【正文】 本設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器的工作流程圖如下圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 開始系統(tǒng)一系列初始化檢測設(shè)備啟動(dòng)類型是否為協(xié)調(diào)器啟動(dòng)啟動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)用戶任務(wù)初始化初始化端點(diǎn)描述符和串口進(jìn)入掃描任務(wù)事件狀態(tài)等待允許綁定按鍵按下打開允許 綁定是否有設(shè)備申請(qǐng)綁
。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 412 調(diào)試界面 協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，為每個(gè)加入該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，在 協(xié)調(diào)器啟動(dòng)時(shí)其網(wǎng)絡(luò)地址將自動(dòng)設(shè)置為 0x0000，在所有的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址均為 0x0000，所以路由和設(shè)備要想跟協(xié)調(diào)器通信，則設(shè)置目標(biāo)地址為 0x0000 即可。 圖 411 編輯編譯連接環(huán)境界面 在程序通過了連接 、生成目標(biāo)代碼之后。單使用 FET 仿真器連接目標(biāo)板進(jìn)行在線仿真調(diào)試時(shí)，選擇 FET Debugger，軟件模擬仿真則選擇 Simulator。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 48 進(jìn)入環(huán)境設(shè)置 在如圖 49 設(shè)置界面中，從左邊 Category 列表下選擇 General Options,在 Target 頁的 Device 選項(xiàng)中選擇目標(biāo)芯片型號(hào)，本設(shè)計(jì)選擇 CC2430。從快捷菜單中選擇 Options 進(jìn)入圖 49 所示參數(shù)設(shè)置界面。單擊工具條的保存或文件菜單（ File中的 Save）出現(xiàn)如圖 47 界面，“保存在框”中選擇好文件路徑目錄，“文件類型”框中填入 。 圖 44 保存新工程 3. 創(chuàng)建或加載源文件 單擊 File， New， File（如圖 45 所示）或按快捷鍵 Ctrl+N，出現(xiàn)如圖46 所示的源程序編輯界面。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 2. 創(chuàng)建并保存工程 單擊選項(xiàng)中 Create new project in new workbench，出現(xiàn)圖 43 界面。 Open existing workspace:打開已經(jīng)存在的工作站。 圖 42 第一次進(jìn)入 Embedded Workbench 界面提示如下： Create new project in current workspace：在新工作 站中創(chuàng)建新的工程。 1. 創(chuàng)建新工作站 打開 IAR Embedded Workbench。 Embedded Workbench 支持多種不同的目標(biāo)處理器，使用項(xiàng)目模式組織應(yīng)用程序。 開發(fā)環(huán)境的介紹 IAR Embedded Workbench 是一種用于開發(fā)應(yīng)用各種不同的目標(biāo)處理器的靈活的集成環(huán)境。但是此時(shí)要注 意的時(shí)，路由與終端要想加入該協(xié)調(diào)器創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)必須人為的設(shè)置同樣的 PANID。但是這時(shí)會(huì)帶來一個(gè)弊端就是如果路由與終端在第一次啟動(dòng)后如果發(fā)現(xiàn)有其他網(wǎng)絡(luò)而且信號(hào)強(qiáng)度比該網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)他們將會(huì)加入另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 我們知道 zigbee 的一大優(yōu)勢就是能夠自由組網(wǎng)，但是如何保證每個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸不受其他網(wǎng)絡(luò)的干擾，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間有時(shí)用什么來區(qū)分的，我的設(shè)備怎么保證只在我的網(wǎng)絡(luò)里活動(dòng)？這里有一個(gè)很重要的概念PANID(person area work)即個(gè)人局域網(wǎng)的 ID 號(hào)，他是區(qū)分各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)標(biāo)號(hào)。 在 zstack 中給出了該頻段的 16 個(gè)通道，通道號(hào)為 1126，系統(tǒng)默認(rèn)的位 11 通道，即 DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 // 11 0x0B。 在 TI 提供的 zstack 協(xié)議上，設(shè)備啟 動(dòng)的過程都由協(xié)議棧本身做好，用戶只需指定其啟動(dòng)身份即可。 協(xié)調(diào)器在接收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過串口發(fā)送到 上位機(jī)顯示，對(duì)上位機(jī)發(fā)送來的報(bào)警溫度進(jìn)行處理，然后分節(jié)點(diǎn)的發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)報(bào)警。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)在現(xiàn)場實(shí)時(shí)的顯示，并最終發(fā)送給協(xié)調(diào)器，在向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要實(shí)時(shí)的接收協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的溫度報(bào)警數(shù)據(jù)，并能夠超限報(bào)警。 