【正文】 . . 參考文獻(xiàn) [1] 高守瑋，吳燦陽等 .ZigBee 技術(shù)實(shí)踐教程 [M]. 北京：航空航天大學(xué)出版社， 2021. [2] 周武斌 .Zigbee 無線組網(wǎng)技術(shù)的研究 [D]. 長沙：中南大學(xué) .2021. [3] CC2530:A True System－ on － Chip solution for 2． 4GHZ IEEE 802． 15． 4 ／ ZigBee [4] 李新 .基于 CC2530 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計 [M].PLCamp。 CC2530 和 DS18B20 組成的測溫節(jié)點(diǎn)更是靈活小巧，可以使用在很多場合，而不會對環(huán)境造成影響。所讀取的溫度值大體上符合當(dāng)前溫度值。 //合并溫度值 } . . 6 運(yùn)行結(jié)果 將終端節(jié)點(diǎn)通過 USB 線和電腦相連，并打開串口調(diào)試助手，可以看見如圖 61 所示畫面，終端節(jié)點(diǎn)通過 USB 線和電腦通訊，并在串口調(diào)試助手里面打印，我們就可以讀取終端節(jié)點(diǎn)的溫度。 V1 = Ds18b20Read()。 Ds18b20Write(0x44)。//延時 15us } return Value。//數(shù)據(jù)線拉高 Ds18b20Delay(3)。 Ds18b20OutputInitial()。 Ds18b20Delay(10)。 } } 從 DS18B20 中讀取一個字節(jié) ： uchar Ds18b20Read(void)// 讀取溫度數(shù)據(jù) { uchar Value = 0x00。 //數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(50)。//數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(6)。 for(i=0。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 2, T, amp。//溫度 T[0]=temp/10+48。 if ( AF_DataRequest( amp。終端傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集溫度信息，并將這些信息經(jīng)路由轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。 case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: flashTime = BUILD_UINT16(pkt[1], pkt[2] )。 //提示接收到數(shù)據(jù) HalUARTWrite(0,amp。這部分的軟件實(shí)現(xiàn)主要有設(shè)備的初始化、協(xié)調(diào)器建網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)信息的收發(fā)和處理等，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的工作流程如圖 55所示。同時它還可以將測溫結(jié)果轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號送與 PC 機(jī)，使得調(diào)試變得更容易方便。 Zink 一般是由 RFD 集成溫度傳感器來充當(dāng)?shù)摹?協(xié)調(diào)器要完成的任務(wù)有很多 ， 不僅要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建 ， 還要接收和處理 Zink 采集來的溫度數(shù)據(jù) ， 與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行串口通信 ， 還要根據(jù)用戶. . 的需要通過監(jiān)控主機(jī)向 Zink 發(fā)送采集溫度的參數(shù)等 。 CC2530 只需要很少的外界原件就可以運(yùn)行了。 系 統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件部分主要包括一個 FFD 充當(dāng)協(xié)調(diào)器，一個 Zink 充當(dāng)終端設(shè)備。 FFD 通過串口與PC 機(jī)連接， Zink 被布置在環(huán)境監(jiān)測區(qū)域，通過其上的溫度傳感器 DS18B20 來監(jiān)測環(huán)境的溫度，最后通過天線以無線的方式將監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給 FFD，由于 FFD 和 PC 機(jī)連接，這時 PC 機(jī)上可以顯示出溫度的監(jiān)測結(jié)果。 至此，相關(guān)開發(fā)軟件和仿真器驅(qū)動都安裝好了。下載完畢后再運(yùn)行程序就可以了。 相關(guān)軟件和驅(qū)動安裝 安裝 IAR ：打開安裝文件，選擇 IAR安裝，官方推薦默認(rèn)安裝在系統(tǒng)盤。 . . 圖 32 DS18B20 引腳封裝圖 表 32 DS18B20 引腳定義 引腳 定義 GND 電源負(fù)極 DQ 信號輸入輸出 VDD 電源正極 NC 空 . . 4 開發(fā)環(huán)境快速建立 記得以前我們學(xué)習(xí) 51 單片機(jī)的時候相信用得最多的是 KEIL 了，類似，這里我們使用IAR ， IAR 開發(fā)最大優(yōu)勢就是能夠直 接使用 TI 公司提供的協(xié)議棧 ZStack 進(jìn)行開發(fā)，我們只需要調(diào)用 API 接口函數(shù)。負(fù)壓特性。測溫范圍 55℃ +125℃，在 10℃ +85℃時精度為 +℃。 DS18B20 溫度傳感器特性 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ，再寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。