【正文】 9. 集成了 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的 ADC。 7. 數(shù)字化的 RSSI/LQI 支持和強(qiáng)大的 DMA 功能。 5. 硬件支持 CSMA/CA 功能。 4. 在休眠模式時(shí)僅 μ A 的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng) 。 2. 集成符合 標(biāo)準(zhǔn)的 GHz 的 RF 無(wú)線電收發(fā)機(jī)。 CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。它使用 1 個(gè) 8 位 MCU（ 8051），具有 128 KB 可編程閃存和 8 KB 的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（ Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器（ Watchdog timer）、 32 kHz 晶振的休眠模江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 式定時(shí)器、上電復(fù)位電路 (Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路 (Brown out detection)，以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳。這包括：自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器、同步字插入 /檢測(cè)、 CRC16 校驗(yàn)、 CCA、信號(hào)強(qiáng) 度檢測(cè) /數(shù)字 RSSI、連接品質(zhì)指示 (LQI) 和 CSMA/CA 協(xié)處理器。 CC2430 內(nèi)集成的其他外設(shè)有 : 實(shí)時(shí)時(shí)鐘；上電復(fù)位； 8 通道， 8－ 14位 ADC；可編程看門(mén)狗；兩個(gè)可編程 USART，用于主 /從 SPI 或 UART 操作。 CC2430 包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè) 16 位 MAC 定時(shí)器，用以為 IEEE 的CSMACA 算法提供定時(shí)以及為 IEEE 的 MAC 層提供定時(shí)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部 Flash 編程。一個(gè) AES 協(xié)處理器被集成在CC2430 之中，用來(lái)支持 IEEE MAC 安全所需的（ 128 位關(guān)鍵字） AES的運(yùn)行，以盡可能少的占用微控制器。 CC2430 集成了 4 個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè) 32MHz 晶體振蕩器，一個(gè) 16MHz RC振蕩器，一個(gè)可選的 晶體振蕩器和一個(gè)可選的 RC 振蕩器。 8K 字節(jié)靜態(tài) RAM，其中的 4K字節(jié)是超低功耗SRAM。 CC2430 包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8 位 8051 微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 32MHz。 CC2430 的尺寸只有 7 7mm 48pin 的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的 微米 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 ISM 波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。因此綜合考慮， cc2430 的單 芯片解決方案是更好的選擇。因此增加了 PCB設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性。在雙芯片方案中， MCU和射頻芯片之間用 SPI接口相連，增加的布線的復(fù)雜性。從應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，選擇 cc2430 或者選擇cc2420 外加一個(gè)帶有 SPI 接口的單片機(jī)，軟件設(shè)計(jì)是沒(méi)有太大區(qū)別的，尤其是MAC 層以上是完全相同的。所謂單芯片，就是一個(gè)芯片上集成了 ZigBee 射頻部分和 MCU[18]。比較流行的 freescale 的 mc13192 和chipcon 的 cc2420 以及 Ember 公司的芯片，它們?cè)谛阅苌匣鞠嗤贾С?協(xié)議。當(dāng)用戶沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以與多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通信 ，這樣可以使本系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)區(qū)域，何時(shí)檢測(cè)哪個(gè)區(qū)域通常由用戶通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來(lái)控制。圖 33 所示是其組成示意圖，其中 ZigBee 協(xié)調(diào)器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點(diǎn)。模塊框圖如圖 32所示。 天線 CC2430 存儲(chǔ)器 8051 MCU A/D 轉(zhuǎn)換 通 用 接 口 LCD 模塊 鍵盤(pán)電路 復(fù)位電路 USB 轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)串口 USB 電源管理 PC 圖 31 總體框圖 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 溫度傳感模塊的核心元件為 Pt100 鉑電阻，它是正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，線性較好，在 0~100℃之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 ℃。主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的主要功能是負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的消息，并向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)控制信息，同時(shí)與 Pc 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 本文總體 設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)針對(duì)主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)?？紤]到可能采集多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度，上位機(jī)可以根據(jù)客戶要求切換不同節(jié)點(diǎn)的溫度折線圖。 協(xié)調(diào)器 路由器 圖 24 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3 溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的無(wú)線溫度采集系統(tǒng)以 C51RF3PK 開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，使用了兩塊表演板，利用芯片自帶的溫度傳感器采集溫度值，充分發(fā)揮了 C51RF3PK開(kāi)發(fā)平臺(tái)的豐富資源 [22]。 非信標(biāo)模式下， ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)， 終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的周期性 (周期可設(shè)置 )休眠。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許 ZE 進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。部分節(jié)點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)必然帶來(lái)由中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而相互通信的現(xiàn)象，稱此為交換。如果某些節(jié)點(diǎn)間的通信可由其他中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)且不甚影響網(wǎng)絡(luò)性能，可不必直接互聯(lián)。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可相互傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng) 按照 ZigBee 協(xié)議算法選擇最優(yōu)化路徑，以使網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，通訊更有效率。 協(xié)調(diào)器 路由器 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 (3)網(wǎng)狀拓?fù)? 網(wǎng)狀拓?fù)淙鐖D 24。直接通信只可以在父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，非父子關(guān)系的節(jié)點(diǎn)只能間接通信。 圖 22 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (2)樹(shù)型拓?fù)? 樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 23。 