狀態(tài)指示燈 電路的設(shè)計(jì) 狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)就比較簡單，但是也是不可少的，設(shè)備的啟動(dòng)狀態(tài)，是否啟動(dòng)成功，是否脫離網(wǎng)絡(luò)，是否綁定成功等等一些列的狀態(tài)信息都可以 通過指示燈的形式來顯示。報(bào)警電路如下圖所示 BUZZER1BUZZERQ3PNPGND10KR14Res2BUZZER報(bào)警電路 圖 39 報(bào)警 電路 其余電路的設(shè)計(jì) 串口調(diào)試電路的設(shè)計(jì) 如果設(shè)備作為協(xié)調(diào)器將用到串口與上位機(jī)通信，如果作為終端節(jié)點(diǎn)則要用到串口調(diào)試的功能，在 zstack 中也定義了串口調(diào)試的任務(wù)，所以串口電路的設(shè)計(jì)也是必不可少的 。 報(bào)警 電路 報(bào)警電路采用普通的蜂鳴器報(bào)警，蜂鳴器又分為兩種，一種是有源的一種是無源的，有源的頻率是 固定的，就是說有源的發(fā)聲是比較單一呆板洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的，所以這里我們采用無源蜂鳴器，這樣報(bào)警的音調(diào)我們可以自己去控制，這樣報(bào)警的效果要好很多。 S2SWPBS4SWPB10KR3Res210KR6Res2GNDGNDBUTTONRST普通按鍵按鍵 1復(fù)位按鍵 圖 37 普通按鍵電路 溫度采集與報(bào)警設(shè)計(jì) 溫度采集電路 溫度傳感器我們采用單總線的 DS18B20，其硬件電路比較簡單，使用比較方便，而且讀取的溫度值非常準(zhǔn)確，適用與一般環(huán)境下的溫度采集。在本設(shè)計(jì)中，由于按鍵的抖動(dòng)比較 小 ，就沒有加去抖電容。針對(duì)按鍵這部分， TI 公司共使用了 7 個(gè)按鍵，其中一個(gè)搖桿型的 joystick 按鍵包含了 5 個(gè)按鍵功能，剩余一個(gè)普通的按鍵和一個(gè)復(fù)位按鍵，由于我們不具備 joystick 這種按鍵，所以在自己的硬件上根據(jù) TI 這種按鍵的使用方法制作了 AD 鍵盤，AD 鍵盤共有 5 個(gè)按鍵，分別為上、下、左、右、中原理圖如下圖，在 PCB洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 布局上就按照 15 分別對(duì)應(yīng)上下左右中的順序布局。本設(shè)計(jì)為了避免 IO 口的復(fù)用，使用跳線帽選擇該三個(gè) IO 口。另外該芯片還能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)的方式，三根線就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)碼管多位的顯示，本設(shè)計(jì)只使用了 連個(gè)級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管。 真對(duì)本設(shè)計(jì)的電源設(shè)計(jì)如下圖所示 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 VI3GND1VO2U1AMS1117BT1BATTERY321654S1SWDPDT123CON1POWERDCGNDGND3_3V1 2 3P1Header 33_3V直流電源和電池供電選擇 12 為直流電源供電，選擇 23 為電池供電+ Cp110ufC3104D1LED1KR5Res2GND+ Cp210ufC2104GNDVCC_5V 圖 34 供電電 源 電路 供電電源燈選擇通過跳線帽 P1 來選擇， 選擇 12 為直流電源供電，選擇 23 為電池供電 ，在此加了一個(gè)電源指示燈和一個(gè)六腳的開關(guān)，單獨(dú)打開開關(guān)時(shí)無法供電的，只有將跳線帽跳到對(duì)應(yīng)的位置時(shí)才能正常供電。第一我們采用穩(wěn)壓芯片，在市場中最常用的 穩(wěn)壓芯片為 AMS1117，如圖 32 所示 圖 32 AMS1117 其典型電路圖如下圖 圖 33 AMS1117 典型電路 使用輸入旁路電容， 10uF 的鉭電容適用于幾乎所有的應(yīng)用。我們最常用的電源為 5V，比如普通的直流電源和電腦的 USB 借口電源都是 5V 的，所以如果給 CC2530 供電我們有兩種選擇。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 電源 部分 設(shè)計(jì) CC2530 的供電電源為 ，其誤差范圍為177。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 硬件部分總體介紹 本設(shè)計(jì)將溫度傳感器采集來的數(shù)據(jù)通過 zigbee 協(xié)議傳遞到上位機(jī)顯示，并能夠在現(xiàn)場實(shí)時(shí)顯示采集的溫度，人機(jī)交互采用按鍵控制， LED 燈閃爍，和數(shù)碼管指示，系統(tǒng)框圖如下圖。如果同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級(jí)，逐次處理事件。該協(xié)議棧可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)鏈接，在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)對(duì)路由表和綁定表的非易失性存儲(chǔ)，因此網(wǎng)絡(luò)具有一定的記憶功能。 ZStack 根據(jù) IEEE 802. 和 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)分為以下幾層： API（ Application Programming Interface），HAL （ Hardware Abstract Layer）， MAC（ Media Access Control)， NWK（ Zigbee Network Layer）， OSAL（ Operating System Abstract System），Security， Service， ZDO（ Zigbee Device Objects）。 TI 的 ZStack 裝載在一個(gè)基于 IAR 開發(fā)環(huán)境的工程里。 協(xié)議棧的介紹 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，良好的軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要環(huán)節(jié)，也是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。高密度集成化電路節(jié)約設(shè)計(jì)成本。8 通道 12 位 ad 轉(zhuǎn)換器 。32khz 睡眠定時(shí)器 。mac 定時(shí)器 。包括處理器和智能片內(nèi)外設(shè)在內(nèi)的模塊，具有超低功耗的特點(diǎn) [3]。