【正文】 首先介紹子設(shè)備的流程。如果開始，則應(yīng)用層將通過網(wǎng)絡(luò)層打開電源。 一個(gè)已經(jīng)同網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備為了完成建立它與其父設(shè)備的關(guān)系，應(yīng)開始執(zhí)行孤點(diǎn)流程。成功地將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接的流程如圖 所示。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 如果傳送不成功， 則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將立即終止程序。該原語的狀態(tài)參數(shù)將表明 PAN 的能力。如果搜索不到相匹配的地址，可 能的話，網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)體將分配一個(gè) 16 位的網(wǎng)絡(luò)地址給這個(gè)新設(shè)備。如果設(shè)備類型也匹配，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將得到一個(gè)相應(yīng)的 16 位網(wǎng)絡(luò)地址，并且向 MAC 層發(fā)送連接響應(yīng)。為了確定這一點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將會(huì)搜索鄰居表以確定是否能找到一個(gè)匹配的 64 位擴(kuò)展地址。如果設(shè)備為其他設(shè)備，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將終止這個(gè)流程 。 ZigBee 協(xié)調(diào)器或者路由器使用 MAC 層將一個(gè)設(shè)備同它所在的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化。而PANCoordinator 和 CoordRealignment 參數(shù)都將會(huì)設(shè)置為 FALSE，網(wǎng)絡(luò)層接受到MLMESTART . confirm原語后，網(wǎng)絡(luò)層將發(fā)送具有相同狀態(tài)的 NLMESTARTROUTER . confirm 原語。 NLMESTARTROUTER . request 原語由終端設(shè)備發(fā)出，則網(wǎng)絡(luò)層將發(fā)出 NLMESTARTROUTER . confirm 原語，然后網(wǎng)絡(luò)層將向 MAC 層發(fā)出 MLMESTART . request 原 語 。因而，該設(shè)備將等 待上層發(fā)送 NLMESTARTROUTER . request 原語。此時(shí)，父設(shè)備將把連接的設(shè)備添加到鄰居表中，而且網(wǎng)絡(luò)層將更新 NIB 中nwkShortAddress 的值。該邏輯地址在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，并且子設(shè)備在未來的通信中將使用這個(gè)邏輯地址。在這種情況下，設(shè)備不接收有效的邏 輯地址，也不允許在網(wǎng)絡(luò)中通信。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 如果設(shè)備不能成功地連接上層所指定的網(wǎng)絡(luò)，則網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)體將通過 NLMEJOIN . confirm 原語來終止該過程。 如果嘗試連接失敗，并且存在第二個(gè)鄰居的設(shè)備，則該設(shè)備可以作為合適的父設(shè)備，則網(wǎng)絡(luò)層啟動(dòng)連接第二個(gè)設(shè)備的 MAC 層連接程序。 如果嘗試連接網(wǎng)絡(luò)失敗，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將試圖從鄰居表中尋找一個(gè)合適的父設(shè)備。在這種情況下， 原語將 NOTPERMITTED 的狀態(tài)。每次發(fā)送 MLMESCAN . request 原語，將鄰居表中潛在的父設(shè)備子域設(shè)置為 1。如果狀態(tài)參數(shù)表明拒絕與鄰居設(shè)備連接，則嘗試連接的設(shè)備將把鄰居表中潛在的父設(shè)備子域設(shè)置為 0，以表示嘗試連接失敗。 一但選擇了合適的父設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體即向 MAC 層發(fā)送 MLMEASSOCIATE . request 原 語 ， 原語 的地 址參 數(shù) 為在 鄰居 表中 所選 擇 的設(shè) 備地 址， 并 通 過MLMEASSOCIATE . confirm 原語將連接的 狀態(tài)返回到網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體。 如果鄰居表中沒有合適的父設(shè)備，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將發(fā)送參數(shù)狀態(tài)NOTRERMITTED 的 NLMEJOIN . confirm 原語。一個(gè)合適的父設(shè)備必須具備兩個(gè)條件：允許連接；鏈路成本最大為 3。