【正文】 此完全同步兩種狀態(tài)。流程圖如下圖20。而網(wǎng)絡(luò)終端則會(huì)周期性的監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)，如果自己是協(xié)調(diào)器傳送對(duì)象，則該器件利用開(kāi)槽CSMA/CA將MAC命令請(qǐng)求控制信息傳給協(xié)調(diào)器。其工作的原理如圖19。星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中只存在前兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，因?yàn)閿?shù)據(jù)只在協(xié)調(diào)器和設(shè)備之間交換；而在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，三種數(shù)據(jù)傳輸方式都存在。如果某個(gè)設(shè)備在非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段一直處在接收狀態(tài)，那么擁有GTS使用權(quán)的設(shè)備就可以在GTS階段直接向該設(shè)備發(fā)送信息。競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段的功能包括使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自由收發(fā)數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)域內(nèi)設(shè)備向協(xié)調(diào)者申請(qǐng)GTS時(shí)段，加入新設(shè)備到當(dāng)前PAN網(wǎng)絡(luò)等。IEEE 。如果申請(qǐng)成功，申請(qǐng)?jiān)O(shè)備就擁有了它指定的時(shí)槽數(shù)目。在非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段，協(xié)調(diào)器根據(jù)上一個(gè)超幀PAN網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備申請(qǐng)GTS的情況，將非競(jìng)爭(zhēng)時(shí)段劃分成若干個(gè)GTS。超幀的活躍部分被劃分為16個(gè)等長(zhǎng)的時(shí)槽，由協(xié)調(diào)器設(shè)定每個(gè)時(shí)槽的長(zhǎng)度、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段包含的時(shí)槽數(shù)等參數(shù)，并通過(guò)超幀開(kāi)始時(shí)發(fā)出的信標(biāo)幀廣播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在不活躍期間，PAN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會(huì)相互通信，進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。如果不存在信道固定分配周期的話，所有的數(shù)據(jù)傳送將完全通過(guò)CSMA/CA競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)接入信道。圖18 超幀結(jié)構(gòu)在超幀零時(shí)隙中定義了一個(gè)信標(biāo)幀（beacon），beacon除了信標(biāo)的意思外，還能理解為燈塔。超幀結(jié)構(gòu)中同時(shí)包含了三種不同的信道接入周期，從而多樣化信道的接入方式同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。（1）超幀結(jié)構(gòu)在IEEE ，通過(guò)基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式，提高了信道的利用率，增大了網(wǎng)絡(luò)效能，而固定時(shí)隙的分配，滿足了有特殊需求和一些重要的數(shù)據(jù)傳送。前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，而后者從事MAC層的管理活動(dòng)，并維護(hù)一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。物理層報(bào)頭指示凈荷部分的長(zhǎng)度，凈荷部分含有MAC層數(shù)據(jù)包，最大長(zhǎng)度是127字節(jié)。那么PPDU格式信息如表4所示。每個(gè)信道占用半個(gè)片碼偏移周期。數(shù)據(jù)碼片采用半正弦脈沖波形的偏移正交四相相移鍵控技術(shù)（OQPSK）調(diào)制。在PHY層有關(guān)函數(shù)中，傳輸能量（POWER），傳輸中心頻率的兼容性及頻率穩(wěn)定度(標(biāo)識(shí)了無(wú)線解碼器工作頻率的穩(wěn)定程度)，接收器之感度，接收信號(hào)強(qiáng)度指示的測(cè)量時(shí)較為重要的參數(shù)。圖17 PHY模型其中，RFSAP是有驅(qū)動(dòng)程序提供的接口，PDSAP是PHY層提供給MAC層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，PLAMESAP是PHY層給MAC層提供的管理服務(wù)接口。（2）物理層主要功能物理層功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要用于硬件驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)距傳輸和物理信道的管理。IEEE ，新到編號(hào)從0至26，每個(gè)具體的信道對(duì)應(yīng)著一個(gè)中心頻率，覆蓋了以上的3個(gè)不同的頻段。在這三個(gè)頻段上發(fā)送數(shù)據(jù)使用的速率信號(hào)處理過(guò)程以及調(diào)制方式等方面存在一定差異，其中2400 MHZ頻段的數(shù)據(jù)傳輸速率為250 kbit/s。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)是從無(wú)線信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)與物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。下面我們具體介紹下這兩層的結(jié)構(gòu)和它們是如何工作的。IEEE ：物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制層（MAC）。該標(biāo)準(zhǔn)定義的LRWPAN網(wǎng)絡(luò)的特征與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處。該標(biāo)準(zhǔn)以能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點(diǎn)目標(biāo)。外圍電路設(shè)計(jì)的電路圖如圖16所示，所用參數(shù)已標(biāo)注在圖上 。 硬件總體設(shè)計(jì)由于CC2530內(nèi)部已經(jīng)建成大量必要電路，因此其外圍只需較少的電路即可完成功能實(shí)現(xiàn)。