【正文】 執(zhí)行發(fā)現(xiàn)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理和綁定管理等； (6)在網(wǎng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備之間建立起安全又可靠的關(guān)系。在終端節(jié)點(diǎn) 0 處 ， ZDO 則提供了與協(xié)議棧中低一層進(jìn)行連接的接口，若接受的是數(shù)據(jù)，則通過 APSMESAP 接入點(diǎn)，而若是控制信息則通過 APSMESAP 的接入點(diǎn)。 (2)從終端的應(yīng)用中集合配置的信息來執(zhí)行和確定發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)管理、綁定管理，以及安全管理等作用。 ZDO 位于應(yīng)用支持子層和應(yīng)用框架之間，在 Zigbee 協(xié)議棧中應(yīng)用操作的一般需求它有 所滿足。另外還有兩個(gè)附加的節(jié)點(diǎn)終端為了 APSDESAP 的使用：端點(diǎn)號(hào) 0 專門應(yīng)用于 ZDO 數(shù)據(jù)接口；而另外一端的端點(diǎn)號(hào) 255 則專門應(yīng)用于所有應(yīng)用對(duì)象廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口；最后，端點(diǎn) 241254 則是要保留給有需要擴(kuò)展的時(shí)候使用的。 應(yīng)用層框架 為存在 Zigbee 設(shè)備中的應(yīng)用對(duì)象提供活動(dòng)的環(huán)境的是 Zigbee 中的應(yīng)用框架。 APSDE 提供了多種服務(wù)給應(yīng)用對(duì)象，維護(hù)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫，也就是我們常說的 AIB，同時(shí)這些服務(wù)包括綁定設(shè)備和安全服務(wù)。這服務(wù)由兩個(gè)實(shí)體得以實(shí)現(xiàn)： APS 管理實(shí)體 (APSDE)和 APS數(shù)據(jù)實(shí)體 APSDE。 Zigbee 應(yīng)用層有三個(gè)不同的部分分別是：應(yīng)用支持 (Application Support Sub1ayer，簡(jiǎn)稱 APS)子層、 Zigbee 設(shè)備對(duì)象 (Zigbee Device Object，簡(jiǎn)稱 ZDO)和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。 (7)接收控制：具有控制設(shè)備是否處于接收狀態(tài)的能力，即控制接收機(jī)接收信息時(shí)間的長短和什么時(shí)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(diào)器和路由器具有分配地址給新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的能力。要求設(shè)備具有斷開 網(wǎng)絡(luò)的能力和具有連接一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)的能力，以建立一個(gè) Zigbee 協(xié)調(diào)器或者路由器。 (2)初始化一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：使設(shè)備有能力建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供了以下的幾種服務(wù)： (1)配置一個(gè)新的設(shè)備：設(shè)備應(yīng)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(jī)密性和真實(shí)性。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供的服務(wù)如下三項(xiàng)： (1)指定拓?fù)鋫鬏斅酚?，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)合適的接受設(shè)備，此設(shè)備可能是一個(gè)在通信鏈路中的中間通信設(shè)備，也可能是最終的目的通信設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體則是利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作，并且網(wǎng)絡(luò)信息庫 (NIB)理是網(wǎng)絡(luò)層管理 實(shí)體完成的。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必須的功能服務(wù)實(shí)體來向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，它們分別是管理服務(wù)實(shí)體和數(shù)據(jù)服務(wù)星狀 簇狀 路由器 協(xié)調(diào)器 終端設(shè)備 網(wǎng)狀 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 實(shí)體。 圖 21 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 在星狀結(jié)構(gòu)中無論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，在 Zigbee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) ,只不過在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。 (2)Zigbee 路由器：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能。 (1)Zigbee 協(xié)調(diào)器：它是個(gè)全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是 3 種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)量大?；顒?dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為 15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間達(dá)到 30ms； Zigbee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 根據(jù) Zigbee 聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種： Zigbee協(xié)調(diào)器， Zigbee 路由器， Zigbee 終端設(shè)備。只有 10kb/s250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求； (6)工作頻段靈活。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通 AAA 干電池即可使用 6 個(gè)月至 2 年的時(shí)間，這也是 Zigbee 的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)； (4)網(wǎng)絡(luò)容量大。由于 Zigbee 聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實(shí)力都很強(qiáng)，好多公司均已在 2021 年正式推出自己的 Zigbee 芯片，競(jìng)爭(zhēng)較大，近年來應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本將會(huì)比藍(lán)牙等模塊更具價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。 (1)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)采用的 是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。此外，單個(gè)Zigbee 無線模塊就可與 254 個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持 65535 個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。但相比之下， Zigbee 協(xié)議比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速 率更慢、功率及費(fèi)用也更低。 Zigbee 協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或 無線局域網(wǎng)等技術(shù)更簡(jiǎn)單而實(shí)用。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約 27 家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā) Zigbee 協(xié)議物理層和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 工作組。 Zigbee 的名字主要來源于蜜蜂通過跳 ZigZag 形狀的舞蹈來傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似?？偠灾?Zigbee 技術(shù)就是一種低功耗，低成本的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。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(gè)通信，從而實(shí)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(fù)雜度等的信息傳遞方式。