【正文】 // 設(shè)置有效的搜索堆的第一個(gè)空閑塊. return (SUCCESS)。 // 初始化消息隊(duì)列 osalTimerInit()。 //初始化按鍵 zmain_dev_info( )。 //初始化非易失變量 ZMacInit( )。 // 初始化 I/O，LED、 Timer 等 HalDriverInit( )。 // 關(guān)閉所有中斷 HAL_BOARD_INIT( )。Eclipse可以通過擴(kuò)展組件來完善自己的編程環(huán)境。Android開發(fā)環(huán)境的搭建是由JDK(Java Development Kit）、Eclipse和Android SDK組成。該系統(tǒng)是由Google公司和開放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)并開發(fā)的。協(xié)調(diào)器通過USB數(shù)據(jù)線傳送給PC機(jī)。圖 410 關(guān)于窗口由于本設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)Zigbee節(jié)點(diǎn)，所以有終端1和終端2兩個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊。選中關(guān)于就會(huì)彈出一個(gè)窗口。最后，就是刷新部分。系統(tǒng)設(shè)置模塊在窗體的右下側(cè)，包括串口設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、操作提示和刷新操作四部分。40176。終端2同終端1完全相同。終端1和終端2，終端1有兩個(gè)板塊組成，一個(gè)板塊是溫濕度顯示，另一板塊分是氣體質(zhì)量顯示。因此，該上位機(jī)程序是通過編程實(shí)現(xiàn)從電腦串口讀取信息，然后，通過運(yùn)算將接受到的信息進(jìn)行輸出顯示[[] Zhenli ZHANG,Fazhu ZHOU,Yuming Routing AlgorithmBased on Energy Awareness and Energy Balance. Consumer Electronics,Communications and Networks (CECNet) , 2012,17:421426. ]。SDK是編寫應(yīng)用程序的開發(fā)工具包的集合，它是由程序員編寫數(shù)據(jù)包、架構(gòu)包、平臺(tái)包、操作系統(tǒng)包等組成的。除此之外，包含的類包含許多句柄、內(nèi)建控件和組件的封裝類。Developer Studio是一個(gè)和諧的程序編寫環(huán)境。VC不僅僅是C++如圖56所示。這三種任務(wù)事件處理函數(shù)分別是：SAPI_ProcessEvent( )函數(shù)、ZDApp_event_loop( ) 函數(shù)和Hal_ProcessEvent( )函數(shù)[[] [J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2011,03:7173.]。 //進(jìn)入臨界區(qū) tasksEvents[idx] |= events。 //查找待處理的事件 tasksEvents[idx] = 0。) // 死循環(huán) {do {if (tasksEvents[idx]) {break。OSAL任務(wù)包括強(qiáng)制事件(Mandatory Events)，SYS_EVENT_MSG( )是強(qiáng)制事件之一[[] Xiaoqi Zhuang,Lijun Zhang,Min Embedded System of Bridge Stress Monitoring Based on ARM9 and Zigbee. Electrical and Control Engineering,International Conference on , 2014,09:348351.]。首先，對(duì)要處理的目標(biāo)事件是通過創(chuàng)建“YonghuName_ProcessEvent( )“函數(shù)完成OSAL任務(wù)處理事件的創(chuàng)建。我們利用osalInitTasks( )函數(shù)來創(chuàng)建OSAL的任務(wù)，其中TaskID表示為每個(gè)任務(wù)的標(biāo)識(shí)號(hào)。 //SAPI_Init(5)} 操作系統(tǒng)執(zhí)行程序設(shè)計(jì)ZStack中的操作系統(tǒng)是利用事件優(yōu)先級(jí)順序執(zhí)行的輪流查詢、循環(huán)處理的系統(tǒng)。 //nwk_init(1) Hal_Init( taskID++ )。 //分配內(nèi)存，返回指向緩沖區(qū)的指針 tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt)。}在整個(gè)操作系統(tǒng)初始化的過程中，與用戶息息相關(guān)的函數(shù)就是osalInitTasks()函數(shù)，void osalInitTasks( void )主要功能有兩個(gè)：（1）通過調(diào)用osal_mem_alloc( )函數(shù)給各個(gè)任務(wù)分配內(nèi)存空間；（2）給各個(gè)已定義任務(wù)指定唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)。 // 初始化定時(shí)器 osal_pwrmgr_init()。操作系統(tǒng)初始化是由osal_init_system(void)函數(shù)完成的。 操作系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)ZStack的協(xié)議棧操作系統(tǒng)的初始化與系統(tǒng)初始化不是一個(gè)概念。該任務(wù)函數(shù)按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)順序檢查任務(wù)是否準(zhǔn)備好了。 //使能全部中斷 InitBoard( OB_READY )。 // 確定 IEEE 地址 zgInit( )。 // 初始化堆棧 InitBoard( OB_COLD )。圖 53 主控程序流程框圖下面就是與主控程序框圖對(duì)應(yīng)的主控程序代碼，：int main( void ){ osal_int_disable( INTS_ALL )。圖 52 ZStack總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)整個(gè)Zstack協(xié)議棧的主要工作流程：（1）系統(tǒng)初始化，包括系統(tǒng)時(shí)鐘初始準(zhǔn)備、按鍵初始準(zhǔn)備、堆棧初始準(zhǔn)備、檢查芯片電壓是否正常、芯片各硬件模塊初始準(zhǔn)備、非易失變量初始準(zhǔn)備等等。