增益大小的選擇取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)電波覆蓋區(qū)域的要求，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。選擇天線類型的意義是：所選天線的方向圖是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電波覆蓋的要求；選擇天線電氣性能的要求是：選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標(biāo)是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。天線作為無(wú)線通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞直接影響通信系統(tǒng)的指標(biāo)，在選擇天線時(shí)必須首先注重其性能。圖15 RF天線安裝電路圖無(wú)線RF的外圍電路連接與CC2530芯片有對(duì)應(yīng)的引腳接口：引腳25對(duì)應(yīng)RF_N，引腳26對(duì)應(yīng)RF_P。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流。那么此電路在CC2530芯片上對(duì)應(yīng)的引腳接口是LED1對(duì)應(yīng)引腳8（P1_2），LED2對(duì)應(yīng)引腳9（P1_1）。電路的指示燈電路如圖14所示。因?yàn)锳DC0809內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘，故必須由外部提供工作時(shí)鐘，可由CC2530內(nèi)部定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。高電平有效，OE=1：輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0：輸出數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻態(tài)。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變?yōu)楦唠娖?，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。ST上跳沿清零所有寄存器，下跳沿開(kāi)始AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換期間ST保持低電平。那么，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)的電路如圖13所示。傳感器按照其信號(hào)輸出類型大致可分為：模擬信號(hào)輸出類、數(shù)字信號(hào)輸出類。電路采用∏，電路如圖12所示。此次設(shè)計(jì)中所選用均為模擬輸出信號(hào)類傳感器，包括有輸出電流信號(hào)、輸出電壓信號(hào)和輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)三種類型。 外接模塊設(shè)計(jì)外接模塊（傳感器模塊）可以測(cè)量各種物理量和感知環(huán)境的，比如溫度、濕度、光強(qiáng)、雨雪等。 它通過(guò)COMPIM中的2（RXD）、3（TXD）與電腦相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)間的交換。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。所以用MAX232來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。常用的TTL電平最高 5V。圖11為MAX232串口的連接電路圖，用來(lái)與數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備進(jìn)行串行通信口實(shí)驗(yàn)和仿真調(diào)試下載程序的。MAX232主要特點(diǎn)有單5V電源工作、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器、+30V輸入電平、低電源電流（8mA）。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為T(mén)TL，從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TTL電平到RS232電平再返回TTL電平。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。RS232是單片機(jī)間，或單片機(jī)與上位機(jī)間通信聯(lián)絡(luò)用。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而形成的。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、7100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。通常RS232接口以9個(gè)接腳或是25個(gè)接腳的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS232接口，分別稱為COM1和COM2。其余六個(gè)引腳的對(duì)應(yīng)P0接口如表3所示。JTAG接口電路如圖10所示。它有2種連接標(biāo)準(zhǔn)，即14針接口和20針接口。此外，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)在線編程，對(duì)FLASH等器件進(jìn)行編程。JTAG最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP端口，通過(guò)專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。TCK測(cè)試時(shí)鐘輸入管腳JTAG鏈路的時(shí)鐘信號(hào)，直接輸入到邊界掃描電路，所有操作都在其上升沿或下降沿時(shí)刻發(fā)生。TMS測(cè)試模式選擇管腳該數(shù)據(jù)管腳是控制信號(hào)，它決定TTAP控制器的轉(zhuǎn)換。表2 JTAG引腳功能描述表管腳名名稱功能描述TDL測(cè)試數(shù)據(jù)輸入管腳JTAG指令和測(cè)試編程數(shù)據(jù)的串行輸入管腳，數(shù)據(jù)在TCK信號(hào)的上升沿時(shí)讀入。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線接口：TIVIS、TCK、TDI以及TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線。JTAG技術(shù)是一種嵌入式測(cè)試技術(shù)。按鍵按下去就相當(dāng)于上電那一瞬，讓電容短路。電容上極板也就是RESET_LN腳最終為高電平。上電復(fù)位的情況：通電瞬間電容可以當(dāng)短路，所以RESET_LN腳為低電平。復(fù)位電路如圖9所示。 復(fù)位電路設(shè)計(jì)該電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能，有助于用戶調(diào)試程序。系統(tǒng)晶體震蕩電路屬于對(duì)稱電路，兩個(gè)引腳不過(guò)與區(qū)分，所以，芯片對(duì)應(yīng)的引腳為引腳22（XOCS_Q1）、引腳23（XOCS_Q2）。