【正文】 13 功能，該實體還負責維護 MAC層固有的管理對象的數(shù)據(jù)庫。 MAC子層處理所有物理層無線信道的接入，其主要工作有： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標幀： 支持多個域網(wǎng) (PAN)的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)； 為設(shè)備的安全提供支持； 與網(wǎng)絡(luò)信標同步； 信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入／沖突避免 (CSMA／ CA)機制； 處理和維護保護時隙 (GTS)機制： 在兩個對等的 MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。 MAC子層使用物理層提供的服務(wù)實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)幀傳輸，而 LLC子層在MAC 子層的基礎(chǔ)上，在設(shè)備之間提供面向連接 (關(guān)聯(lián) )和非連接 (取消關(guān)聯(lián) )的服務(wù)。如果數(shù)據(jù)包的長度類型為 5字節(jié)或大于 8字節(jié)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元 (PSDU)攜帶 MAC層的幀信息，即 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。 ZigBee 物理層數(shù)據(jù)包由同步包頭、物理層包頭和物理層凈荷三部分組成。通過這兩個服務(wù)接入點提供如下服務(wù)：通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點 (PD— SAP)為物理層數(shù)據(jù)提供服務(wù)；通過物理層管理實體 (PLME)服務(wù)的接入點(PLME— SAP)為物理層管理提供服務(wù)。 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。 PHY數(shù)據(jù)服務(wù)：在物理無線信道上接收和發(fā)送PHY協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDUs)，物理層負責下面的任務(wù)： 無線收發(fā)信機的激活和去激活； 在當前 信道上的能量監(jiān)測 (ED)； 鏈路質(zhì)量指示 (LQI)，用在接收的數(shù)據(jù)包上； 清除信道評估 (CCA)； 信道頻率選擇； 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收； IEEE 在物理層中還規(guī)范了傳輸速率以及調(diào)制方式等相關(guān)要求。 868MHz 上的傳輸速率為 20kb／ s， 915MHz 上的傳輸速率則是 40kb／ s。 2． 4GHz的物理層通過采用 16相調(diào)制技術(shù)，能夠提供 250kb／ s的傳輸速率，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐率，縮短了通信時延和數(shù)據(jù)收發(fā)的時間 ，所以更加省電。兩個物理層都基于直接序列擴頻 (DSSS， Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率的不同。 4． 2． 1 PHY(物理 )層 ZigBee 的通信頻率在物理層來規(guī)范， ZigBee 根據(jù)不同的國家和地區(qū)為其提供不同的工作頻率范圍， ZigBee 所使用的頻率范圍分別為 2． 4GHz 和 868／915MHz。所有基于競爭的傳輸都要在 CFP開始前結(jié)束，同樣， GTS的傳輸也要確保在下個 GTS 開始前結(jié)束。 GTS 由無競爭時基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 11 段 (CFP)組成，它總是緊跟著 CAP，在活躍的超幀尾部。在非活躍部分，協(xié)調(diào)器將不與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，進入低能模式。所有的傳輸要在下一個信標到來之前結(jié)束。信標可用來使接入的設(shè)備同步，描述超幀結(jié)構(gòu)。超幀的格式由傳感 器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器定義，超幀被分為 16 個大小相等的時隙 n 別，由協(xié)調(diào)器發(fā)送，如圖 4． 2所示。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層主要用于 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)連接、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡(luò)安全等，而應(yīng)用層主要用于對 ZigBee技術(shù)的實際應(yīng)用提供一些應(yīng)用框架模型等。管理服務(wù)通過 MAC 層管理實體 (MLME)服務(wù)接入點 (SAP)訪問高層， MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)使 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)的收發(fā)可以通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。然后這個連續(xù)的偽噪聲 CHIP序列被調(diào)制 (采用最小鍵控方式 )到載波上，即采用半正弦脈沖波形的偏移正交相移鍵控 (OOPSK)調(diào)制方式。從能量、成本和效率來看，不同的數(shù)據(jù)速率能為不同的應(yīng)用提供較好的選擇。在 IEEE802． 15． 4 中，總共分配了 27個具有 3種速率的信道：在 2． 4GHz 頻段有 16 個速率為 250kb／ s 的信道；在 915MHz 頻段有l(wèi)O個 40kb／ s的信道；在 868MHz頻段有一個 20kb／ s的信道。 