在結(jié)合了 T1/Chipcon業(yè)界領(lǐng)先的 Zigbee協(xié)議棧之后， CC2530被認(rèn)為是市面上最具競爭力的 Zigbee解決方案。同時， 支持新 RemoTI的 ZigBee RF4CE ，這是業(yè)界首款符合 ZigBee RF4CE兼容的協(xié)議棧， 并且擁有 更大內(nèi)存將允許芯片無線下載，支持系統(tǒng) 編程。 . . 3 核心板介紹 CC2530核心板 功能特點(diǎn)： ①高性能、低功耗的 8051微控制器內(nèi)核； ②適應(yīng) IEEE RF收發(fā)器； ③ 開放頻段，工作頻段為 ； ④ 16個傳輸信道，根據(jù)環(huán)境進(jìn)行切換可靠通信信道； ⑤ 無線傳輸速率達(dá) 250kbps； ⑥具有 8路輸入 8～ 14位 ADC； ⑦ 使用 ，可靠傳輸距離達(dá) 250米。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許 ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長期處于工作狀態(tài)。這這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)就是信息只有唯一的路由通道，信息的路由過程完成是由網(wǎng)絡(luò)層處理，對于應(yīng)用層是完全透明的。 圖 27 三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问? 星形網(wǎng)絡(luò)是三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最簡單的，因?yàn)樾切尉W(wǎng)絡(luò)沒用到 Zigbee協(xié)議棧，只要用802． 15． 4的層就可以實(shí)現(xiàn)。是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部分。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、樹型拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)?[9]。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù) SAP(Service Access Point)和管理 SAP(Service Access Point)。 ZDO6可以看成是指配到端點(diǎn) O上的一個特殊的應(yīng)用對象，被所有 ZigBee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對象調(diào)用的一個功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。 應(yīng)用層（ APL層） ZigBee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層 (APS子層 )、應(yīng)用框架 (AF)和 ZigBee設(shè)備對象 (ZDO)。 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK） 主要功能： NWK 層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址分配，組網(wǎng)管理，消息路由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護(hù)等功能。幀頭的幀控制字段的幀類型為 011B 就 表示這是一個命令幀。 MAC 幀傳送至物理層后，就成為了物理幀的負(fù)載 PSDU。 . . ① 信標(biāo)幀 信標(biāo)幀的負(fù)載數(shù)據(jù)單元由四部分組成：超幀描述字段、 GTS 分配字段、待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址字段和信標(biāo)幀負(fù)載數(shù)據(jù)。幀頭由幀控制信息、幀序列號和地址信息組成。 圖 26 數(shù)據(jù)從協(xié)調(diào) 器傳出 ③ 對等數(shù)據(jù)傳送 在對等的 PAN 中，任一器件可同其射頻范圍內(nèi)的其它器件通信。 圖 25 數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器 . . ② 數(shù)據(jù)從協(xié)調(diào)器傳出 在信標(biāo)使能方式中，協(xié)調(diào)器會利用信標(biāo)中的字段來告知有資料要傳送。 (2) 數(shù)據(jù)傳輸模式 LRWPAN 網(wǎng)絡(luò)中存在著三種數(shù)據(jù)傳輸方式：數(shù)據(jù) 發(fā)送到 協(xié)調(diào)器、 數(shù)據(jù)從 協(xié)調(diào)器發(fā) 出 、對等數(shù)據(jù) 傳送 。超幀結(jié)構(gòu)中同時包含了三種不同的信道接入周期，從而多樣化信道的接入方式同時提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。 MAC 層的主要功能包括如下 7 個方面： （ 1） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者產(chǎn)生并發(fā)送信標(biāo)幀； （ 2）設(shè)備與信標(biāo)同步； （ 3）支持 RAN 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作； （ 4）為設(shè)備的安全性提供支持； （ 5）信道接入方式采用免沖突載波檢測多路訪問機(jī)制（ CSMACA）； （ 6）處理和維護(hù)保護(hù)時隙機(jī)制（ GTS）； （ 7）在兩個對等的 MAC 實(shí)體之間提供一個可靠的通信鏈路 。 物理層報頭指示凈荷部分的長度，凈荷部分含有 MAC 層數(shù)據(jù)包，最大長度是 127 字節(jié)。每個信道占用半個片碼偏移周期。 (3) IEEE 的調(diào)制方式 圖 23 描述了 GHz 物理層調(diào)制及擴(kuò)頻功能模塊。其模型如圖 22 所示。不同的頻段所對應(yīng)的寬度不同。 (1) 無線信道的分配 IEEE 規(guī)范的物理層定義了三個載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)： 868MHz（歐洲）、915 北美）和 2400 MHz（全球范圍）。[4]ZigBee聯(lián)盟成立用于 2021年，定義了 ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）、應(yīng)用層（ APL）和安全服務(wù)規(guī)范。本文采用 TI公司最新的第二代片上系統(tǒng) CC2530， 比以前產(chǎn)品有更卓越的 RF性能 ,可編程的 256KB 閃存 ,更小的封裝尺寸和 IR 產(chǎn)生電路 ,支持多種協(xié)議如 igBee PRO、 ZigBee RF4CE 等 。 . . 2 ZigBee協(xié)議簡介 ZigBee的概述 ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,其突出優(yōu)點(diǎn)是工作頻段靈活 ,低復(fù)雜度， 低數(shù)據(jù)速率 ,低成本 ,高可靠性 ,具有自組網(wǎng)和自恢復(fù)能力等。因此很有必要提高路由算法的高效性和可擴(kuò)展性。 （ 3）和其它技術(shù)共存研究：對 Zigbee網(wǎng)絡(luò)與其它無線網(wǎng)絡(luò)共存的問題也有大量的研究，如 Zigbee網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)共存、 WiFi的共存與干擾問題。如Freescale公司的第三代 PADDR晶 片 MCl322x； Helim公司推出的 ADDR Link 1200 Zigbee開發(fā)套件； Jennic公司的 JN5121／ 513X等。 從 ZigBee協(xié)議規(guī)范的研究及完善方面來看， Zigbee協(xié)議規(guī)范從推出至今，已有大量研究者對 Zigbee網(wǎng)絡(luò)的時間同步、 廣播問題、安全機(jī)制等進(jìn)行了研究，并且 Zigbee協(xié)議正在繼續(xù)改進(jìn)并將提供更多的功能，但目前仍然存在一些例如無固定地址、容量極限較低、能源利用效率不高等問題。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、 核電廠等，工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。 雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。我們的政府牽頭我們將會投入更多的精力到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究之中。 但是， 國內(nèi)對于以 Zigbee 技術(shù)為基礎(chǔ)的無線組網(wǎng)技術(shù)卻起步較晚，國內(nèi) Zigbee 模塊生產(chǎn)廠家一般都受芯片廠家數(shù)量等限制價格，國內(nèi)市場只要被國外儀器所占領(lǐng)，國內(nèi)未見成熟的自主研發(fā)的 Zigbee 產(chǎn)品，只有一些研究性和簡單應(yīng)用文章出現(xiàn)于期刊雜志。 Wireless(F8W)所設(shè)計的 ZStack最負(fù)盛名。目前該聯(lián)盟已經(jīng)擁有 150多家會員，并且還有許多廠商已將 Zigbee納入產(chǎn)品中。早在 2021年 12月 IEEE成立了 IEEE 。硬件上， WSN節(jié)點(diǎn)主要由 數(shù)據(jù)采集 單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成， 因其 尺寸 較 小， 故 具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)； 而 從軟件上看，借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)， 它可以接收記錄 并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。在這個定義中，傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸三種功能，而這正 對應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)，即傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。于是，深化研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)、為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)尋找一種具備成本低廉，節(jié)約功耗而有組網(wǎng)能力較強(qiáng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的需求變得十分迫切，也是當(dāng)今通信科技發(fā)展的主題。 但隨著各種網(wǎng)絡(luò)終端的出現(xiàn)、工業(yè)控制的自動化和家庭的智能化的快速發(fā)展、各種便攜式個人通信設(shè)備和家用電器設(shè)備的增加，人們享受無線信息傳輸系統(tǒng)帶來的便利. . 的同時，又同時針對發(fā)展的新的需求而不斷探索。 但 例如 布線麻煩 、 線路 故障難以檢查 、 設(shè)備重新布局就要重新布線 、 不能隨意移動 等這些有線網(wǎng)絡(luò)先天帶有的缺憾卻愈發(fā)地突出，漸漸阻礙了有線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景及意義 21 世紀(jì)以來，隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步極大地推動了計算機(jī)和通信設(shè)備的普及個迅猛發(fā)展， PC 機(jī)、掌上電腦、移動電話、無繩電話等進(jìn)入了人們?nèi)粘：凸ぷ髦?，成為了人們生活中不可缺少的一部分?而 ZigBee 技術(shù)因其功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點(diǎn)而非常