【正文】
。 核心部件的設(shè)計要求 處理器模塊的要求 在計算機中大家都知道處理器被稱為計算機的大腦，它是整臺計算機的控制中樞系統(tǒng)，也是邏輯部分的控制核心。 圖 31無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式 終端節(jié)點則都是功能不同的傳感器節(jié)點，負(fù)責(zé)采集各種環(huán)境參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器應(yīng)配置較多的存儲空間，完成網(wǎng)絡(luò)初始化、數(shù)據(jù)采集、程序存儲、設(shè)備控制等功能。 第三章 硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 本設(shè)計采用無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，主要由協(xié)調(diào)器和若干個終端節(jié)點組成，具體組成網(wǎng)絡(luò)如下圖 。 ZDO 為 APS 和應(yīng)用框架提供接口，它包含所有 ZigBee 協(xié)議棧的應(yīng)用函數(shù)，把 ZigBee 設(shè)備配置成協(xié)調(diào)器、路由器或是終端設(shè)備就是它的功能之一。 APS 為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供接口，如下圖 所示，和其他各層類似， APS 也支持?jǐn)?shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)類型。 網(wǎng)絡(luò)層的功能主要有： 1）配置一個新的設(shè)備，可將其配置為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，也可嘗試加入現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)； 2）啟動一個新的網(wǎng)絡(luò)； 3）加入和離開網(wǎng)絡(luò)； 4）應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層安全； 5）發(fā)現(xiàn)和維護設(shè)備之間的路線； 6）發(fā)現(xiàn)單跳鄰居并存儲相關(guān)信息，單跳鄰居是不需要通過中繼服務(wù)就能 直接通信的設(shè)備； 7）為加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址， ZigBee 的終端節(jié)點 (RFD)無此功能。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)層中為網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分配 16 位地址，如果一個新加入的節(jié)點需要一個 MAC 地址，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器也在網(wǎng)絡(luò)層為之分配，并保證網(wǎng)絡(luò)地址與分配給設(shè)備的 16位 的 MAC 地址相同。網(wǎng)絡(luò)層有自己的參數(shù)和常量所有的常量都以 nwkc 開頭，所有的參數(shù)都以 nwk 開頭并存儲在網(wǎng)絡(luò)層信息庫中。 圖 26 MAC層協(xié)議 MAC 層主要負(fù)責(zé)以下幾項功能： 1) 生成并發(fā)送信標(biāo)幀（如果該設(shè)備是一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器）； 2) 將設(shè)備與信標(biāo)同步； 3) 使用 CSMACA 機制訪問信道； 4) 管理時槽保障信道訪問； 5) 為兩個不同設(shè)備中對等的 MAC 實體提供可靠連接； 6) 支持 PAN 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)操作； 7) 提供安全支持， MAC 有自己的安全進程，但使用的安全級別是由上層協(xié)議規(guī)定的。 MAC 層協(xié)議規(guī)范 類似于物理層， MAC 層也提供了管理服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。例如： 868/915MHz 頻段物理層的低速率換取了較好的靈敏度和較大的覆蓋面積，從而減少了覆蓋給定物理區(qū)域所需的節(jié)點數(shù)。例如，對于有些計算機外圍設(shè)備與互動式玩具，可能需要 250kb/s 速率，而對于其他許多應(yīng)用，如各種傳感器、智能標(biāo)記和家用電器等， 20kb/s 這樣的低速率就能滿足要求。 表 21 zigbee工作頻段 圖 25信道 一個 據(jù) ISM頻段、可用性、擁擠狀況和數(shù)據(jù)速率在 27個信道中選擇一個工作信道，如圖 。物理層主要負(fù)責(zé)下列事件： 1）啟動和關(guān)閉無線收發(fā)器； 2）選擇信道頻率； 3）通過物理媒體發(fā)送和接收數(shù)據(jù)； 4）進行能量檢測，評估所選信道的頻帶內(nèi)信號的能量，以確認(rèn)信道是否為空能否發(fā)送數(shù)據(jù)； 5）生成 LQI，來指示收到的數(shù)據(jù)包的質(zhì)量； 6） ZigBee 技術(shù)不同于其他無線技術(shù)，對于 不同的國家和地區(qū)，為其提供的工作頻率范圍不同， (ISM)頻段，定義了兩個工作頻段，即 868/915MHz頻段。物理層管理服務(wù)維護一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫，物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)。管理實體接口的目標(biāo)是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的服務(wù)。 ZigBee協(xié)議棧的大多數(shù)層有兩個接口：數(shù)據(jù)實體接口和管理實體接口。 SAP是某一特定層提供的服務(wù)，是用于下層與上層之間進行互訪的接口。分層的結(jié)構(gòu)脈絡(luò)清晰、一目了然，給設(shè)計和調(diào)試帶來極大的方便。三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D 22所示 22網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? ZigBee 基礎(chǔ)是 IEEE ，它是 IEEE 無線個人區(qū)域網(wǎng) (Personal Area Network， PAN)工作組的一項標(biāo)準(zhǔn)，被稱作 IEEE (ZigBee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了消息的傳播是如何從一個節(jié)點路由傳輸?shù)狡渌噜徆?jié)點的。其中全功能設(shè)備可作為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備，而半功能設(shè)備只能用于終端設(shè)備。 