【正文】 單性和性能的增強特性。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。它集成了可編程處理器、RF射頻、網(wǎng)絡協(xié)議及存儲器；JENNIC(捷力)公司的JN5121芯片則在業(yè)界屬于第一款兼容于IEEE ，低成本無線微型控制器；而FREESCALE（飛思卡爾）目前主推的完全兼容IEEE 。TI/ CHIPCON公司發(fā)布了單芯片ZigBee解決方案CC2530的片上系統(tǒng)級芯片(SOC)，結合了領先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內可編程閃存，8KB RAM 和許多其他強大的功能。第4章 系統(tǒng)的硬件設計 ZigBee硬件選型在介紹整個系統(tǒng)的硬件設計方案之前，首先對目前市場上售賣的主要的幾款基于ZigBee技術的硬件平臺及其各平臺的自身特點進行一一介紹。同時，對不同的環(huán)境參數(shù)做了介紹，以本系統(tǒng)對環(huán)境監(jiān)測功能的需要。軟件要求軟件方面要求程序模塊化設計，可以使系統(tǒng)升級方便以備增加節(jié)點時修改其中一個模塊而其他地方無需改動；程序設計要簡單，數(shù)據(jù)傳輸格式要統(tǒng)一。故要求系統(tǒng)的安全性(3) 外觀：由于要安裝在家庭各個地點，故要求其盡量小巧，美觀。(2) 安全性：本系統(tǒng)為家居環(huán)境控制系統(tǒng)做前期的數(shù)據(jù)采集，若出現(xiàn)錯誤，則可導致PC判斷錯誤，導致錯誤控制。分別從軟硬件兩個方面來得以實現(xiàn)。當然，本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的不同需求增加或減少傳感器的數(shù)量，及使用不同的傳感器進行監(jiān)測。光敏傳感器可以將感知的光線強度信息發(fā)送到協(xié)調器節(jié)點，協(xié)調器則將信息傳輸?shù)絇C，經(jīng)過處理和判斷光線強度，來控制窗簾的開關或燈的開關。當系統(tǒng)檢測到一氧化碳氣體濃度大于用戶設定是初值時，PC會立即發(fā)送報警信號到報警裝置或者是家庭成員的手機或直接報警，PC在啟動報警裝置的同時，或可以自動控制開窗，以達到室內空氣流通的效果，保證家庭成員的安全。(3) 一氧化碳氣體燃氣的主要成分就是一氧化碳 當燃氣發(fā)生泄漏時，空氣中一氧化碳濃度達到一定時，就會對家庭人員生命帶來威脅。目前人們經(jīng)常是通過普通的加濕器來調節(jié)室內濕度，此類加濕器一般只是手動操作，這樣就存在著人為的主觀不確定性，最終也有可能不利于環(huán)境之改善。家庭中的每個房間可以多放幾個這樣的類似節(jié)點，可實現(xiàn)在同一個房間進行多點的溫度信息采集，以提高溫度測量的準確度。以下是對各種參數(shù)的介紹： (1) 溫度人體對溫度的變化甚為敏感，在環(huán)境溫度高于36攝氏度后，每增加一度對人體的負面影響都是幾何級的增加，故此系統(tǒng)中最重要也是最基本的就是環(huán)境中溫度的采集。 系統(tǒng)功能定義為了實現(xiàn)基于ZigBee技術的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計，現(xiàn)對系統(tǒng)的各種功能作出以下定義：(1) 管理中心(PC)：實時顯示家庭中各種的環(huán)境信息，并且用戶可通過PC實現(xiàn)對網(wǎng)絡中各個節(jié)點設置與管理，如：管理網(wǎng)絡各個節(jié)點的節(jié)點信息，發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，發(fā)送休眠指令，設置傳感器節(jié)點采集環(huán)境信息的周期的長短；(2) 協(xié)調器節(jié)點：組建并初始化ZigBee無線網(wǎng)絡，管理各傳感器節(jié)點終端，發(fā)送與接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與指令，同時與管理中心(PC)進行通信；(3) 傳感器節(jié)點：對周圍環(huán)境信息進行實時采集，并通過ZigBee無線網(wǎng)絡實時將環(huán)境信息發(fā)送到協(xié)調器節(jié)點。當監(jiān)測區(qū)域較大時，可用增加傳感器節(jié)點的方法來保證網(wǎng)絡的連通性，相反區(qū)域較小時可以根據(jù)情況減少路由器節(jié)點的設置以節(jié)省系統(tǒng)資源，降低成本。本文設計的系統(tǒng)結構如圖31所示PC協(xié)調器傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點圖31 系統(tǒng)結構圖由圖31可知，本系統(tǒng)中傳感器節(jié)點主要負責的是環(huán)境信息的采集與發(fā)送，協(xié)調器節(jié)點主要負責的是網(wǎng)絡的建立、終端節(jié)點管理、數(shù)據(jù)處理和對PC端的數(shù)據(jù)通信。