【正文】 [1]=Flash_Addr[1]。 Flash_Addr[3] == 0xFF ) { createRandomAddress()。 Flash_Addr[2] == 0xFF amp。 Flash_Addr[1] == 0xFF amp。 if( Flash_Addr[0] == 0xFF amp。 圖 5． 5 CC2500 與 MCU 的連接 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 24 6 系統(tǒng)的軟件 設計 6． 1 存取點的軟件設計 下面的 C程序包含了本平臺的存取點的固件設計，該編碼從系統(tǒng)初始化開始執(zhí)行，其中存取點和終端設備的初始化程序是一樣的。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)。在系統(tǒng)設計時，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。以上三種芯片的性能相當，鑒于 Chipcon 現(xiàn)歸 TI 旗下， CC2500在國內應用較廣，且供貨充足，本設計采用它作為無線收發(fā)模塊的 RF芯片。在 IEEE 802． 15． 4 標準發(fā)布后，各大無線芯片制造商陸續(xù)推出了支持該標準的芯片，其中比較典型的有： Freescale 的 MCl3192， Chipcon 的 CC2500， ATMEL的 AT86RF230。在 V3 3端得到 3． 3V 電源。由于協(xié)調器節(jié)點最終的供電電壓要保持在 3V 左右，為了適應 10～ 30V的寬電壓輸入范圍，采用開關電源加線性穩(wěn)壓的方式實現(xiàn) I)C／ DC轉換。當電池欠壓時， LBO 引腳會被拉低，單片機檢測到以后可以通過網(wǎng)絡通知管理人員更換電池。 TPs60210 是一款低功耗的電源管理芯片，當輸入電壓降至 1． 6V時仍可以輸出穩(wěn)定的 3． 3V電壓，具有電池欠壓報警、供電模式可控等功能，可延長電池使用壽命。分別連接單片機的中斷引 腳 PI． 4～ P1． 7 和通用 I／ O 引腳 P5． 4～P5． 7． 圖 5． 2 協(xié)調器節(jié)點輸入輸出接口圖 5． 6傳感器節(jié)點電源設計 溫度傳感器節(jié)點上共設計了兩種電源，一種為電池供電，應用在終端節(jié)點上；基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 22 另一種為 10～ 30V直流電源供電，用在協(xié)調器節(jié)點上． 5． 6． 1終端節(jié)點的可控電源設計 溫度傳感器終端節(jié)點采用 2 節(jié) AAA 堿性電 池供電。 2 路開關量輸出 PO P02 通過光偶隔離后驅動外部設備，如圖 5． 2 所示。 協(xié)調器節(jié)點上， MCU有較多的輸入輸出接口，為方便連接各種擴展模塊，完成不同的輸入輸出功能，協(xié)調器節(jié)點上提供 2路模擬量的輸入和 2路開關量的輸出。 5． 5． 2輸入輸出模塊設計 溫度傳感器終端節(jié)點的輸入輸出模塊提供節(jié)點配置所需的開關和按鍵功能，單片機在上電時。節(jié)點上 24LC256的地址為 0，在其 12C總線上配置了 3個 10K． Q的上拉電阻。此外，為了能為事件記錄提供準確的時間，配置了實時時鐘功能，芯片選用 DSl302，連接到單片機的P4． O～ P4． 2腳。 5． 4 溫度傳感器節(jié)點硬件方案研究設計 針對以上問題以及系統(tǒng)功能要求設計了溫度傳感器節(jié)點硬件，本章將介紹以MSP430 單片機為核心的電路設計，分為溫度傳感器終端節(jié)點和協(xié)調器節(jié)點兩大部分，結構如圖 5． 1 所示，主要 包括電源模塊、存儲器模塊、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)點硬件總體結構圖 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 21 5． 5傳感器節(jié)點主電路設計 5． 5． 1控制器電路設計 本次無線傳感器節(jié)點的 MCU 選用 MSP430F2274，為了滿足低功耗的需求。最簡模式的輸出和冗余模式的輸出包含了同樣的內容，順序也相同。 RE： 該選項顯示接收數(shù)據(jù)是否通過距離擴展器。 Battery（電池）：這是測量的給 MSP430供電的電池的電壓值。使用者必須每次操作時選擇其中的一個選項，每種模式可以通過輸入不同的字符來區(qū)分，一共有四個字符（不區(qū)分大小寫）： 溫度顯示選項 1： C – 以攝氏 溫標輸出所有溫度 F – 以華氏溫標輸出所有溫度 數(shù)據(jù)格式顯示選項 2： V – 以擴展的冗余模式顯示所有數(shù)據(jù) 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 20 M – 以最簡模式顯示所有數(shù)據(jù) 5． 