實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振振蕩器電路如圖8所示。 圖7 系統(tǒng)晶體振蕩電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基本功能是保持跟蹤時(shí)間和日期等信息，但許多RTC還提供有多種附加功能，如：看門(mén)狗定時(shí)器、系統(tǒng)復(fù)位、非易失存儲(chǔ)器（NV RAM）、序列號(hào)、方波輸出、涓流充電等。內(nèi)部PLL電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率。根據(jù)CC2530的最高工作頻率及PLL電路的工作方式，選擇25MHz的無(wú)源晶體振蕩器，其頻率經(jīng)過(guò)微處理器內(nèi)部PLL電路倍頻后，最高可達(dá)96MHz。濾波電路如圖6所示。對(duì)于脈動(dòng)直流電中的交流成分，旁路電容C相當(dāng)于短路，交流量經(jīng)過(guò)電容，而不經(jīng)過(guò)負(fù)載，負(fù)載被電容短路。5V轉(zhuǎn)1．8V和3．3V電源電路，如圖5所示。AS1117除了能提供多種固定電壓版本外，還提供可調(diào)端輸出版本。在這里選用AS1117芯片。圖4 24V轉(zhuǎn)換電路LM317輸出電壓計(jì)算方法如公式（1）： （1）因?yàn)榭刂圃谛∮趌00uA，這一項(xiàng)的誤差在多數(shù)應(yīng)用中可忽略。另外在用的時(shí)候要注意功耗問(wèn)題和散熱問(wèn)題。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。為了得到可靠的穩(wěn)定電壓，此處選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成DCDC變換器LM317。（2）運(yùn)行條件CC2530在良好的環(huán)境中運(yùn)行才能達(dá)到最好的效果，其環(huán)境參數(shù)如表1。另外，它提供了MCU和無(wú)線設(shè)備之間的一個(gè)接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動(dòng)操作和確定無(wú)線設(shè)備事件的順序。（1）無(wú)線設(shè)備CC2530具有一個(gè)IEEE 。（9）看門(mén)狗：一個(gè)內(nèi)置的看門(mén)狗，允許CC2530在固件掛起的情況下復(fù)位自身。（7）定時(shí)器3和定時(shí)器4：是8位定時(shí)器，具有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/PWM功能。（5）定時(shí)器1：是一個(gè)16位定時(shí)器，具有定時(shí)器PWM功能。（3）I/O控制器：負(fù)責(zé)所有通用I/O引腳。（1）CPU 和內(nèi)存：CC253x芯片系列中使用的8051CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核。（4）外設(shè)部分：強(qiáng)大的5 通道DMA；IEEE MAC定時(shí)器，通用定時(shí)器（一個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)8位定時(shí)器）；IR 發(fā)生電路；具有捕獲功能的32kHz 睡眠定時(shí)器；硬件支持CSMA/CA；支持精確的數(shù)字化RSSI/LQI；電池監(jiān)視器和溫度傳感器；具有8 路輸入和可配置分辨率的12 位ADC；AES安全協(xié)處理器；2 個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強(qiáng)大USART；21個(gè)通用I/O引腳（194 mA，220 mA）；看門(mén)狗定時(shí)器。（2）具有低功耗優(yōu)點(diǎn)：主動(dòng)模式RX（24 mA）；主動(dòng)模式TX 在1dBm（CPU 空閑）29mA；供電模式1（2 mA）；供電模式21 μA；供電模式3（外部中斷） μA；寬電源電壓范圍（2 V– V）。 CC2530芯片功能介紹CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KBRAM 和許多其他強(qiáng)大的功能。圖3 CC2530引腳圖CC2530是集合型芯片，所以其本身就有40個(gè)引腳。那么CC2530芯片的實(shí)物如圖2所示。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。CC2530芯片有四種不同的閃存版本：分別具有32/64/128/256KB 的閃存。它可以發(fā)送采集模塊所采集到的任何數(shù)據(jù)和無(wú)線接收到的任何信息，也可將它所獲得的信息和數(shù)據(jù)傳送到移動(dòng)終端或下多個(gè)基本服務(wù)終端。此功能多用于現(xiàn)代的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，例如Wifi，藍(lán)牙，這些短距離數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合。CC2530芯片具有地址配對(duì)的功能，只需要在寫(xiě)入程序時(shí)，設(shè)置配對(duì)終端的地址即可。數(shù)據(jù)包發(fā)送前首先要對(duì)數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)包的格式化配置主要包含對(duì)前導(dǎo)字節(jié)、同步詞匯、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度和CRC校驗(yàn)等信息的設(shè)置。由于采集數(shù)據(jù)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量，根據(jù)無(wú)線傳輸局限性的需要，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在無(wú)線傳輸中，處理這些信號(hào)，更容易、安全、可靠。數(shù)據(jù)量測(cè)方法有接觸式和非接觸式，檢測(cè)元件多種多樣。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。從而實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換、發(fā)送數(shù)據(jù)、兩個(gè)或多個(gè)無(wú)線模塊建立簡(jiǎn)單的無(wú)線連接和數(shù)據(jù)交換為一體的功能。其次，還設(shè)置了仿真跳線電路和PC串口電路等。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，由LED燈亮燈滅等去辨別模塊工作的正常性，LED燈出現(xiàn)正常的閃爍，其模塊工作正常。那么CC2530所接收的信號(hào)不全是模擬信號(hào)，還可以接受其他無(wú)線設(shè)備所發(fā)送的數(shù)字信號(hào)。模塊外圍可以安裝傳感器模塊，采集溫度、濕度、高度、網(wǎng)口等數(shù)據(jù)傳輸模塊。CC2530芯片工作時(shí)具有不同的運(yùn)行模式，使得它適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)