ZigBee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 (APL)框架的設(shè)計，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、 ZigBee設(shè)備對象 (ZDO)和由制造商制訂的應(yīng)用對象。它是基于標準的開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型，但僅對那些涉及 ZigBee的層予以定義。每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個 SAP 提供了一系列的基本服務(wù)指令來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 4． 1 ZigBee協(xié)議棧概述 ZigBee技術(shù)是一個具有統(tǒng)一技術(shù)標準的短距離無 線通信技術(shù)?；鶐盘柕耐喾至亢驼环至恐苯颖粩?shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號，通過低通濾波器后，直接變頻到設(shè)定的信道上。接收數(shù)據(jù)時，這些部分只用于幀同步和 CRC校驗，而不會保存到接收 FIFO緩存區(qū)。 CC2500的 FIFO 緩存區(qū)保存 MAC幀的長度、 MAC幀頭和 MAC幀負載數(shù)據(jù)三個部分，而不保存幀校驗碼。后續(xù)的處理，如自動增益控制、最終信道選擇、解擴以及字節(jié)同步等，都是以數(shù)字信號的形式處理。 CC2500 從天線接收到射頻信號時，首先經(jīng)過低噪聲放大器 (Low Noise Amplifier,LNA)，然后在正交下變頻到 2MHz的中頻上，形成中頻信號的同向分量和正交分量。 8)與微處理器的接口配置容易 (4總線 SPI接口 )。 5)所需外圍元件很少 。 2)工作頻帶范圍 : 3)數(shù)據(jù)傳輸速率為 500kpbs。 CC2500 的選擇性和敏感性質(zhì)數(shù)超過了 IEEE8 ，可確保短距離通信的有效性和可靠性，且其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達 500kpbs，因此可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。而且 CC2500。 CC2500 具有片上載波感應(yīng)指示燈和數(shù)字 RSSI 輸出，有助于提高無線鏈路的 質(zhì) 量 。 CC2500 基于 Chipcon 公司的 SmartRF03 技術(shù)，以 ,no CMOS工藝制成。 2． 3． 3 MSP430F2274 的尋址模式 MSP430F2274有 7種尋址方式，其中源操作數(shù)可用全部的 7種方式尋址，而目的操作數(shù)只有 4種方式尋址。程序代碼可分為 3種情況：中斷向量區(qū)、用戶程序代碼及系統(tǒng)引導程序。 程序存儲器 ROM 程序 ROM 區(qū)位 0FFFFH 以下一定數(shù)量存儲空間，可存放指 令代碼和數(shù)據(jù)表 格。 在字節(jié)操作時，每 8 位為一個操作單位；在字操作時，每兩個字節(jié)為一個操作單位，而且對準偶地址操作?？梢宰植僮?，也可以字節(jié)操作，通過指令后綴加以區(qū)別。 由于采用“馮 諾依曼”結(jié)構(gòu)， ROM和 RAM在同一地址空間，從 00000H～ 0FFFFH這一段范圍內(nèi)從低到高分別是：特殊功能寄存器、外圍模塊、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和中斷向量表。 當存儲器組織為 64KB或更少時采用小模式，地址空間為最低的 64KB，而目前的器件都設(shè)計成小模式，最大的程序存儲空間 60KB空間中。在小模式時，總的尋址空間為 64KB；大模式時，總的尋址空間為 1MB。 2． 3． 2 MSP430F2274 的存儲器組織 MSP430F2274 的存儲空間采用“馮 諾依曼”結(jié)構(gòu)， ROM 和 RAM 在同一地址空間，使用一組地址數(shù)據(jù)總線。這 4種尋址方式均可用于源操作數(shù)，而索引、符號和絕對尋址方式只可以用于目的操作數(shù)。 MSP430F2274 的通用寄存器是 430 活動的打不風場所，可以執(zhí)行算術(shù)邏輯運算，也可以作為臨時的暫存單元；可以字操作，也可以字節(jié)操 作。表 CG1和 CG2可以產(chǎn)生的常數(shù)。 位 8 V 當算術(shù)運算結(jié)果超出有符號數(shù)范圍時置位。要設(shè)置 OscOff=1，必須同時設(shè)置 CPUOFF=1. 位 6 SCG0 此位與位 7一起控制系統(tǒng)時鐘發(fā)生器的 4中活動狀態(tài)。 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 4 位 4 CPUOFF CPU 控制位 置位使 CPU 進入關(guān)閉模式，此時除了 RAM內(nèi)容、端口、寄存器保持外， CPU處于停止狀態(tài)，可用所有允許的中斷將 CPU 從此狀態(tài)喚醒。 位 3 GIE 中斷控制位 置位允許中斷，復位禁止所有的中斷。 位 1 Z 零標志 當運算結(jié)果為 0時置位，否則復位。 簡寫 功能 RO R1 R2 R3 R4 ? R15 程序計數(shù)器 PC，指示下一條將要執(zhí)行的指令的地址 堆棧指針 SP，指向堆棧的棧頂 狀態(tài)寄存器 SR/常數(shù)發(fā)生器 CGI 常數(shù)發(fā)生器 CG2 通用工作寄存器 R4 ?? 通用工作寄存器 R15 表 MSP430F2274的 CPU的 16個寄存器 SR 狀態(tài)寄存器記錄程序執(zhí)行過程中的現(xiàn)場情況，在 程序設(shè)計中有相當重要的地位。系統(tǒng)對堆棧的操作為隱式，主要為自動保存 PC 的數(shù)值。系統(tǒng)在將數(shù)據(jù)壓入堆棧時，總是先將堆棧指針 SP的值減 2，然后再將數(shù)據(jù)送到 SP所指的 RAM單元。 