第3章 系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)結構本論文是基于ZigBee技術的無線傳感器網(wǎng)絡環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，所以根據(jù)ZigBee技術的標準和特點設計了由多傳感器節(jié)點，協(xié)調器節(jié)點和PC組成的該系統(tǒng)。首先對ZigBee技術進行了概述，其次簡單介紹了ZigBee技術的各種特點及網(wǎng)絡拓撲圖，最后對ZigBee的協(xié)議，MAC層，還有網(wǎng)絡層和應用層的各主要功能都進行了介紹，為下面的研究工作提供了有力基礎。ZigBee設備對象的主要功能如下：(1) 初始化網(wǎng)絡層、應用支持子層和安全服務層；(2) 發(fā)起或響應綁定請求；(3) 在網(wǎng)絡內部發(fā)現(xiàn)設備，并且確定為此發(fā)現(xiàn)的設備提供的應用服務種類；(4) 定義設備在網(wǎng)絡中的各種角色，如，終端設備、路由器或協(xié)調器；(5) 從終端的應用來收集各個配置信息來確定和執(zhí)行發(fā)現(xiàn)管理、網(wǎng)絡管理、安全管理和綁定管理等；(6) 在網(wǎng)內各個設備之間建立起安全又可靠的關系。在終端節(jié)點0處, ZDO則提供了與協(xié)議棧中低一層進行連接的接口，若接受的是數(shù)據(jù)，則通過APSMESAP接入點，而若是控制信息則通過APSMESAP的接入點。(2) 從終端的應用中集合配置的信息來執(zhí)行和確定發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡管理、綁定管理，以及安全管理等作用。ZDO位于應用支持子層和應用框架之間，在ZigBee協(xié)議棧中應用操作的一般需求它有所滿足。另外還有兩個附加的節(jié)點終端為了APSDESAP的使用：端點號0專門應用于ZDO數(shù)據(jù)接口；而另外一端的端點號255則專門應用于所有應用對象廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口；最后，端點241254則是要保留給有需要擴展的時候使用的。應用層框架為存在ZigBee設備中的應用對象提供活動的環(huán)境的是ZigBee中的應用框架。APSDE提供了多種服務給應用對象，維護管理對象的數(shù)據(jù)庫，也就是我們常說的AIB，同時這些服務包括綁定設備和安全服務。這服務由兩個實體得以實現(xiàn)：APS管理實體(APSDE)和APS數(shù)據(jù)實體APSDE。ZigBee應用層有三個不同的部分分別是：應用支持 (Application Support Sub1ayer，簡稱APS)子層、ZigBee設備對象 (ZigBee Device Object，簡稱ZDO)和制造商定義的應用對象。(7) 接收控制：具有控制設備是否處于接收狀態(tài)的能力，即控制接收機接收信息時間的長短和什么時候來接收信息，以此來保證MAC層的正常接收和同步等。(5) 尋址：ZigBee協(xié)調器和路由器具有分配地址給新加入網(wǎng)絡的設備的能力。要求設備具有斷開網(wǎng)絡的能力和具有連接一個新的網(wǎng)絡的能力，以建立一個ZigBee協(xié)調器或者路由器。(2) 初始化一個網(wǎng)絡：使設備有能力建立一個新的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層管理實體提供了以下的幾種服務：(1) 配置一個新的設備：設備應具有足夠的堆棧來保證其正常工作的需要，并且滿足配置的需要。(3) 安全：確保通信的機密性和真實性。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體提供的服務如下三項：(1) 指定拓撲傳輸路由，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體發(fā)送一個網(wǎng)絡層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個合適的接受設備，此設備可能是一個在通信鏈路中的中間通信設備，也可能是最終的目的通信設備。網(wǎng)絡層管理實體則是利用網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體完成一些網(wǎng)絡的管理工作，并且網(wǎng)絡信息庫(NIB)理是網(wǎng)絡層管理實體完成的。網(wǎng)絡層提供了兩個必須的功能服務實體來向應用層提供服務接口，它們分別是管理服務實體和數(shù)據(jù)服務實體。