ZigBee 終端設(shè)備可以執(zhí)行它的相關(guān)功能，并使用 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)到達其它需要與其通信的設(shè)備，它的存儲器容量要求最少，其可以實驗 ZigBee低功耗設(shè)計。 ZigBee網(wǎng)格或樹型網(wǎng)絡(luò)可以有多個 ZigBee路由器。一個 ZigBee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個 ZigBee協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器可以保持間接尋址用的綁定表格 ，支持關(guān)聯(lián)，同時還能設(shè)計信任中心和執(zhí)行其它活動。較低成本味著較低的設(shè)備費用、安裝費用和維護費用。引以為豪的低功耗，使電池的使用壽命可以達一年之久。 小結(jié) 由上述分析可知 Zigbee技術(shù)的出現(xiàn)仿佛是天生為無線智能家居準(zhǔn)備的。 CSMA/CA 即載波偵聽多點接入 /避免沖撞 CSMA/CA（ with Collision Avoidance）。 空閑信道評估（ CCA， Clear Channel Assessment） IEEE 物理層在碰撞避免機制（ CSMACA）中提供 CCA的能力， 即如 果信道被其他設(shè)備占用，允許傳輸退出而不必考慮采用的通信協(xié)議。 ZigBee在 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的共存能力。對于同頻干擾的抵御能力是極為重要的，因為它直接影響到設(shè)備的性能。雖然每一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都進行了必要的設(shè)計來減小干擾的影響，但是為了能讓各種設(shè)備正常運行，對他們之間的干擾、共存分析顯然是非常重要的。 ZigBee 技術(shù)抗干擾特性分析 在人們享受方便快捷的時候，這些技術(shù)的電磁兼容問題日益凸現(xiàn)。 ZigBee技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，其中包括智能建筑、軍事領(lǐng)域、工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、智能家居及 各種監(jiān)察系統(tǒng)等。ZigBee 設(shè)備可以在標(biāo)準(zhǔn)電池供電的條件下，而不需要任何重?fù)Q電池或充電操作(低成本、易安裝 )。低功耗意味著較高的可靠性和可維護性，更適合體積小的大量日常應(yīng)用。相比較，藍牙需要 10s， Wi—Fi則需要 3s。 Zigbee技術(shù)的特點主要有： (1) 低速率： ZigBee 工作在 20 ～ 250kbps 的較低速率，分別提供250kbps(2． 4GHz)、 40kbps(915MHz1和 20kbps(868MHz)I~原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸 數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。 2． Zigbee 紫蜂 (ZigBee)技術(shù)，新一代的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采用 802． 15． 4(Zig． Bee)協(xié)議。 IrDA 已被全球范圍內(nèi)的眾多廠商采用，目前主流的軟硬件平臺均提供對它的支持。其傳輸具備小角度 (30度錐角以內(nèi) )，短距離，直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強，傳輸速率較高的特點，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置 “熱點 ”，并通過高速線路即可接入因特網(wǎng)。目前最新的交換機能把 WiFi 無線 網(wǎng)絡(luò)從接近 100 米的通信距離擴大到約 。 WiFi 基于 、 、 和 。 WiFi 技術(shù) (Wireless Fidelity)即無線保真技術(shù)是另一種目前流行的技術(shù)。 初標(biāo)準(zhǔn)基于藍牙 ， 后者已構(gòu)建到現(xiàn)行很多藍牙設(shè)備中。其傳輸頻段為全球公眾通用的 頻段，提供 1Mbps 的傳輸速率和 10m的傳輸距離。雖然與藍牙、 WiFi 同處于 ，但是并不會相互間產(chǎn)生 干擾。 如今無線傳輸技術(shù)已日漸成熟，各種無線技術(shù)的特點都各有千秋，因此用戶可以根據(jù)不同的要求來選擇最適合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國際電工協(xié)會 IEEE致力于 WAPN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層和媒體訪問層的標(biāo)準(zhǔn)化工作，任務(wù)組 TG1是藍牙無線標(biāo)準(zhǔn)；任務(wù)組 TG2是共存組，為所有工作在 IEEE 解決共存問題；任務(wù)組 TG3是 WAPN在多媒體高速率傳輸和服務(wù)品質(zhì)應(yīng)用；任務(wù)組 TG4 針對低俗的 WAPN 而制定，并成為 zigbee 協(xié)議的底層標(biāo)準(zhǔn)。 第二章 zigbee技術(shù)介紹 短距離無線通信技術(shù)對比 zigbee 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 為了實現(xiàn)工業(yè)、家庭和樓宇的自動化控制，將人類從有線的環(huán)境中解放出來，以取代線纜為目標(biāo)，用于無線個人區(qū)域網(wǎng)（ WPAN， Wireless Personal Area Network）范圍的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到了迅速的發(fā)展，典型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有藍牙（ Bluetooth）、 ZigBee、無線 USB（ WirelessUSB）、無線局域網(wǎng) WiFi（ IEEE ）等。 的供電電路、 USB轉(zhuǎn)串口電路、擴展接口電路等。 應(yīng)用在智能家居系統(tǒng)當(dāng)中。介紹了基于 zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低成本、低數(shù)率、功耗低的優(yōu)點，組網(wǎng)靈活方便，非常適合用在智能家居系統(tǒng)當(dāng)中。 （ 5）安裝簡易；無需復(fù)雜的布線，用一種簡易的方式實現(xiàn)家庭設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn) “物與物 ”、 “人與物 ”之間的信息交互，進而輕松實現(xiàn)家庭設(shè) 備控制智能化。 （ 3）實現(xiàn)雙向通訊功能； Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有雙向通訊的功能，使安防報警等 需要方向通訊的模塊可以通過無線接入