星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩類：一類是中心節(jié)點(diǎn)僅完成從節(jié)點(diǎn)連通的作用；另一類是，中心節(jié)點(diǎn)是有很強(qiáng)處理能力的計(jì)算機(jī)，從節(jié)點(diǎn)是一般的計(jì)算機(jī)或終端，這時(shí)中心節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)接和數(shù)據(jù)處理的雙重功能。圖中包含一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和一些終端節(jié)點(diǎn)。 (3) 終端節(jié)點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是發(fā)送和接收信息 ，通常一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不處在數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能耗。 (2) 路由器（ Router） 當(dāng)采用樹(shù)型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，需要用到路由器節(jié)點(diǎn)，它也可以加入?yún)f(xié)調(diào)器，是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部件。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、?shù)型拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)?。 ZigBee 網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(nèi)容，ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) [7]分為協(xié)調(diào)器（ Coordinator） 、路由器 (Router)和終端節(jié)點(diǎn)（ End Device）。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù) SAP(Service Access Point)和管理SAP(Service Access Point)。 ZDO 負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色 (例如是 ZigBee 協(xié)調(diào)器或者 ZigBee 終端設(shè)備 )、發(fā)現(xiàn)設(shè)備和決定他們提供哪種應(yīng)用服務(wù)，發(fā)現(xiàn)或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立可靠的 關(guān)聯(lián) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 安全服務(wù)提供層（ SSP 層） 安全服務(wù)提供者 SSP(Security Service Provider)向 NWK 層和 APS 層提供安全服務(wù)。一個(gè)設(shè)備允許最多 240 個(gè)用戶自定義應(yīng)用對(duì)象，分別指定在端點(diǎn) l 至端點(diǎn) 240 上。 APS 子層負(fù)責(zé)建立和維護(hù)綁定表，綁定表主要根據(jù)設(shè)備之間的服務(wù)和他們的需求使設(shè)備相互配對(duì)。 。 。 。 協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。 NWK 層從概念上包括兩個(gè)服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體。 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK 層） 主要功能： 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 NWK 層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址分配，組網(wǎng)管理，消息路由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護(hù)等功能。 3. 保證時(shí)隙 (GTS)管理。 MAC 層的主要功能 包括以下幾個(gè)方面： 1. 進(jìn)行信標(biāo)管理。 MAC 層 主要功能： MAC 層使用 CSMACA 沖突避免機(jī)制對(duì)無(wú)線信道訪問(wèn)進(jìn)行控制 [4]，負(fù)責(zé)物理相鄰設(shè)備問(wèn)的可靠鏈接，支持關(guān)聯(lián) (Association)和退出關(guān)聯(lián) (Disassociation)以及 MAC 層安全。 868MHZ 頻段一個(gè)信道。 工作頻段和信道分配： 物理層定義了三個(gè)載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)。 。 物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下四個(gè)方面的功能： 。 APL 層由應(yīng)用支持層 (APS)，應(yīng)用框架 (AF)以及 ZigBee 設(shè)備對(duì)江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 象 (ZDO)及 ZDO 管理平臺(tái)組成 。 應(yīng)用層（含應(yīng)用接口層） 用戶 安全層 ZigBee聯(lián)盟 網(wǎng)絡(luò)層 MAC層 IEEE 物理層 圖 21 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) ZigBee 協(xié)議由物理層 (PHY)、介質(zhì)訪問(wèn)控制子層 (MAC)、網(wǎng)絡(luò)層 (NWK)，應(yīng)用層 (APL)及安全服務(wù)提供層 (SSP)五塊內(nèi)容組成。 ZigBee 聯(lián)盟成立用于 2020 年，定義了 ZigBee 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）、應(yīng)用層（ APL）和安全服務(wù)規(guī)范。 ZigBee 協(xié)議是基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的 [3]，由 IEEE 和 ZigBee聯(lián)盟共同制定。它有主見(jiàn)的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。 （ 5） 對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。 （ 4） 軟件流程圖設(shè)計(jì)。 （ 3） 介紹了本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的 硬件設(shè)計(jì) 。主要工作包括以下幾個(gè)方面 ： （ 1） 闡述了設(shè)計(jì)的背景、目的和意義以及目前 ZigBee 研究發(fā)展情況。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用 ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來(lái)。 ZigBee 聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。 2020 年 ， ZigBee 聯(lián)盟創(chuàng)立，創(chuàng)始者包括 IC供應(yīng)商、無(wú)線 IP 提供商、設(shè)備制造商、測(cè)試設(shè)備制造商和最終產(chǎn)品制造商等，這些企業(yè)能提供適應(yīng) ZigBee 的產(chǎn)品和解決方案。 雖然前景一片大好，但是我們應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到由于各方面的制約， ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，基于 ZigBee 技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)說(shuō)不上成熟，主要表現(xiàn)在： ZigBee 市場(chǎng)仍處于起步探索階段，終端產(chǎn)品和應(yīng)用大多處于研發(fā)階段，真正上市的少 ，且以家庭自動(dòng)化為主；潛在應(yīng)用多，但具有很大出貨量的典型應(yīng)用少，市場(chǎng)缺乏明確方向；使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)星狀拓?fù)涞膽?yīng)用較多，江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無(wú)線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 體現(xiàn) ZigBee 優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用少；基于 IEEE 底層協(xié)議的應(yīng)用多，而基于 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的應(yīng)用少。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸興起， ZigBee 技術(shù)將會(huì)扮演更為重要的角色。 ZigBee 在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。 傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。 醫(yī)療監(jiān)護(hù)：醫(yī)療工作中，時(shí)常要獲得病人的生理指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)，可以通過(guò)放置傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)。而 ZigBee 可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。 工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用 ZigBee 技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。