【正文】 STERID 等信息。幀構建好后調用 MAC 層的原語 MCPSDATA. request，并將接收到的結果通過 MCPSDATA. confirm返回。在 ZStack 中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都必須通過應用層調用。應用 層提供的 Flash發(fā)送函數(shù)，其程序如下： void Sampleapp_SendFlashMessage（ uint16 flash Time） {uint8 buffer[3]； buffer[0]=（ uint8）（ SampleAppFlashCounter++）； buffer[1]=LO_UINT16（ flash Time）； buffer[2]=HI_UINT16（ flash Time）； if（ AF_DataRequest（＆ SampleApp_Flash_DstAddr，＆ SampleApp_ epodes //發(fā)送的模式和目的網(wǎng)絡地址 SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID， //串 ID3， //數(shù)據(jù)長度 buffer， //數(shù)據(jù) ＆ SampleApp_TransID， AF_DISCV_ROUTE， AF_DEFAULT_RADIUS） ==afStatus_SUCCESS） //發(fā)送狀態(tài) Else } 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 20 為了接收數(shù)據(jù)，設備必須打開其接收機。上層使用 NLMESYNC. request 原語初始化設備，打開其接收機，該原語將引起網(wǎng)絡層使用 MLMEPOLL. request 原語對其父設備進行輪詢。 ZigBee 協(xié)調器或路由器的網(wǎng)絡層必須在最大程度上保證任何時間接收機總是處于接收狀態(tài)。網(wǎng)絡層使 用 NLDEDATA. indication 原語向其高層表明所接收到的數(shù)據(jù)幀。一旦接收到幀信息，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體將會檢查幀控制域中安全子域的值。如果該值不為零，則網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體將把該幀傳送到安全服務提供單元，并根據(jù)所指定的安全標準對其進行安全處理。接收到 Flash 發(fā)送方式的數(shù)據(jù)后，網(wǎng)絡層會根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)計算小燈閃爍的數(shù)據(jù)間隔 [5]，其源函數(shù)程序如下： void SampleApp_MessageMSGCB（ afIningMSGPacket_t*pkt） {uint16 flash Time； switch（ putclustered） {Case SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID: break； Case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: flash Time=BUILD_UINT16（ put[1]， putcmd. Data[2]）； Halle Blink（ HAL_LED_4， 4， 50，（ flashTime/4））； break； } 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 21 5. 系統(tǒng)流程圖 5． 1 溫度監(jiān)測點軟件設計 溫度監(jiān)測節(jié)點采用 CC2430 芯片 ， 軟件部分采用 IAR Embedded Workbench 平臺開發(fā)完成 ， 主要完成各數(shù)字溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)讀取 ， 以及 ZigBee 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P功能 ， 并能以 RS232 串口方式與 PC 機數(shù)據(jù)交換 。 溫度監(jiān)測節(jié)點上電后首先進行信道掃描 ， 信道設置成與現(xiàn)有的協(xié)調器使用的信道相同 ， 并提供正確的認證信息 ， 然后與數(shù)據(jù)集中器建立連接 。 節(jié)點加址、 ZigBee 網(wǎng)絡地址以 及數(shù)據(jù)集中器規(guī)定的拓撲參數(shù) .然后開始按周期采集本處的溫度值 ， 并將測量值傳送給數(shù)據(jù)集中器 .軟件流程如圖 51 所示 。集中器 ， 具有操作簡單、管理功能強大和運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點 。 