；第三步：連接目標(biāo)文件，包含調(diào)試選項；第四步：調(diào)試程序，若發(fā)現(xiàn)錯誤，返回第二步，修改文件后繼續(xù)進(jìn)行；第五步：調(diào)試通過后，去掉調(diào)試選項，重新連接；第六步：生成程序代碼，下載到Soc片上系統(tǒng)中。 傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計本系統(tǒng)中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作流程是先進(jìn)行初始化工作，包括初始化操作系統(tǒng)、應(yīng)用幀層協(xié)議、MAC層協(xié)議、非易失變量、FLASH存儲、各個硬件模塊、堆棧、系統(tǒng)時鐘等十余項，形成芯片MAC地址，監(jiān)測芯片電壓。初始化完成后，傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號請求加入網(wǎng)絡(luò)，這里采用父節(jié)點(diǎn)直接方式加入網(wǎng)絡(luò)，具體在前面做過介紹，如果傳感器節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)成功，傳感器節(jié)點(diǎn)開始對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后向匯聚節(jié)點(diǎn)即協(xié)調(diào)器發(fā)送采集數(shù)據(jù)，發(fā)送成功之后返回到信息采集階段，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，周而復(fù)始不斷采集數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)[29]。以下是程序設(shè)計的主要實(shí)現(xiàn)過程，以溫度作為監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)。終端節(jié)點(diǎn)的主要功能：加入到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)中去，能夠讀取采集數(shù)據(jù)信息，將其發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，能夠接收來自中心節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)和命令。終端節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行初始化，包括處理器、開發(fā)板、協(xié)議棧、中斷、串口、指示燈以及其他一些外設(shè)。其次發(fā)送連接網(wǎng)絡(luò)信號，試圖加入網(wǎng)絡(luò)，如果加入網(wǎng)絡(luò)失敗將繼續(xù)嘗試若干次。成功加入網(wǎng)絡(luò)之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送，如果發(fā)送失敗繼續(xù)嘗試，直到發(fā)送成功為止。在CC2430上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化工作，包括協(xié)議棧初始化、串口初始化、定時器初始化、硬件初始化、變量初始化、AD初始化等。圖42終端傳感器節(jié)點(diǎn)流程圖Fig 42 Frame format of terminal nodevoid SAPI_Init( byte task_id )。 //任務(wù)初始化函數(shù)void HalAdcInit ( void )。 //AD初始化HAL_BOARD_INIT()。 //硬件初始化zmain_ram_init()。 //協(xié)議棧初始化InitBoard( OB_COLD )。 //I/O串口初始化無線數(shù)據(jù)的發(fā)送：void zb_SendDataRequest ( uint16 destination, uint16 mandId, uint8 len,uint8 *pData, uint8 handle, uint8 txOptions, uint8 radius )。 //發(fā)送函數(shù)afStatus_t AF_DataRequest( afAddrType_t *dstAddr, endPointDesc_t *srcEP,uint16 cID, uint16 len, uint8 *buf, uint8 *transID,uint8 options, uint8 radius )。 //發(fā)送數(shù)據(jù)部分函數(shù)在該程序中，首先進(jìn)行初始化，關(guān)閉接收機(jī)，并定義發(fā)送數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)，在不超過最大字節(jié)數(shù)的前提下，將采集到的溫度傳至幀格式的數(shù)據(jù)載荷中存儲，之后進(jìn)行發(fā)送。無線數(shù)據(jù)的接收：void zb_ReceiveDataIndication( uint16 source, uint16 mand, uint16 len, uint8 *pData)。 //接收函數(shù)在該程序中，首先進(jìn)行初始化，打開接收機(jī)，當(dāng)上一個數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功讀取完畢，之后進(jìn)行接收。uint8 myApp_ReadTemperature( void )。//溫度采集在該程序中，首先對溫度傳感器ADC進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行溫度采集并取平均值。 匯聚節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計本系統(tǒng)中匯聚節(jié)點(diǎn)即協(xié)調(diào)器的工作流程情況為先是進(jìn)行初始化，具體情況與傳感器節(jié)點(diǎn)類似。然后組建網(wǎng)絡(luò)，組建網(wǎng)絡(luò)過程在上文已經(jīng)做過詳細(xì)的介紹，組網(wǎng)成功之后匯聚節(jié)點(diǎn)等待傳感器節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，當(dāng)收到傳感器節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)時，匯聚節(jié)點(diǎn)通過ZigBee無線通信技術(shù)接收數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一定處理后通過串口發(fā)送給PC機(jī)然后向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信息，發(fā)送完畢返回到之前的等待信息狀態(tài)，依次循環(huán)下去[33]。