SP 系統(tǒng)堆棧在系統(tǒng)調(diào)用子程序或進入中斷服務(wù)程序是，保護程序計數(shù)器 PC。程序計數(shù)器 PC 的內(nèi)容總是偶數(shù)，指向偶字節(jié)地址。表 16個寄存器做了簡要的說明。16 個寄存器中有 4 個為特殊用途，他們分別是：程序計數(shù)器、堆棧指針、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器。中央處理單元 CPU采用了精簡的、高透明的、高效率的正交設(shè)計。因此 ,MSP430F2274 單片機在許多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。其內(nèi)部帶有 10 位 A/ D ,1. 8～ 3. 6V 的工作電壓 ,5 種低功耗省電模式 ,從待機到喚醒的響應(yīng)時間不超過 1μ s ,片內(nèi)高頻時鐘源 ,頻率高達16MHZ,內(nèi)部還有低功耗低頻振蕩器 VLO ,32KHZ 晶振模塊。開發(fā)語言有匯編語言和 C語言。對于 OTP型和 ROM 型的器件是用相對應(yīng)的 EPROM型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功之后再燒寫或掩膜芯片；而對于 FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有 JTAG 調(diào)試接口，還有可電擦寫的 FLASH存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 就扣讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法 進行開發(fā)。 ?方便高效的開發(fā)環(huán)境 目前 MSP430系列有 4種類型器件： OTP 型、 FLASH型、 EPROM型和 ROM型。其中，看門狗可以使程序時空是迅速復位；比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器可以設(shè)計為 A/D 轉(zhuǎn)換器；定時器具有捕獲 /比較功能，可用于時間技術(shù)、時序發(fā)生、PMW等；有的器件更具有兩個串口，可方便地實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的并行端口，最多可達 200Kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達 120 段。 ?豐富的片內(nèi)外設(shè) MSP430 系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。然后軟件可設(shè)置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_ 定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。 MSP430系列單片機具有以下一些共同的特點 ?低電壓、超低功耗 MSP430 系列單片機，在 電壓、 1MHZ 的時鐘條件下運行，耗電電流因不同的工作模式而不同；具有 16 個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將 CPU 喚醒只要 6μ s，可編制出實時性特別高的源代碼；可將 CPU置于省電模式，以用中斷方式喚醒 程序。 MSP430 系列單片機片上集成了豐富的功能模塊。 2． 2 MSP430單片機的功能 TI 公司的 MSP430 系列單片機是 16 位超低功耗微控制器，其中包括一系列器件，它們針對不同的應(yīng)用而由各種不同的模塊組成，這些微控制器被設(shè)計為可用電池工作，而且可以有很長的使用時間。它是一個 16 位的精簡指令架構(gòu)，有 大量的工作寄存器和數(shù)據(jù)儲存器，其 RAM 單元也可以實現(xiàn)運算。 TI公司的 MSP430 系列是一個超低功耗類型的單片機，特別適合于電池應(yīng)用的場合或手持設(shè)備。同時，提 供溫度數(shù)據(jù)的 Web發(fā)布功能。 實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線之間的連接。因此，設(shè)計一種成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的溫度傳感器系統(tǒng)將很有意義． 基于網(wǎng)絡(luò)的溫度傳感器系統(tǒng)采用新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的分布式采集，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)受布線限制、系統(tǒng)容量小、不易擴展的問題，拓展了溫度監(jiān)測的地域范圍．另外，系統(tǒng)采用成熟的 Modbus 總線技術(shù)和以太網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建了完整的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚和遠傳等功能． 本課題綜合運用無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)，用網(wǎng)絡(luò)化思想構(gòu)建了溫度傳感器系統(tǒng)，具有成本低、覆蓋面積廣、容量大、易擴展、便于安裝和維護的優(yōu)點． 本課題旨在實現(xiàn)一個覆蓋面積廣、易擴展、便于安裝和維護的低成本溫度傳感器系統(tǒng)．具體需要實現(xiàn)以下目標： 建立體積小、成本低、適應(yīng)性強且功耗低的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。很多情況下，布線成本很高，或者根本無法布 線，導致溫度傳感器系統(tǒng)的監(jiān)測范圍受到限制。 關(guān)鍵詞： MSP430F2274 ZIGBEE CC2500 基于 eZ430RF2500 的無線溫度傳感器的設(shè)計 【 Abstract】 With the rapid development of technology， human has been in information