如果任何其他設(shè)備執(zhí)行這個(gè)流 程 ， 則 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 實(shí) 體 將 終 止 這 個(gè) 流 程 ， 并 且 向 上 層 發(fā) 送 狀 態(tài) 參 數(shù) 為INVALIDREQUEST 的 NLMEJOIN . confirm 原語。其中， RejoinNetwork 參數(shù)設(shè)置 為 0x00，且JoinAsRoute 參數(shù)設(shè)置為設(shè)備是否同網(wǎng)絡(luò)連接。為了發(fā)現(xiàn)更多的網(wǎng)絡(luò)或者由于其他原因，上層可以選擇重新執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)命令。這些描述參數(shù)為 ZigBee 版本號(hào)、堆棧結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展各域網(wǎng)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符（ PANId）、個(gè)域網(wǎng)網(wǎng)標(biāo)識(shí)符（ PANId）、邏輯信道以及是否允許連接的信息。如果不匹配，則忽略該信標(biāo)；反之，將設(shè)備將從接受到的信標(biāo)中，將相關(guān)的信息復(fù)制到鄰居表中。 掃描設(shè)備的 MAC 層在掃描過程中一旦接受到有效長度不為 0 的信標(biāo)幀時(shí)，將向其網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送 原語。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 聯(lián)合方式加入網(wǎng)絡(luò)流程 Fig. Unite the way joins a work 首先，應(yīng)用層發(fā)送 NLMENETWORKDISCOVERY. request 原語，其中掃描參數(shù)設(shè) 置為網(wǎng)絡(luò)將要掃描的信道，掃描持續(xù)時(shí)間參數(shù)設(shè)置為時(shí)間每個(gè)信道所需要的時(shí)間。一個(gè)子設(shè)備可以通過以下兩種方法加入到網(wǎng)絡(luò)中： (1)子設(shè)備用 MAC 連接程序來加入網(wǎng)絡(luò)； (2)子設(shè)備直接同一個(gè)預(yù)先所指定 的父設(shè)備連接來加入網(wǎng)絡(luò)。 加入網(wǎng)絡(luò)方式 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中具有從屬關(guān)系的設(shè)備允許一個(gè)新設(shè)備連接時(shí)，它就與新連接的設(shè)備形成了一對父子關(guān)系。達(dá)到該時(shí)間時(shí)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將把 MAC 層中的 macAssociationPermit PIB 屬性設(shè)置為FALSE。 MAC 層的屬性設(shè)置 原語來完成。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò) Fig. Build up a new work 允許加入網(wǎng)絡(luò) 通過 NLMEPERMITJOINING..request 原語來允許設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接，只有設(shè)備為ZigBee 協(xié)調(diào)器或者路由器時(shí)，才能允許設(shè)備嘗試與網(wǎng)絡(luò)連接，允許加入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)流程如圖 所示。 PAN 的啟動(dòng)狀態(tài)通過 原語返回網(wǎng)絡(luò)層。 一旦 nwkExtendedPANId 的值核對，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體即通過 原語給 MAC 層開始新的 PAN 操作。 一旦 nwkExtendedPANId 的值核對 PIB 屬性的 nwkExtendedPANId 值。 如果選擇不出唯一的標(biāo)識(shí)符，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將終止程序，并且通過發(fā)送狀態(tài)參數(shù)為 STARTUPFAILURE 的 原語向上層通告。設(shè)備將隨機(jī)選擇一個(gè)沒有在已選擇信道里使用。如果網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體找不到適合的信道，就將終止建網(wǎng)過程，并且向應(yīng)用層發(fā)出啟動(dòng)失敗信息，即通過發(fā)送參數(shù)狀態(tài)為 STARTUPFAILURE 的 原語向其 上層通告。此后，網(wǎng)絡(luò)層 管理實(shí)體將通過發(fā)送 原語執(zhí)行主動(dòng)掃描，其中該原語的 ScanType 參數(shù)設(shè)置為主動(dòng)掃描， ChannelList 參數(shù)設(shè)置為可允許信道的列表，搜索其他的 ZigBee 設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)能量檢測掃描，設(shè)備網(wǎng)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 絡(luò)層通過發(fā)送掃描類型參數(shù)設(shè)置為能量檢測掃描的 原語到 MAC層進(jìn)行信道能量檢測掃描，掃描結(jié)果通過 原語返回。