3． 1 冗余模式 下面是一個存取點輸出的冗余模式的例子： Node（節(jié)點）： 這是中心的數(shù)據(jù)標識符，這是每一個終端設備連入網(wǎng)絡后所給定的。一旦連接到存取點，所有的燈會暫時熄滅，還原為缺省值，然后當正常工作時，綠燈會一直保持發(fā)光。當搜尋到一個存取點時，終端設備會嘗試網(wǎng)絡連接，紅燈的閃爍則表明這項工作正在進行。兩種顏色的 LED燈顯示了存取點的兩種工作狀態(tài)：紅燈亮表明正在進行存取點與電腦之間的數(shù)據(jù)測量的傳送；綠燈亮表明正在進行對一個網(wǎng)絡終端設備的數(shù)據(jù)接收。 5． 2． 1 存取點（ AP） 存取點的執(zhí)行的首要任務是傳遞啟動信息到串行通訊端口，然后網(wǎng)絡存取點會像網(wǎng)絡中心一樣對系統(tǒng)初始化，初始化程序完成后，存取點傳送文件會顯示成功如下： 存取點使用的是 ADC10內部溫度傳感器，初始化成功后，它會每秒鐘測試一次環(huán)境溫度，以傳送到計算機中。 盡管 eZ430RF2500 平臺中有兩塊一樣的板，但它們在無線傳感器中完全是作為有獨立特點的獨立部件存在的。 3： MSP430系列單片機具有高度整合，超低功耗的特點 4： 2個通用的數(shù)字 I/O接口直接連到紅綠 LED燈，以便視覺反饋。 eZ430RF2500 平臺的特點如下：（實物見附圖 2） 1： USB式的自動調試和編程接口，可以自動安裝與反饋。 如果攜帶較多的電池，雖然可以解決電源問題，但必然會增大體積，提高成本，更加積極的方法是降低無線傳感器節(jié)點的功耗． 可靠性與安全性：系統(tǒng)在應用中必須保證能夠可靠的運行，在特定條件下對數(shù)據(jù)的安全性也有較高的要求．系統(tǒng)應具有較高的可靠性，能確保數(shù)據(jù)的準確性、完整性和一致性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，具備迅速恢復的功能，同時系統(tǒng)應具有一整套完整的管理策略，可以保證系統(tǒng)的運行安全．系統(tǒng)設計中從硬件到軟件都必須考慮可靠性要求．在設計過程中。 ZigBee 應用層除了提供一些必要的函數(shù)以及為網(wǎng)絡層提供合適的服務接口外，一個重要的功能就是應用者可在這層定義自己的應用對象。 ZDO為應用幀層中的應用對象提供了公共的接口，以控制設備和網(wǎng)絡功能。 ZDO主要負責： 初始化應用支持子層、網(wǎng)絡層和安全服務規(guī)范。 ZigBee設備對象 (ZDO)，描述了功能的基本分類，這些功能在應用 對象設備范圍和 APS間提供一個接口。 APSDE為二個或更多位于同一網(wǎng)絡的設備的PDUs傳輸提供數(shù)據(jù)發(fā)射服務。應用支持子層為網(wǎng)絡層 (NWK)和應用層之間提供一個接口。發(fā)起和／或響應綁定請求并在網(wǎng)絡設備之間建立一個安全關系。 ZDO 的任務包括在網(wǎng)絡層定義設備的功能。每層提供它們相應的服務和能力。 4． 4 ZigBee應用層 ZigBee 應用層框架包括應用支持層 (APS)、． ZigBee 設備對象 (ZDO)和制造商所定義的應用對象。 NLME 所支持的 NLME— SAP 接口原語包括網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡形成、允許設備連接、路由器初始化、設備同網(wǎng)絡的連接等。 Confirm：確認原語由第 J層向第 11用戶發(fā)送，用來傳遞一個或多個前面服務請求原語的執(zhí)行結果。該事件可能與一個遙遠的服務請求有關，或者可能是由一個 J層的內部事件引起的。 原語通常分為如下 4 種類型 (如下原語環(huán)境設置為一個具有 1 個用戶的網(wǎng)絡中，兩個對等用戶及其與 J層或子層對等協(xié)議實體建立連接的服務原語 )： Request：請求原語從第 1l用戶發(fā)送到它的第 J層，請求服務開始。一種服務可能有一個或多個相關的原語，這些原語構成了與具體服務相關的執(zhí)行命令。它的定義與其他任何接口的實現(xiàn)無關。服務原語通過提供一種特定的服務來傳輸必需的信息。各項服務通過服務原語來實現(xiàn)。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 17 位： 01 2— 5 6— 7 8 9 10— 15 幀類型 協(xié)議版本 發(fā)現(xiàn)路由 預留 安全 預留 圖 幀控制域的格式 4． 3． 3網(wǎng)絡層功能介紹 ZigBee 設備在工作時，各種不 同的任務在不同的層次上執(zhí)行，通過層的服務，完成所要執(zhí)行的任務。 幀控制域是 16 位長，包含定義幀類型的信息、尋址和序列域和其它控制標識的信息，其格式如圖 4． 10所示，可以看到幀控制域包括幀類型、協(xié)議版本、發(fā)現(xiàn)路由、安全和保留位。 圖 4． 