這種軟件構(gòu)架大大地降低了系統(tǒng)對(duì)電能的消耗。第二步，處理事件，若有突發(fā)事件系統(tǒng)就會(huì)被喚醒進(jìn)入中斷處理事件。TI的ZStack裝載在一個(gè)基于IAR開發(fā)環(huán)境的工程里。TI公司的ZStack協(xié)議棧，其主要特點(diǎn)就是其兼容性，完全支持IEEE適用于大多數(shù)微處理器和控制器，用戶可以通過IAR工具的使用節(jié)省工作時(shí)間、提高工作效率。AVR IAR C/C++編譯器是一個(gè)擁有世界級(jí)水平的具備標(biāo)準(zhǔn)C/C++特性的編譯器，用戶可以安裝不同的擴(kuò)展插件使用AVR的不同的功能。對(duì)電腦PC機(jī)的上位機(jī)程序和Android手機(jī)客戶端應(yīng)用程序只是對(duì)其所用的軟件和程序的分布以及使用方法進(jìn)行了簡單的介紹。圖 47 Zigbee終端節(jié)點(diǎn)電路原理圖第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括Zigbee的程序，電腦PC機(jī)的上位機(jī)程序以及Android手機(jī)客戶端應(yīng)用程序。Zigbee的傳感器節(jié)點(diǎn)除了具備最小系統(tǒng)之外，它還承擔(dān)了傳感器數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，所以還多了DTH11溫濕度傳感器和MQ135氣體傳感器。接線方式： （1）VCC：接電源正極（5V）（2）GND：接電源負(fù)極（3）DO：TTL 開關(guān)信號(hào)輸出（4）AO：模擬信號(hào)輸出（懸空）MQ135氣體傳感器模塊是一個(gè)已經(jīng)封裝好的電路，MQ135氣體傳感器模塊連接圖，如圖46所示。DHT11溫濕度傳感器模塊接線說明：（1）VCC：（2）GND：外接GND（3）DATA：接單片機(jī)I/O口DHT11溫濕度傳感器模塊是一個(gè)已經(jīng)封裝好的電路，DHT11溫濕度傳感器模塊引腳連接，如圖45所示。天線設(shè)計(jì)可以使用PCB天線，如倒F天線、螺旋天線等，也可以使用SMA接口的桿狀天線，根據(jù)不同的應(yīng)用來選擇[[] C viafree microstrip balun using metamaterial transmission lines. IEEE Microwave and Wireless Components Letters .,2010 ,11:331335.]。時(shí)鐘電路如圖43所示。圖 41 CC2530最小系統(tǒng)電路圖 各單元電路設(shè)計(jì) 電源電路，輸入端電壓為5V，Vin接一個(gè)電容C1，然后再接地。 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)CC2530的最小系統(tǒng)電路是由主芯片CC25電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和天線電路組成。同時(shí)，還對(duì)主要元器件的基本知識(shí)和用法作了系統(tǒng)的講解。如圖 36所示。 MQ135半導(dǎo)體空氣質(zhì)量傳感器MQ135傳感器使用的氣敏材料是二氧化錫。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器具有質(zhì)量好、響應(yīng)快、抗干擾力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。連接到GND；? RESET_N：數(shù)字輸入復(fù)位，活動(dòng)到低電平；? XOSC_Q1：模擬I/O 32MHz 晶振引腳或外部時(shí)鐘輸入；? XOSC_Q2：模擬I/O 32MHz 晶振引腳2；? RF_N：RF I/O RX 期間負(fù)RF 輸入信號(hào)到LNA；? RF_P：RF I/O RX 期間正RF 輸入信號(hào)到LNA；? P0_0CC2530引腳圖如圖34所示。CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。CC2530單片機(jī)使用單周期訪問SER、DATA、和主SRAM。如圖33所示：圖 33 軟件設(shè)計(jì)圖（1）數(shù)據(jù)采集處理的軟件，主要包括單片機(jī)控制傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的獲取、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、與Zigbee通信等過程；（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?，一是?shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中器通過GPRS與外部服務(wù)器之間的通信等；（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析軟件，主要是實(shí)現(xiàn)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析和存儲(chǔ)、提取等功能；（4）數(shù)據(jù)顯示的軟件主要制作一個(gè)上位機(jī)交互軟件，觀測(cè)者可以通過操作軟件了解空氣污染監(jiān)測(cè)的各種數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及未來的變化趨勢(shì)等。（6）Android手機(jī)端安卓終端是在Android開發(fā)環(huán)境中開發(fā)的一個(gè)手機(jī)應(yīng)用程序。協(xié)調(diào)器管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，也可作為路由器使用，它匯集了整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中傳感器采集的數(shù)據(jù)，并通過USB將這些數(shù)據(jù)傳到電腦上位機(jī)上，它是整個(gè)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定(bindings)。（2）終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)主要任務(wù)是收集各種傳感器采集的信息，、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、溫濕度等，并適當(dāng)?shù)奶幚?