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 Zigbee 技術(shù)綜述 Zigbee 是一種基于 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，Zigbee 技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。同時(shí)此系統(tǒng)還省去了繁瑣的有線系統(tǒng)布線對(duì)家居美觀性的損害。在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中，本文實(shí)現(xiàn)了電源、串口通信、 PCB 天線等主要電路的設(shè)計(jì)；而在傳感器節(jié)點(diǎn)中，由于其與協(xié)調(diào)器類似，故僅針對(duì)不同的環(huán)境信息，設(shè)計(jì)出了不同的傳感模塊； (3)本論文還設(shè)計(jì)了串口調(diào)試操作界面，可以方便用戶的調(diào)試 和使用，由此用戶就可以實(shí)時(shí)的了解到家庭中個(gè)中環(huán)境信息的參數(shù)。 (1)Zigbee 協(xié)議的介紹。近年來隨著家庭裝修時(shí)工業(yè)板材及其他有毒氣體釋放源的使用，室內(nèi)的環(huán)境不容樂觀。1999 年正式公布藍(lán)牙 版，確定了使用頻段，最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá) ，和紅外技術(shù)相比，藍(lán)牙有著較高的傳輸速率，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行口對(duì)口的連接才能傳輸數(shù)據(jù)，所有的藍(lán)牙終端基本上只要在有效的范圍內(nèi)使用，就隨時(shí)可以進(jìn)行連接收發(fā)數(shù)據(jù)。雖然 WiFi 有覆蓋范圍較廣等特點(diǎn)，但是其的基帶協(xié)議和射頻協(xié)議比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高，而且其功耗比較大，根本上滿足不了電池供電的要求。熱點(diǎn)是通過將訪問節(jié)點(diǎn)安裝在互聯(lián)網(wǎng)連接上來創(chuàng)建的。 WiFi 或 在 頻段工作，所支持的速度達(dá) 54Mbps( 工作在 或者，理論最 高速度 600Mbps)。而在2021 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。 Zigbee 的名字主要來源于蜜蜂通過跳 ZigZag 形狀的舞蹈來傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似。由于有線的束縛和影響，其美觀性較無線系統(tǒng)差，不利于家居的后續(xù)裝修。硬件 可擴(kuò)展性是有線技術(shù)方案的主要技術(shù)難點(diǎn)之一 [2]。 (3)系統(tǒng)可擴(kuò)展性差。采用有線技術(shù)時(shí)，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行布線將是一份復(fù)雜龐大的工作，特別是當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)量較多時(shí)更是如此，又容易破壞家庭之前裝修的完整性； (2)安裝與維護(hù)成本高。但當(dāng)采用有線技術(shù)方案時(shí)，根據(jù)智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，它存在一些缺點(diǎn)，如下面幾項(xiàng)所示。另外，國內(nèi)亦有些電器廠家也在市場(chǎng)上推出了自主的智能家居系統(tǒng)，類似的系統(tǒng)在家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)中均可以實(shí)現(xiàn)各種功能。 目前，國內(nèi)的這些智能家居系統(tǒng)還處于萌芽的階段。現(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品大部分是以有線網(wǎng)絡(luò)作為家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)布線麻煩，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量多 而需要數(shù)量龐大的電纜，而無線通訊技術(shù)能很好的解決以上問題。 (3)系統(tǒng)靈活，當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求靈活，方便增加節(jié)點(diǎn)，以降低成本 [1]。這樣才能為用戶提供全面的環(huán)境信息參考。 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn) 無線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。同時(shí)，此系統(tǒng)中傳感器所得到的環(huán)境參數(shù)可以為其它家居設(shè)備做決策參考，最終由智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，比如，當(dāng)測(cè)量到的光照強(qiáng)度高于用戶設(shè)定的一定值的時(shí)候，系統(tǒng)就將啟動(dòng)自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的馬達(dá)，自動(dòng)將窗簾關(guān)到一定程度，以降低室內(nèi)的光強(qiáng)度，適合居??；又如，當(dāng)溫度值偏低時(shí)，系統(tǒng)就將啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行工作，來增高室內(nèi)溫度。智能家居系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部分就是本文所研究 的環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。研究人員希望能通過這種新的技術(shù)將家居中各種智能化的設(shè)備、家用電器和家庭安防設(shè)備等整合一個(gè)智能化的系統(tǒng)上進(jìn)行資源共享、分析、控制和管理這些設(shè)備，控制這些設(shè)備來對(duì)家居中的環(huán)境參數(shù)符合人們舒適居住使用的要求，營造一個(gè)良好的環(huán)境，從而可使用戶能夠居住在一個(gè)更高要求的環(huán)境中。隨著工業(yè)革命和信息技術(shù)革命的成功，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，人類的各種技術(shù)包括通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、互聯(lián)網(wǎng)等都有了很大的發(fā)展，另外，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使我們都希望居住在一個(gè)舒適的家居環(huán)境中，只有這樣我們的生活 才會(huì)更好，身體才會(huì)健康。 關(guān)鍵詞： CC2530 傳感器 Zigbee 環(huán)境監(jiān)測(cè) ABSTRACT With the rapid development of embedded puting, sensor, wireless munication technology, wireless sensor work is widely used in environmental monitoring, military defense, industrial and agricultural control fields, has bee a hotspot in the development of electronic information technology. CC2530 is a wireless sensor work chip for Zigbee TI solution, with low power consumption, high reliability, simple working advantages. CC2530 and based on Zigbee protocol, design the temperature and humidity data acquisition system, the software algorithm coordinator and ordinary nodes are given respectively, tested in interference environment, the work has strong robustness and selfanizing ability. This paper mainly introduces the design of hardware circuit and software flow design of family environment monitoring system based on CC2530 as the core, realizes in the home environment of temperature, humidity. Among them, the analog temperature, humidity, light sensor through the SCM processing output control action corresponding adjusting the corresponding parameters。將溫度、濕度的信息量經(jīng)過單片機(jī)處理后通過無線發(fā)送給上位機(jī)。在干擾環(huán)境下測(cè)試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。 CC2530 是 TI 公司針對(duì) Zigbee 的無線傳感網(wǎng)芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。 四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果