9表示的是網(wǎng)絡層的通用幀結構，不是所有的幀都包含地址和序列域，但網(wǎng)絡層的幀的幀頭域，還是按照固定的順序出現(xiàn)。 NLDE應能夠送 NPDU 到一個適當?shù)难b置，此設備是通信 的最終目標或是通信鏈路下一步的最后目的； 4． 3． 2網(wǎng)絡層幀結構 網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (NPDU)即網(wǎng)絡層幀的結構，如圖 4． 9所示 。在兩個或多個設備之間傳送數(shù)據(jù)時，將按照應用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (APDU)的格式進行傳送，并且這些設備必須在同一個網(wǎng)絡中，即在同一個內部局域網(wǎng)中。網(wǎng)絡層管理實體提供如下服務： 配置一個新設備：為操作按照要求充分布局協(xié)議棧的能力。 網(wǎng)絡層通過 MCPS— SAP和 MLME— SAP接口為 MAC層提供接口，通過 NLDESAP與 NLME— SAP接口為應用層提供接口服務。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體通過網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體服務接入點 (NLDESAP)提供數(shù)據(jù)傳輸服務，網(wǎng)絡管理層 實體通過網(wǎng)絡層管理實體服務接入點 (NLMESAP)提供網(wǎng)絡管理服務。 4． 3． 1 網(wǎng)絡層概況 ZigBee網(wǎng)絡層的主要功能就是提供一些必要的函數(shù)，確保 ZigBee 的 MAC層基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計 15 正常工作，并且為應用層提供合適的服務接口。 NWK支持的網(wǎng)絡拓撲有星狀、樹 (串 )狀和網(wǎng)格狀。一個全功能設備可與多個 RFD設備或多個其他 FFD設備通信，而一個減功能設備只 能與一個 FFD通信。三種設備根據(jù)功能完整性分為全功能 (FFD)和減功能 (RFD)設備。 ZigBee 路由器是一種支持關聯(lián)的設備，能夠將消息轉發(fā)到其他設備， ZigBee 網(wǎng)格或樹狀網(wǎng)絡可以有多個 ZigBee 路由器。 ZigBee 規(guī)范定義了三種類型的設備，每種都有自己的功能要求。應用層可以通過 ZigBee 設備對象 (ZDO)對網(wǎng)絡層參數(shù)進行配置和訪問。 APS使用網(wǎng)絡層 (NWK)提 供的服務。 所有端點都使用應用支持子層 (APS)提供的服務。端點 0用于整個 ZigBee設備的配置和管理，應用程序可以通過端點 0 與 ZigBee 協(xié)議棧的其他層通信，從而實現(xiàn)對這些層的初始化和配置，附屬在端點 0 的對象被稱為 ZigBee 設備對象 (ZDO)；端點 255用于向所有端點的廣播。 每個接口都能接收 (用于輸入 )或發(fā)送 (用于輸出 )簇格式的數(shù)據(jù)。 從應用角度看，通信的本質就是端點到端點的連接 (例如，一個帶開關組件的設備與帶一個或多個燈組件的遠端設備進行通信，目的是將這些燈點亮 )。 4． 3 ZigBee網(wǎng)絡層 ZigBee 協(xié)議棧是在 IEEE802． 15． 4 標準基礎上建立的，我們知道IEEE802． 15． 4僅定義了協(xié)議的 MAC和 PHY層。這是一種時隙化的載波偵聽／沖突避免(CSMA／ CA)信道接入算法。這兩種網(wǎng)絡結構分別是基于中心控制的星狀網(wǎng)絡和基于對等操作的網(wǎng)狀網(wǎng)絡。廣播幀和確認幀不需要接收方的確認；數(shù)據(jù)幀和 MAC命令幀的幀頭包含幀控制域，指示收到的幀是否需要確認，如果需要，并且已經通過了 CRC檢驗，接收方將立即發(fā)送確認幀，若發(fā)送方在一定時間內收不到確認幀，將自動重傳該幀，這就是 MAC子層可靠傳輸?shù)幕具^程。只有廣播幀 和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù)，確認幀和 MAC命令幀則用于 ZigBee設備間與 MAC 子層功能實體間控制信息的收發(fā)。 圖 MAC 子層參考模型 圖 MAC 幀格式 MAC子層載荷，其長度可變，不同的幀類型包含不同的信息，如 MAC子層業(yè)務數(shù)據(jù)單元 (MSDU)：但整個 ,MAC 幀的長度應該小于 127 字節(jié)，其內容取決于幀類型。 MAC子層幀頭由 2字節(jié)的幀控制域、 1字節(jié)的幀序號域和最多 20字節(jié)的地址域組成。 圖 4． 7給出了 MAC子層的數(shù)據(jù)包格式。 MAC層包括 一個稱之為 MLME 的管理實體，該實體通過一個服務接口可調用 MAC 層管理基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設計