、管理和存?chǔ)，最后把這些數(shù)據(jù)按照Zigbee協(xié)議發(fā)給路由器，在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，這些節(jié)點(diǎn)可以作為路由器節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀硬件總體結(jié)構(gòu)如圖32所示。缺點(diǎn)是適應(yīng)性差，不能隨著檢測(cè)目標(biāo)的改變而進(jìn)行變化。由于個(gè)人時(shí)間和精力有限，加上知識(shí)面的局限性，本人重點(diǎn)完成了該系統(tǒng)中的底層（資源層）的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、分析、發(fā)送等功能，主要包括資源層硬件電路搭建以及驅(qū)動(dòng)程序的編寫。中間層：這是管理傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心層。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，本文設(shè)計(jì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀可以分為三層結(jié)構(gòu)：資源層、中間層及應(yīng)用層，如圖31所示。其中，對(duì)系統(tǒng)所使用的各個(gè)元器件進(jìn)行進(jìn)一步的講解。ZDO使用APS層的APSDESAP和網(wǎng)絡(luò)層的NLMESAP實(shí)現(xiàn)這些功能，Zigbee設(shè)備對(duì)象（ZDO）的功能包括：（1）管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行角色設(shè)置；（2）對(duì)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求進(jìn)行初始化設(shè)置；（3）負(fù)責(zé)設(shè)備之間信息傳遞的安全保障。 應(yīng)用程序框架（AF）用戶可以自己設(shè)計(jì)應(yīng)用的對(duì)象，通過設(shè)計(jì)編寫應(yīng)用程序，程序要依據(jù)profile規(guī)范進(jìn)行編寫，然后在Zigbee協(xié)議棧上運(yùn)行。功能如下：（1）網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；（2）網(wǎng)絡(luò)形成；（3）允許設(shè)備連接；（4）路由器初始化；（5）設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；（6）直接將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；（7）斷開網(wǎng)絡(luò)連接；（8）重新復(fù)位設(shè)備；（9）接收機(jī)同步；（10）信息庫維護(hù)。物理層內(nèi)容如下：（1）Zigbee的激活；（2）當(dāng)前信道的能量檢測(cè)；（3）接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息；（4）Zigbee信道接入方式；（5）信道頻率選擇；（6）數(shù)據(jù)傳輸和接收。 Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)Zigbee的體系結(jié)構(gòu)由稱為層的各模塊組成。其主要目標(biāo)有容易安裝、傳輸可靠、成本低極、電池壽命長，通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單、靈活等。(7)實(shí)現(xiàn)成本低：Zigbee模塊成本很低，而且無專利費(fèi)。(5)兼容性：Zigbee技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)可以互相兼容，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用載波偵聽、沖突檢測(cè)()方式進(jìn)行信道接入。(2)數(shù)據(jù)傳輸可靠：為了減少發(fā)送數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，Zigbee的媒體接入控制層(MAC層)采用talk．when．ready的碰撞避免機(jī)制，發(fā)送端不是隨便就會(huì)發(fā)送信息的，只有發(fā)送的數(shù)據(jù)包收到接收方的確認(rèn)信息后才可以發(fā)送。這種規(guī)則大大改善了信息的通訊的有效率，假如無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)終端設(shè)備出現(xiàn)了問題，信息可以自動(dòng)選擇其他路由路徑進(jìn)行工作，這樣的話信息傳輸?shù)目煽啃跃偷靡员Ｕ?。如果中間有一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，就會(huì)造成局部或大面積的系統(tǒng)阻塞。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，連接相同父設(shè)備下的設(shè)備互相稱作兄弟節(jié)點(diǎn)，而有連接相同祖父設(shè)備的設(shè)備互稱作堂兄弟節(jié)點(diǎn)。ChunCheng coverage mechanism for distinct quality of monitoring in wireless mobile sensor networks[J]．Ad Hoc Networks,2014,06:231235.]。一般EndDevice節(jié)點(diǎn)是由電池來供電的，但是為了減少電能的損耗，當(dāng)它不工作的時(shí)候可以通過進(jìn)入休眠狀態(tài)來達(dá)到省電目的。(2)允許在他附近的子節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送請(qǐng)求由自己加入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。 Router(路由器)路由器主要作用有:一是允許其他的設(shè)備加入本網(wǎng)絡(luò)，二是多跳路由可以協(xié)助它自己和終端設(shè)備的正常通訊?？傮w來說Coordinator的主要任務(wù)有以下四個(gè)：（1）。協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定(bindings)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)有且只有一個(gè)Coordinator，除此之外，還有許多Router和一些End_Device共同組成。其特點(diǎn)是傳輸距離近、復(fù)雜度低、具有自組織性