建立網(wǎng)絡(luò)的流程圖 所 示。如果該過程由其他設(shè)備開始，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將終止改過程，并向其上層發(fā)出非法請求的報(bào)告。 建立網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備通過 過程。網(wǎng)絡(luò)建 立后，雙方設(shè)備一方開始發(fā)送，一方接受。而建立網(wǎng)絡(luò)的過程又分為三部分。 數(shù)據(jù)發(fā)送、接收 數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，首先要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)?？偟脑O(shè)計(jì)流程圖見附錄 一 說明。 分各個(gè)模塊來介紹一下軟件的設(shè)計(jì)思路。 圖 OLED 模塊接口電路 Fig. OLED interface electric circuit 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)也同樣分了三部分。 [4] OLED 模塊 所用的驅(qū)動(dòng)芯片為 SSD1303，給出了一個(gè)專用的接口和驅(qū)動(dòng)電路。目前 , OLED的研究重點(diǎn)是提高器件的穩(wěn)定性、發(fā)光效率和高質(zhì)量動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)技術(shù)以達(dá)到實(shí)用化的要求。 圖 TC77 與單片機(jī)硬件接口電路 Fig. Hardware interface electric circuit 圖 TC77 時(shí)序圖 Fig. TC77 data output timing 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 顯示模塊介紹 顯示模塊將采用 OLED 來實(shí)現(xiàn)。 圖 為 TC77 與單片機(jī)的硬件接口電路。在有多個(gè) TC77 連接到串行時(shí)鐘 和串行數(shù)據(jù)信號(hào)線時(shí)， CE 用于選擇其中的某一個(gè) TC77 器件， CS 為邏輯 “0”時(shí)，用于寫入器件或從器件中讀出數(shù)據(jù)的同步； CS 為邏輯 “1”時(shí)， SCK 被禁止。 [3] 圖 為 TC77 的芯片引腳圖。其他設(shè)備與 TC77 的通信由 SPI 串行總線或 Microwire 兼容接口實(shí)現(xiàn)，該總 線可用于連接多個(gè) TC77，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域溫度監(jiān)控，配置寄存器 CONFIG中的 SHDN 位激活低功耗關(guān)斷模式，此時(shí)電流消耗僅為 (典型值 )。 數(shù)據(jù)采集模塊介紹 TC77 內(nèi)部含有一個(gè) 13 位 ADC，溫度分辨率為 ℃ ／ LSB。 輸出功率編程可控。 內(nèi)部集成有 VCO、 LNA、 PA 以及電源穩(wěn)壓器。 高接收靈敏度（ 94dBm）。 數(shù)據(jù)速率達(dá) 250kbps，碎片速率達(dá) 2Mchip/s。 CC2430 無線部分主要參數(shù)如下： 頻帶范圍為 ~。發(fā)送數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)符和開始符由硬件生成。 CC2430 的發(fā)送器是基于上變頻器的。接受信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)（ RSSI）和相關(guān)值 添加到幀中。內(nèi)存與先進(jìn)先出緩沖區(qū)數(shù)據(jù)移動(dòng)使用DMA 方式來實(shí)現(xiàn)。 CC2430 的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通過“先進(jìn)先出”的方式來接收 128 位數(shù)據(jù)。接收到的射頻信號(hào)通過低噪聲放大器放大而正交降頻轉(zhuǎn)換到中頻。 ADC 完成順序模 /數(shù)轉(zhuǎn)換以及把結(jié)果送至內(nèi)存而不需要 CPU 的干涉。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 當(dāng)使用 ADC 時(shí)， P0 口必須配置成 ADC 輸入作為 8 位 ADC 輸入；把 P0 相應(yīng)的引腳當(dāng)作 ADC 輸入使用，寄存器 ADCCFC 相應(yīng)位置設(shè)置為 1。 CC2430 的 ADC 支持 14 位的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，這跟一般的單片機(jī) 8 位 ADC 不同。組 128 位的數(shù)據(jù)下載到協(xié)處理器中加密，須在下一組數(shù)據(jù)送至協(xié)處理器前完成加密 .