【正文】 設(shè)備在成功入網(wǎng)后，啟動休眠定時器，間隔 10 秒鐘喚醒一次，醒來后使用一種簡單的非時隙 CSMACA，通過競爭機(jī)制取得信道使用權(quán)，通過PC 機(jī)向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求數(shù)據(jù) [20]。協(xié)調(diào)器自動組網(wǎng)傳感器終端節(jié)點(diǎn)自動聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。而基于 Zigbee 的這種短距離無線通信系統(tǒng)以其低功耗、高性價比，系統(tǒng)安裝維護(hù)便捷，而且該系統(tǒng)擁有擺脫數(shù)據(jù)采集監(jiān)測過程上空間限制，可應(yīng)用到更多場合中。低速率無線個人局域網(wǎng)的物理層和媒體接入控制協(xié)議 MAC 數(shù)據(jù)包最長為 127 個字節(jié)，所有的數(shù)據(jù)包的信息組成都是由 16CRC 值以及頭字節(jié)組成，在數(shù)據(jù)傳輸過程里我們設(shè)置了 ACK 標(biāo)志位為 1 的幀，以此作為應(yīng)答傳輸機(jī)制的信號幀，假如在規(guī)定時間里仍然沒有收到反饋回來的應(yīng)答信號，就說明終端溫度采集節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常。 (3)MAC，其中含有單個幀校驗(yàn)的序列 (FCS)。 (2)MAC 凈載荷子域 (動態(tài)長度 )，幀的類型是由包含在其內(nèi)部的信息來確定的。 圖 MAC 層參考模型 基于 Zigbee 技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 12 MAC 幀的基本組成部分 如表 所示。 MAC 子層主要負(fù)責(zé)以下幾項任務(wù)：協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；信標(biāo)同步；支持 PAN 關(guān)聯(lián)和解關(guān)聯(lián)； CSMA—CA信道訪問機(jī)制；處理和維護(hù)保證時隙（ GTS）機(jī)制；在兩個對等 MAC 實(shí)體間提供可靠鏈路。 MAC 子層提供兩種服務(wù)： MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)和 MAC 層管理服務(wù)（ MAC sublayer management entity,MLME）。物理層的接口結(jié)構(gòu)如 圖 所示 。 1 1 , 1 2 . . . 2 6k 11k2409F1 , 2 . . . 1 0k 1k2906 0k c ????????）（）（ccFF () 其中 k——信道號； Fc——頻段（ MHz） 物理層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從 MAC 層到物理層無線信道的接口。 2450MHz頻段上劃分了 16 個信道， 915MHz 頻段上有 10 個信道， 868MHz 頻段只有 1 個信道。 物理層定義了 868MHz、 915MHz 和 。 基于 Zigbee 技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 10 表 主要協(xié)議框架 應(yīng)用層 網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層 MAC 層 868/915 PHY 層 PHY 層 物理層規(guī)范 物理層 (PHY)給出了兩種類型的服務(wù)：管理服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。它是具有低復(fù)雜度、應(yīng)用成本小、設(shè)備功耗低等優(yōu)勢，能在低成本設(shè)備之間進(jìn)行低速率信息傳輸規(guī)范。 MESH 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能， 網(wǎng)絡(luò)可以通過 ―多級跳 ‖的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。 圖 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 通常在支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)上，網(wǎng)絡(luò)層會提供相應(yīng)的路由探索功能，這一特性使得網(wǎng)絡(luò)層可以找到信息傳輸?shù)淖顑?yōu)化的路徑。這種路由機(jī)制使得信息的通訊變得更有效率，而且意味這一旦一基于 Zigbee 技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 9 個路由路徑出現(xiàn)了問題，信息可以自動的沿著其他的路由路徑進(jìn)行傳輸。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问胶蜆湫瓮負(fù)湎嗤?；可以參考上面所提到的樹形網(wǎng)絡(luò)拓 撲。另外信息的路由是由協(xié)議棧層處理的，整個的路由過程對于應(yīng)用層是完全透明的。如果需要從一個節(jié)點(diǎn)向另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么信息將沿著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先節(jié)點(diǎn)然后再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。樹形拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)如 圖 所示 。 圖 形狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 基于 Zigbee 技術(shù)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 8 樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹形拓?fù)浒ㄒ粋€ Coordinator（協(xié)調(diào)者）以及一系列的 Router（路由器）和End Device（終端）節(jié)點(diǎn)。Coordinator（協(xié)調(diào)者）有可能成為整個網(wǎng)絡(luò) 的瓶頸。 可以從圖 發(fā)現(xiàn)， 如果需要在兩個 End Device 節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊必須通過 Coordinator 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星形拓?fù)涫亲詈唵蔚囊环N拓?fù)湫问?，他包含一個 Coordinator（協(xié)調(diào)者）節(jié)點(diǎn)和一系列的 End Device（終端）節(jié)點(diǎn)。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應(yīng)的目的端點(diǎn)。 Zigbee 設(shè)備對象負(fù)責(zé)設(shè)備的所有管理工作，包括設(shè)定該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（協(xié)調(diào)器、路由器或終端設(shè)備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，確定這些設(shè)備能提供的功能，發(fā)起或響應(yīng)綁定請求，完成設(shè)備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。對于終端節(jié)點(diǎn)而言，網(wǎng)絡(luò)層的功能只是加入和離開網(wǎng)絡(luò)；對于路由器而言，網(wǎng)絡(luò)層的功能是信息的轉(zhuǎn)發(fā)，路由發(fā)現(xiàn)，建立和維護(hù)路由表和鄰居表，以及構(gòu)造到某節(jié)點(diǎn)的路由任務(wù)；而協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)主要包括啟動和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)正常工作，為新加入的節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。 網(wǎng)絡(luò)層 基于底層的可靠通信，提供路由、路由發(fā)現(xiàn)、多跳、轉(zhuǎn)發(fā)的功能。 媒體訪問控制層 媒體訪問控制（ MAC）層建立了一條節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的節(jié)點(diǎn)之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。 Zigbee 具有可靠的發(fā)送接收握手機(jī)制 ,可靠地保證了數(shù)據(jù)的發(fā)送接收 ,另 Zigbee 采用 AES128 位密鑰 ,保證數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性。舉例 DIGI 的 XBEE 增強(qiáng)型模塊，相鄰模塊通訊距離可達(dá),有效距離范圍內(nèi)的模塊自動組網(wǎng) ,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)可自由通訊 ,這樣傳輸距離得到了擴(kuò)展 . 5. 成本低。