系統(tǒng)具有較大的靈活性和擴展性 ， 通過更換傳感器 ， 還可以推廣到其它過程控制參數(shù)監(jiān)測場合 [12]。 圖 51. 溫度監(jiān)測節(jié)點軟件流程 數(shù)據(jù)集中器 ZigBee 模塊軟件流程 按順序完成初始化協(xié)議棧、無線網(wǎng)絡能量檢測、選擇合適的信道和啟動協(xié)調器 .此后即可允許溫度監(jiān)測節(jié)點與其連接 ， 接 收它們傳輸?shù)母鞴?jié)點的溫度值 ， 在人機界面上顯示各溫度監(jiān)測點數(shù)據(jù) ， 并繪制溫度曲線 .同時 ， 將各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫以備查詢 。 數(shù)據(jù)集中器 ZigBee 無線通信模塊設計分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用星形拓撲結構 ， 只涉及單一的 ZigBee 無線網(wǎng)絡 ， 只需要 1 臺網(wǎng)絡協(xié)調器 ， 因此在軟件設計中不需要網(wǎng)絡層 ， 直接將無線數(shù)據(jù)收發(fā)程序建立在 MAC 層上即可 [6]。 數(shù)據(jù)集中器作為 ZigBee 網(wǎng)絡的協(xié)調器 ，開始 數(shù)據(jù)集中器從休眠中醒來 掃描信道主動方式 受到信標幀？ N 監(jiān)聽信標幀選擇父節(jié)點加入網(wǎng)絡 Y 發(fā)送入網(wǎng)請求 受到請求響應？ 成功加入網(wǎng)絡 接收同步數(shù)據(jù) 按周期讀取 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù) Y 未申請的父節(jié)點？ 入網(wǎng) 失敗作為冗余節(jié)點進入休眠模式 N N Y 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 22 在溫度監(jiān)測系統(tǒng)中應先于溫度監(jiān)控節(jié)點工作 。 上電后首先初始化協(xié)議棧 ， 然后進行能量檢測 ， 選擇合適的信道 ， 啟動無線通信模塊建立 ZigBee 網(wǎng)絡 。 此后 ， 即可允許溫度監(jiān)控節(jié)點與其連接 ， 接收它們傳輸?shù)母鞴?jié)點的溫度值 。 其軟件流程如圖 52 所示 。 圖 52 數(shù)據(jù)集中器 ZigBee 模塊軟件流程 圖 溫度測量節(jié)點的功耗估算 溫度測量節(jié)點使用片內集成溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度，可工作的溫度范圍為一40120℃ ，典型靈敏度為 ℃ ，典型工作電流為 300uA。當需要進行溫度采集時，把片內 ADC 的轉換通道設置為片內溫度傳感器并啟動轉換，不用時關閉即可，達到省電目的。此種方法比外接高阻值熱敏電阻溫度傳 感器效果還要好，因為外接的熱敏電阻溫度傳感器，其上電流的消耗是始終都有的 [8]。溫度節(jié)點的電流消耗估算如下 :片內溫度傳感器工作時消耗電流為 300uA。 ADC 工作在分頻后的 4MHZ 時鐘下，消耗的電流為100uA，當配置為 12 位精度時，一次轉換需 256 個周期，轉換時間為 ： Tconv= (256+16) *==68us 開始 數(shù)據(jù)集中器從休眠中醒來 能量檢測，選擇適合的信道 啟動網(wǎng)路 建立連接 有連接請求？ 有數(shù)據(jù)請求？ 接收數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫，并在液晶屏上顯示數(shù)值和繪制曲線 Y Y N N 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 23 所以采樣一次溫度消耗的電能為 : (300uA+900uA)*68us==*10mAH RF 部分工作在接收模式消耗電流為 27mA，工作在發(fā)送模式消耗電流為 。PHY 層數(shù)據(jù)包最大長度為 127 字節(jié)，一次通信過程包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收應答幀，由于一個溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量很小，一次就可發(fā)送完畢，不需要多次發(fā)送。按照 通信速率 千字符 /秒，一次通信的所需的時間為最多為 : 127/62500=2(ms) 一次通信消耗的電能為 : *2ms+27mA*2ms= CC2430 在 MHZ 時鐘下全速運行 ，其內核 (不包括 各 種集成的外圍設備 )消耗電流為6700uA。工作在 PMZ 節(jié)能模式，消耗電流為 。則在一個周期其消耗的電能為 : *9996ms+6700uA*4ms=*105mAH Sleep Timer 工作電流為 ，在 105 基本工作周期內其有效工作時間為 : 10s4ms=9996ms 消耗的電能為 : *9996ms=*106mAH 總計，在一個基本工作周期即 10 秒鐘內，電能的消耗 : E=*108mAH+*105mAH+*l06mAH+*106mAH =*105mAH 一天內的電能消耗為 : 24**105m AH=*104mAH 拿一只 l00mAH 的電池來說，可支持這樣一個節(jié)點工作 : 100mAH/*l04mAH=104116 天 104116 天，這個數(shù)字這遠遠超過電池本身使用壽命。