【正文】 統(tǒng)來(lái)說(shuō)很合適，只要采用+3．3V的紐扣電池就可以給ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊供 CC2430無(wú)線模塊電路圖3．3天線阻抗匹配電路設(shè)計(jì) 天線是任何一個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)都不可缺少的重要組成部分，合理慎重地選用天線，可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的通訊距離和良好的通訊效果。PCB引線天線是印制在電路板上的導(dǎo)線，通過(guò)它來(lái)感應(yīng)空氣中的電波，接收信號(hào)。 本設(shè)計(jì)采用的是50Q的單極天線，且該天線的長(zhǎng)度是電磁波波長(zhǎng)的1／4。當(dāng)本無(wú)線收發(fā)模塊用于智能家居時(shí)，可以使用電池供電，這時(shí)只需要將SW2置于關(guān)閉端即可。一般EN腳(1腳)為高電平時(shí)，將啟動(dòng)整個(gè)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器。圖3．4 電源電路原理圖3．5本章小結(jié) 本章重點(diǎn)闡述了ZigBee模塊的設(shè)計(jì)原理和方案，并結(jié)合所選用的芯片CC2430內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，分析了該收發(fā)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。4 數(shù)據(jù)處理模塊的硬件設(shè)計(jì)4．1數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本數(shù)據(jù)處理模塊采用TMS320F2812作為主處理器，這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高速數(shù)據(jù)處理芯片，它具有數(shù)據(jù)采集和處理功能。硬件設(shè)計(jì)主要包括：中央處理器DSP部分：TMS320F2812通過(guò)SPI接收來(lái)自ZigBee主無(wú)線模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分類處理后通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)絇C機(jī)上。因此需要設(shè)計(jì)三種不同參考電壓的電源電路。西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 以太網(wǎng)通信接口部分：數(shù)據(jù)處理后通過(guò)RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)控制芯片與以太網(wǎng)連接，且以太網(wǎng)與RTL8019AS之間要接隔離模塊后方可以連接。 此外，TMS320F2812支持JTAG口下載仿真，需要設(shè)計(jì)JTAG接口；為了方便將來(lái)對(duì)程序的調(diào)試，也需要設(shè)計(jì)串行通信接口。I／O口擴(kuò)展引腳的分配如下：XD[0]XD[7]分配給液晶顯示屏作數(shù)據(jù)輸入口，EVA、EVB事件管理器的口留出來(lái)已備后續(xù)開(kāi)發(fā)(進(jìn)行中斷程序開(kāi)發(fā))，其余口被用于擴(kuò)展外部RAM和FLASH。TMS320F2812采用+3．3V的外設(shè)供電和+1．8V的內(nèi)核供電，芯片采用這種分離式供電方式，可以大大降低DSP芯片功耗。供電電路如圖4．3所示。如圖4．4所示。MR腳就是手動(dòng)復(fù)位引腳，當(dāng)該引腳輸入電平被下拉至低于0．8V時(shí)，SP708R將輸出一個(gè)復(fù)位脈沖。腳RESET是低電平復(fù)位輸出引腳，當(dāng)Vcc電壓低于復(fù)位閾值時(shí)，這個(gè)引腳將輸出低復(fù)位電平200ms。手動(dòng)復(fù)位的功能是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)程序跑飛或者需要系統(tǒng)重新初始化并運(yùn)行時(shí)，按下復(fù)位鍵產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)，使DSP進(jìn)入正常的程序入口。這里選用臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的高性能工業(yè)以太網(wǎng)控制器RTL8019AS，RTL8019AS的內(nèi)部包含一塊雙端口的16K字節(jié)的RAM，有兩套總線連接到該RAM上，一套是本地DMA，另一套是遠(yuǎn)程DMA。 芯片復(fù)位時(shí)，通過(guò)檢測(cè)96引腳IOCSl6B(SLOTl6)的電平來(lái)確定是采用了16位還是8位插槽(這時(shí)該引腳稱為SLOTl6)。同時(shí)，通過(guò)在RSTDRV引腳輸出大于800ns的高電平可實(shí)現(xiàn)RTL8019AS的硬件復(fù)位。本設(shè)計(jì)使用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS．232電平之間的轉(zhuǎn)換。5嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc／osII在TMS320F2812上的移植5．1 μc／os—II的概述及特點(diǎn)考慮到在智能家居系統(tǒng)中，ZigBee收發(fā)模塊(對(duì)應(yīng)于安防傳感器的部分)是一個(gè)要求實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的模塊，這也就要求整個(gè)系統(tǒng)必須是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，能夠?qū)Ω鞣N傳感器或命令做出及時(shí)反應(yīng)，且智能家居系統(tǒng)軟件必須能夠?qū)?nèi)存管理、對(duì)消息反應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)。同時(shí)，還考慮到以后可以對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造(在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用程序)的需要，移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是非常有用的。 μC／OS．II是由JeanJ．Labrosse于1992年編寫的一個(gè)嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC／OS一Ⅱ是用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言來(lái)編寫的。Ps]I．μC／OS．II的體系結(jié)構(gòu)如圖5．1所示。(2)μC／OS．II非常適合小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小、確定性、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。(4) μC／OS．II的移植較為簡(jiǎn)單，只需要修改3個(gè)與硬件相關(guān)的文件和重寫幾個(gè)函數(shù)即可。在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇與安防傳感器(煤氣泄露)終端節(jié)點(diǎn)通信，采集傳感器數(shù)據(jù)。