協(xié)調器路由器終端設備圖21 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構圖在星狀結構中無論是路由器或終端設備都是直接與協(xié)調器進行通信，而ZigBee協(xié)調器則負責運作與維護著整個網(wǎng)絡；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構中，協(xié)調器負責初始化和建立網(wǎng)絡的操作，而路由器則對網(wǎng)絡進行擴展，終端設備的信息由路由器進行轉發(fā),只不過在簇狀結構中終端間的信息交換只能通過一級級向上傳遞到協(xié)調器，再由協(xié)調器將信息分發(fā)下去[11]。 在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時有三種網(wǎng)絡拓撲結構可供選擇：星型結構(Star)，網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇樹型結構(ClusterTree)，圖21所示。(3) ZigBee終端設備(ZigBee End Device)：其一般的簡化的功能設備。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立并且管理一個網(wǎng)絡及網(wǎng)絡節(jié)點、存儲節(jié)點信息并且不斷地接收下級節(jié)點所發(fā)來的信息。 ZigBee網(wǎng)絡設備組成和網(wǎng)絡結構根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設定的技術標準，按功能分其網(wǎng)絡設備劃分為三種：ZigBee協(xié)調器(ZigBee Coordinator)，ZigBee路由器(ZigBee Router)，Zig,Bee終端設備(ZigBee End Device)。(7) 網(wǎng)絡延遲時間短。(6) 工作頻段靈活。(5) 數(shù)據(jù)傳輸速率低。(4) 網(wǎng)絡容量大。(3) 功耗低。(2) 成本低。網(wǎng)絡節(jié)點則以ZigBee協(xié)議為基礎進行通信，與各種傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡相比，其主要優(yōu)點有以下幾個方面:(1) 網(wǎng)絡穩(wěn)定性好。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標、鍵盤等電腦周邊產品和家庭自動化儀器等低速率應用時可以比藍牙做地更好，人們更希望能在無線玩具、傳感器網(wǎng)絡、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領域拓展ZigBee的應用[9]。ZigBee的基本速率是250kb/s，而若當其速率降到28kb/s時，傳輸半徑可擴大到134米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。采用了跳頻技術，這和藍牙技術相似，可以說是同族兄弟了。ZigBee聯(lián)盟負責開發(fā)網(wǎng)絡層及以上的協(xié)議。ZigBee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，Invensys、Mitsubishi、Motorola以及Philips四大半導體公司共同宣布加盟ZigBee技術聯(lián)盟，以研發(fā)名為“ZigBee”的新一代無線通信標準，而在2006年作為中國通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟?？偠灾甖igBee技術就是一種低功耗，低成本的無線網(wǎng)絡通信技術[8]。這樣做的好處是不需要專門的通信蜜蜂，通過信息接力就完成了整個通信，從而實現(xiàn)了蜜蜂的低成本、低數(shù)據(jù)速率、自組織、低功耗、近距離、低復雜度等的信息傳遞方式。圖12為Qt的軟件界面圖12 Qt軟件界面第2章 ZigBee技術的概述 ZigBee技術的概念，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。Qt的主要特點有：面向對象，很容易擴展，并且允許真正的組件編程；Qt對各個模塊進行了良好的封裝，使各模塊可重用性較好；優(yōu)良的跨平臺特性，使用Qt類編寫的程序可以實現(xiàn)“一次編碼，到處編譯”，極大的降低了跨平臺開發(fā)的難度；構件支持，對于對象間通信Qt沒有采用函數(shù)回調的方法，而是采用了一種全新并且可選的被稱為“信號與槽”的對象間通信機制，通過一個對象信號的發(fā)射，另一個槽函數(shù)的響應，使各個對象之間的通信安全而且高效。人們所熟知的Linux下面的KDE環(huán)境就是基于Qt開發(fā)而成的。圖11為IAR Embedded Workbench 。? 內存模式選擇。? 工程中相對路徑支持。? 高效浮點支持。? 目標特性擴充。? 內建對應芯片的程序速度和大小優(yōu)化器。它配合TI公司的仿真器可以直接將程序下載到CC2530中[7]。IAR System是嵌入式領域唯一能夠提供這種解決方案的公司。其編譯器可以對一些SOC 芯片進行專門的優(yōu)化. 如Atm