模塊最有較小的發(fā)送接收電流 ,支持多種睡眠模式 ,一個 10AH的電池 ,在 Zigbee水表中可使用 8年 .Zigbee通訊速度最高可達(dá) 250Kbps,適合用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊，不太適合用于聲音、圖像的傳送。相比較 ,藍(lán)牙需要 3～ 10s、 WiFi需要 3s。 2. 網(wǎng)絡(luò)時延短。網(wǎng)絡(luò)有星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 Zigbee 的主要特性 1. 自動組網(wǎng) ,網(wǎng)絡(luò)容量大。 可以這樣說 ，按照 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)出來的檢測和控制產(chǎn)品，與那些使用其他無線標(biāo)準(zhǔn)（如 Bluetooth和 WiFi）的產(chǎn)品相比，安裝更容易，功耗更低；特別是在處理遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制系統(tǒng)中，其區(qū)別更加明顯。其次各種功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相互間可以在任意節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通信。簡言之， Zigbee 就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)?？梢哉f，是一種小的動物通過簡捷的方式實(shí)現(xiàn) ―無線 ‖溝通，人們借此來稱呼這種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) [2]。主要用于距離短、功耗低且 傳輸速率 不高 的各種 電子設(shè)備 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用 [1]。以此實(shí)現(xiàn)基于 Zstack 協(xié)議棧的數(shù)據(jù)無線透明傳輸。 使用 IAR開發(fā)環(huán)境程序設(shè)計， Zstack—— SampleApp工程基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)及通訊。熟悉有關(guān) Zstack2020 協(xié)議棧的具體內(nèi)容。 本論文的主要研究內(nèi)容可概括如下： 學(xué)習(xí) TI ZStack2020 協(xié)議棧內(nèi)容，掌握 CC2530 模塊無線組網(wǎng)原理及過程。最后 Zigbee 標(biāo)準(zhǔn)有助于降低應(yīng)用成本。利用溫度傳感器采集來的溫度數(shù)據(jù)，通過 Zigbee 自組網(wǎng)技術(shù)經(jīng)由終端節(jié)點(diǎn)上傳 給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)整理信息再通過串口通信上傳給上位機(jī)（ PC 機(jī)），以此對溫度進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。 論文的主要研究內(nèi)容 本論文旨在開發(fā)一個基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時無線溫度采集控制系統(tǒng)。在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本，同時由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機(jī)時間，提 高效率，并延長設(shè)備的使用時間 [19]。它與 通信技術(shù) 和 計算機(jī)技術(shù) 共同構(gòu)成 信息技術(shù) 的三大 支柱 。本系統(tǒng)選擇 Zigbee 無線通信模塊結(jié)合數(shù)字溫濕度傳感器 SHT10 進(jìn)行溫度的采集測量具有很好的通用型與擴(kuò)展性。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下 3 個階段 :① 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器， ② 模擬集成溫度傳感器，③ 智能集成溫度傳感器 [3].目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。因此研究溫度測量與采集的方法及其相關(guān)硬件設(shè)備具有重要的意義，而采集測量溫度的關(guān)鍵就是溫度傳感器。 溫度是日常生活中一種最基本的環(huán)境參數(shù)，自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)。Wireless sensor work； ZigBee；temperature acquisition III 目 錄 第 1 章 緒論 ..................................................................................................................... 1 課題背景與意義 ................................................................................................. 1 無線溫度采集 的現(xiàn)狀與未來展望 ..................................................................... 1 論文的主要研究內(nèi)容 ......................................................................................... 2 第 2 章 Zigbee 技術(shù) ......................................................................................................... 4 Zigbee 技術(shù)簡介 ................................................................................................. 4 Zigbee 是什么 ........................................................................................... 4 Zigbee 的優(yōu)勢 ........................................................................................... 4 Zigbee 的主要特性 ................................................................................... 5 Zigbee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) ............................................................................................. 5 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) .................................................................................... 7 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ........................................................................................... 7 樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ........................................................................................... 8 Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ......................................................................................... 8 IEEE 規(guī)范 ............................................................................................ 9 物理層規(guī)范 ............................................................................................. 10 MAC 層規(guī)范 ............................................................................................11 第 3 章 溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ............................................................................... 13 系統(tǒng)整體設(shè)計 ................................................................................................... 13 硬件設(shè)計 ...............