協(xié)調(diào)器的主要功能：組建網(wǎng)絡(luò)，接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，串口發(fā)送數(shù)據(jù)至PC機(jī)并進(jìn)行顯示。程序流程圖[34]如圖43所示。初始化包括處理器、開發(fā)板、協(xié)議棧、中斷、串口、指示燈以及其他一些外設(shè)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)首先進(jìn)行初始化，然后初始化一個網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的具體形成見上一小節(jié)，如果網(wǎng)絡(luò)初始化成功，可以在液晶屏上看到網(wǎng)絡(luò)初始化的一些信息。如協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的物理地址、已建立網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號和頻道號等。之后等待來自終端的采集數(shù)據(jù)信息，將其通過串口發(fā)送至PC機(jī)進(jìn)行顯示，同時，其所有信息都可以在液晶屏上進(jìn)行顯示。初始化函數(shù)和無線數(shù)據(jù)的收發(fā)與終端節(jié)點(diǎn)類似，這里就不再重述。僅在接收部分加入了與計算機(jī)串口通信程序，這一部分將在下一章進(jìn)行簡單介紹。圖43匯聚節(jié)點(diǎn)流程圖Fig 43 sink frame formatvoid debug_str( (uint8 *)buf )。 //將采集到的溫度值發(fā)送至串口首先進(jìn)行串口初始化，將采集到的溫度信息通過串口發(fā)送字符串函數(shù)傳至計算機(jī)，并在每次傳完溫度后將采集到的溫度顯示在串口調(diào)試助手界面上。void HalLcdWriteString ( char *str, uint8 option)。 //在LCD上顯示行void HalLcdWriteScreen( char *line1, char *line2 )。 //在LCD上顯示所有的行通過液晶顯示程序?qū)⒁恍┏跏蓟畔⒓安杉降臄?shù)據(jù)信息顯示到開發(fā)母版上的LCD上面，能夠?qū)崟r對程序進(jìn)行跟蹤，為程序設(shè)計的完成有很大的幫助。5 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析 測試方案本測試方案利用一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、一個終端節(jié)點(diǎn)虛擬一個實(shí)驗(yàn)平臺，首先在平臺上進(jìn)行硬件測試，然后利用數(shù)字溫度傳感器和ZigBee芯片搭建溫度采集系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和顯示測試，在PC機(jī)上運(yùn)行的IAR開發(fā)環(huán)境可以實(shí)時顯示采集的數(shù)據(jù)[36]，從中可以看出，所設(shè)計的節(jié)點(diǎn)能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的，完成對空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的整體要求。 硬件測試硬件測試主要側(cè)重于檢查線路板有無斷路或短路的地方，使用的芯片及元器件有無問題。然后對各個主要部分分別進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)中的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正。但通常是先排除明顯的硬件故障之后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試。硬件調(diào)試的大概步驟如下[35]：1) 在系統(tǒng)加電之前，先用萬用表等工具，測試一下電源和地是否短路，然后根據(jù)硬件接線圖仔細(xì)檢查線路的正確性，元器件封裝的正確性，元件安裝是否符合要求。2) 在系統(tǒng)加電后，檢查電源芯片輸出的電壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，然后逐個檢查各個插件上引腳的電平是否正常。經(jīng)過這兩步完成硬件的調(diào)試工作。 溫度采集及串口顯示測試選取實(shí)驗(yàn)平臺中的一個終端節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行溫度采集及串口顯示測試。終端節(jié)點(diǎn)上附加數(shù)字溫度傳感器DHT90,并將終端節(jié)點(diǎn)通過串口線與PC相連，編寫不用組網(wǎng)通信的簡單程序測試溫度采集與串口顯示功能。 數(shù)據(jù)通信測試采用2塊ZigBee模塊來組建個簡單的網(wǎng)絡(luò)，其中一個作為匯聚節(jié)點(diǎn)，另一個作為ZigBee終端節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)采集終端我們采用的是美國DALLAS公司生產(chǎn)的DHT90可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器,數(shù)據(jù)采集終端直接連接到ZigBee開發(fā)母版，同時ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)之間用串口線相連。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)信息通過無線的方式將數(shù)據(jù)傳送到ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過RS232串口傳送給PC機(jī)參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[2] [J].科學(xué)時報,1999(3) 23.[3] 周中平,趙壽堂,[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003[4] 參見《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50325—2001.[5] [J].邯鄲醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)報, 2005, 18.[6] 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