支持硬件調(diào)試 [3]。256kflash 程序存儲(chǔ)器，支持最新 zigbee2020pro 協(xié)議 。 設(shè)計(jì)選用 ti 公司最新 zigbee 芯片 cc2530f256，工作在 頻段，是符合 ieee 規(guī)范的真正片上系統(tǒng)解決方案，也是目前眾多 zigbee 設(shè)備產(chǎn)品中表現(xiàn)最為出眾的微處理器之一。微處理器模塊在無線收發(fā)模塊的協(xié)作下完成 zigbee 網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)，數(shù)據(jù)采集與處理，無線數(shù)據(jù)收發(fā)以及 zigbee2020 協(xié)議棧的正常運(yùn)行 [3]。 ? 如果傳感器設(shè)備沒有從中心點(diǎn)收到應(yīng)答，那么將自動(dòng)移除到該中心 節(jié)點(diǎn)的綁定，然后自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)新的中心節(jié)點(diǎn)綁定，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的成功綁定。 同時(shí)要做到： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ? 自動(dòng)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如下圖 圖 23 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的選擇 本系統(tǒng)采用 網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，通過傳感器節(jié)點(diǎn)采集溫度，并發(fā)送這些數(shù)據(jù)到中心收集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。 由于網(wǎng)狀連接方式中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能化，所以，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，附近的無線節(jié)點(diǎn)會(huì)代替該故障的節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行信息的傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)，從而大大提高了系統(tǒng)可靠性。網(wǎng)狀連接方式又稱為點(diǎn)到點(diǎn)到點(diǎn)（ pointtopointtopoint）方式，它與傳統(tǒng)的點(diǎn)到多點(diǎn)連接方式最大的不同是， 網(wǎng)狀連接方式中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有無線微處理器，所以無需無線路由器就可以實(shí)現(xiàn)與另一節(jié)點(diǎn)之間的互連。這樣就擴(kuò)大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息覆蓋面。比如 A想和 B 說話，但是中間有墻擋的，信號(hào)強(qiáng)度又穿透不了，這個(gè)時(shí)候樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就可以通過其它 router 傳遞信息，并最終到達(dá) B。一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò)中的基本節(jié)點(diǎn)（空心節(jié)點(diǎn)）若要發(fā)送信息到另一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點(diǎn)上，須通過轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。 2． 樹 狀連接 在星狀連接方式的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了串狀連接方式（有時(shí)也稱樹狀連接）。 星狀結(jié)構(gòu)如下圖 圖 21 狀結(jié)構(gòu) 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和 協(xié)調(diào)器通訊。 常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1．星狀連接 各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。雖然現(xiàn)在的 GPS 定位服務(wù)已經(jīng)做得很好，但卻很難支持室內(nèi)的定位，而 ZigBee 的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。而 ZigBee 聯(lián)盟也在 2020 年 4 月發(fā)布新聞，說聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用 [6]。 電信應(yīng)用：在 2020 年初的時(shí)候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了 ZigBee 技術(shù)的 SIM 卡，并命名為“ ZSIM” [5]。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過 ZigBee 技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)，由于是無線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。 醫(yī)療監(jiān)護(hù)：電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。而 ZigBee 可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù) 字信號(hào)，通過 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。 自動(dòng)抄表：抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù)，報(bào)給煤氣、電力或者供水公司，然后根據(jù)讀數(shù)來收費(fèi)。 智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了 ZigBee 技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過網(wǎng)關(guān)連 接到 Inter，這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情