當然，上述計算只是理論上的，考慮到電池漏電、信道訪問沖突時引起的數(shù)據(jù)重發(fā)等因素，實際使用時間會短一些，但也能保證將更換電池的時間控制再可以接受的范圍內。 軟件設計 數(shù)據(jù)集中器是 ZigBee 協(xié)調器，它上電后，首先初始化協(xié)議棧，然后依下圖 a 傳輸。溫度檢測節(jié)點上電后首先進行信道掃描然后依下圖 b 傳輸。軟件流程圖如圖 53 所示。 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 24 圖 a 協(xié)調器流程圖 圖 b 溫度檢測節(jié)點流程圖 圖 53 軟件流程圖 TIMAC 協(xié)議棧提供了 庫文件用以實現(xiàn) MAC 層底層管理據(jù)收發(fā)。還提供了一些 API 函數(shù)來簡化分配、回收信息緩沖區(qū)、發(fā)送信息、信入隊列、出隊列等操作。很多函數(shù)參數(shù)結構體指針，往往有多個成員項。只有熟悉 ZigBee 通信協(xié)議，正確合理的調功能函數(shù)，傳入合適的參數(shù)才能實現(xiàn)相應的功能。軟件的設計就復雜在這一步。些基本功能函數(shù)為依托，構造適合分布式溫度測量系統(tǒng)的上層應用程序代碼即下面一個數(shù)據(jù)結構是 macMcPsDataReq_t 結構體的定義 : Type define strict { Mac Event Harsh dry: /*internal use only*/ SData— t made: /*Data Pointer and length*/ MacTxlntData _t internal。 /*internal use only*/ Misact sec: /*Security Parameters*/ MacDataReq_t Mac。 /*DatarequestParaJeters*/ } Mac Maps Data Red _it。 溫度監(jiān)控軟件模塊 溫度監(jiān)控軟件在 Visual Studio 2020 軟件開發(fā)平臺下利用 C語言開發(fā)完成 ， 包含ZigBee 網(wǎng)絡初始 化、各監(jiān)測點溫度采集與顯示、溫度曲線顯示、系統(tǒng)參數(shù)設置、溫度數(shù)據(jù)存儲和查詢等功能 .溫度監(jiān)控軟件模塊組成如圖 54 所示 .在系統(tǒng)上電后 ， ZigBee 網(wǎng)絡初始化軟件模塊首先開始工作 。 初始化協(xié)議 接受數(shù)據(jù)并轉發(fā) PC 機 能量檢測 串口初始化 啟動網(wǎng)絡 建立連接 發(fā)現(xiàn)協(xié)調器？ 發(fā)送數(shù)據(jù) 讀取數(shù)據(jù) 接收數(shù)據(jù) 建立連接 主動掃描 初始化協(xié)議 有數(shù)據(jù)請求？ 有連接請求？ N Y Y N N 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 25 圖 54 溫度監(jiān)控軟件模塊組成 溫度監(jiān)控軟件 ZIGBEE 網(wǎng) 絡 初 始 化 模 塊 ZIGBEE 通 信 模 塊 溫 度 采 集 與 數(shù) 值 顯 示 模 塊 溫 度 曲 線 顯 示 系 統(tǒng) 參 數(shù) 設 置 模 塊 溫 度 數(shù) 據(jù) 存 儲 和 查 詢 菏澤學院本 科生畢業(yè)設計（論文 ） 26 6． 總結與展望 本文講述了基于 ZigBee 技術的井下長距離無線通訊系統(tǒng)的設計。實驗結果表明，利用 ZigBee 技術來實現(xiàn)井下無線通訊是完全可能的，并成功地實現(xiàn)了井下無線通訊的設 想。在實驗過程中，為了進一步擴大系統(tǒng)的功用，在語音通信的同時，系統(tǒng)增加了采集、傳輸多個傳感器的實測數(shù)據(jù)這一功能。實驗表明，兩者完全可以通信而互不影響。當然，實驗系統(tǒng)還存在有一些不足之處。例如：系統(tǒng)帶網(wǎng)能力還需加大，以便使傳輸距離更一步增大。性能的增強還需進一步研究和更多的實驗測試。 為了順應現(xiàn)代先進制造技術向網(wǎng)絡化、信息化、虛擬化、智能化方向發(fā)展的趨勢，在多項科研項目的支持下，本論文中，概括介紹了 ZigBee 技術的概念、特點、體系結構、國內外技術發(fā)展狀況等相關內容，在此基礎上，引出了目前正逐步走向成熟并備受關注的 ZigBee 技術。全面深入地對 ZigBee 技術做了研究分析，重點對協(xié)議體系結構、ZigBee 技術與其他無線通信技術比較、以及干擾抑制技術進行深入分析，從 ZigBee 技術的同步算法、 ZigBee 無線通信干擾抑制技術等關鍵點上進行突破，并以，結合 CC2430ZigB