每組數(shù)據(jù)送至協(xié)處理器加密前，須給協(xié)處理器一個(gè)開始指令。 CC2430 的數(shù)據(jù)加密由一個(gè)支持先進(jìn)的高級加密技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) AES 的協(xié)處理器來實(shí)現(xiàn) .該協(xié)處理器允許加密 /解密將使用最小 CPU 使用率。采用 DMA 方式發(fā)送時(shí)，由 DMA 控制器向 8051 內(nèi)核發(fā)送 DMA 請求，內(nèi)核響應(yīng) DMA 請求，這時(shí)數(shù)據(jù)輸入 /輸出完全由 DMA 控制器指揮。 DMA 控制器可以把外設(shè)（如 ADC、射頻收發(fā)器）的數(shù)據(jù)移到內(nèi)存而不需要 CC2430內(nèi)核的干涉。 無線 發(fā)送 模塊 無線 接收 模塊 溫度 采集 顯示 模塊 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 cc2430 芯片引腳圖 Fig. The cc2430 chip leads feet diagram 為了提高數(shù)據(jù)存取的效率， CC2430 專門在內(nèi)存與外設(shè)之間開辟了一條專用數(shù)據(jù)通道。 21 個(gè) I/O 引腳都可以作為外部中斷源輸入口，因此如果需要，外部設(shè)備可以產(chǎn)生中斷。其中， P0 和 P1 分別有8 個(gè)引腳， P2 有 5 個(gè)引腳，共 21 個(gè)數(shù)字 I/O 口引腳。芯片如圖 所示。 圖 總體設(shè)計(jì) 框圖 Fig. Total design frame diagram 各功能模塊硬件介紹 無線收發(fā)模塊介紹 CC2430主要特征外設(shè) CC2430芯片延用了以往 CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了 ZigBee射頻 (RF)前端、內(nèi)存和微控制器。第二塊為無線接收發(fā)送模塊，溫度采集后，通過 ZigBee 進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。 （ 2） 從終端應(yīng)用中集合配置消息來確定和執(zhí)行終端的功能。 ZDO 是應(yīng)用解決方案，駐扎在 ZigBee 協(xié)議棧中 APL 層和 APS 層之上。在 ZDO 中的配置屬性是由應(yīng)用或棧 Profile 設(shè)置的配置參數(shù)。 ZDO 也使用配置屬性。 ZigBee 設(shè)備 Profile 串不使用屬性，且同在消息傳輸協(xié)議里的消息類似。 ZIGBEE設(shè)備對象 ZDO ZDO 是使用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用支持層原語執(zhí)行 ZigBee 終端設(shè)備、路由器和協(xié)調(diào)器的一個(gè)應(yīng) 用。每一個(gè)唯一的 Profile 標(biāo)識(shí)符定義了設(shè)備描述和串標(biāo)識(shí)符的一個(gè)聯(lián)合的枚舉量。在 ZigBee 聯(lián)盟里的政策組將就如何定義 Profile 而建立標(biāo)準(zhǔn)，且?guī)椭埱笳咧谱魉鼈兊?Profile 標(biāo)識(shí)符請求。Profile 需要覆蓋一個(gè)足夠?qū)挼脑O(shè)備范圍來允許互動(dòng)性發(fā)生在沒有過渡范圍設(shè)備之間，且導(dǎo)致用來描述它們接口的一個(gè)串標(biāo)識(shí)符的不足。一旦獲得 Profile 標(biāo)識(shí)符， Profile標(biāo)識(shí)符即允許 Profile 設(shè)計(jì)者有如下定義：設(shè)備描述；串標(biāo)識(shí)符。為了符合這個(gè)技術(shù)規(guī)范， Profile 標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)是唯一的。 ZigBee 在兩個(gè)分開的登記定義 Profile，這兩個(gè)等級是：私人的和公開的。這些設(shè)備本身必須在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。 APS 數(shù)據(jù)實(shí)體通過與之連接的 SAP 提供管理服務(wù)，并且維護(hù)一個(gè)管理實(shí)體數(shù)據(jù)庫，即 APS 信息庫。該接口提供了 ZigBee 設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)。 ZigBee應(yīng)用支持子層 ZigBee 應(yīng)用支持子層的功能建立在兩個(gè)基礎(chǔ)之上：一是正確運(yùn)行 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層的驅(qū)動(dòng)功能；二是制造商定義的應(yīng)用對象所需要的功能。 服務(wù)發(fā)現(xiàn)信息在網(wǎng)絡(luò)中也許被隱藏。服務(wù)發(fā)現(xiàn)通過在一個(gè)已給設(shè)備的每一個(gè)端點(diǎn)發(fā)送詢問或通過使用一個(gè)匹配服務(wù)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)地址請求是廣播且攜帶一個(gè)已知的 IEEE 的地址作為負(fù)載。這有兩種形式的設(shè)備