在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇與安防傳感器(溫度)終端節(jié)點(diǎn)通信，采集傳感器數(shù)據(jù)。3號(hào)任務(wù)，與1號(hào)任務(wù)對(duì)應(yīng)，將安防傳感器(溫度)采集的數(shù)據(jù)最終通過(guò)以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī)(PC機(jī))上。5號(hào)任務(wù)，單獨(dú)為窗簾建立一個(gè)任務(wù)。6號(hào)任務(wù)，為電表、水表、燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)采集建立一個(gè)任務(wù)。7號(hào)任務(wù)，用來(lái)對(duì)三表數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控機(jī)(PC機(jī))建立任務(wù)。從任務(wù)的代碼上來(lái)看，任務(wù)是如下形式的一個(gè)C函數(shù)：voidtask(void){參數(shù)定義；for(； ；){執(zhí)行任務(wù)代碼；調(diào)用OSTimeDly()延時(shí)函數(shù)，清除該任務(wù)就緒位，設(shè)置延時(shí)時(shí)鐘周期數(shù)，調(diào)用任務(wù)切換宏OSTASKswo進(jìn)行任務(wù)調(diào)度；)它們具有各自獨(dú)立的堆?？臻g和不同的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)，0號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高，7號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低。同時(shí)任務(wù)可以在系統(tǒng)和應(yīng)用程序的控制下，根據(jù)具體情況改變自己的狀態(tài)，這個(gè)改變叫做任務(wù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。把任務(wù)交給內(nèi)核是通過(guò)調(diào)用任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreateO或提供了一些附加功能的OSTaskCreateExt0實(shí)現(xiàn)的。就緒態(tài)的任務(wù)都被放在就緒列表中，在任務(wù)調(diào)度時(shí)，指針OSTCBHighRdy指向優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)控制塊OSTCB，就立即運(yùn)行該任務(wù)。任何時(shí)候只能有～個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)，就緒的任務(wù)只有當(dāng)所有優(yōu)先級(jí)高于本任務(wù)的任務(wù)都轉(zhuǎn)為等待狀態(tài)時(shí)，才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。(4)等待狀態(tài)(WAITING)：正在運(yùn)行的任務(wù)由于調(diào)用延時(shí)函數(shù)OSTimeDlyO或等待事件信號(hào)量的來(lái)臨而將處理器的使用權(quán)讓給其他任務(wù)而使任務(wù)處于等待狀態(tài)。由此可知，在智能家居系統(tǒng)中的8個(gè)任務(wù)就是在這5種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的。(2)在OS CPU．C文件中用C語(yǔ)言編寫與處理器相關(guān)的C語(yǔ)言代碼模塊，即編寫6個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言函數(shù)。 μC／OS．II移植到TMS320F2812采用的是CCS2．0編譯軟件，CCS2．0支持交叉編譯(允許在C源代碼中插入?yún)R編語(yǔ)言)，所以適合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS．II的移植。6智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6．1 ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建ZigBee支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)、樹(shù)型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)。 首先設(shè)置ZigBee主無(wú)線模塊為協(xié)調(diào)器，其它節(jié)點(diǎn)模塊為終端器件。建網(wǎng)過(guò)程開(kāi)始后，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層將首先請(qǐng)求MAC層對(duì)物理層所定義的有效信道進(jìn)行能量檢測(cè)掃描，以排除可能占用的信道。 網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體收到能量檢測(cè)掃描的結(jié)果后，將對(duì)那些在允許能量范圍內(nèi)的信道進(jìn)行進(jìn)一步處理。為了決定建立網(wǎng)絡(luò)的最佳信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還將檢查PAN標(biāo)識(shí)符，并且將所查找到的第一個(gè)信道設(shè)為新網(wǎng)絡(luò)的最小編號(hào)。 如果協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體找到合適的信道，將為這個(gè)新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符。如果選定PANID與已存在的PANID不發(fā)生沖突，則這個(gè)m值就將成為新網(wǎng)絡(luò)的伴ND；否則，將為這個(gè)協(xié)調(diào)器模塊選擇一個(gè)隨機(jī)的PANID，只要不使它為廣播地址(0xFFFF)同時(shí)小于0x3FFF，并且它在所選擇的信道中所存在的網(wǎng)絡(luò)是唯一的。 協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體一旦選擇了一個(gè)PANID，將選擇一個(gè)等于0x0000的16位網(wǎng)絡(luò)地址，同時(shí)設(shè)置MAC層的PIB屬性為macShortAddress(0x53)。個(gè)域網(wǎng)的啟動(dòng)狀態(tài)會(huì)通過(guò)MLME．START．confm原語(yǔ)返回到網(wǎng)絡(luò)層。圖6．1建立網(wǎng)絡(luò)流程圖 家居監(jiān)控系統(tǒng)中的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是由協(xié)調(diào)器管理整個(gè)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的。在星型網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)只要求一個(gè)全功能節(jié)點(diǎn)做網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。需要注意的是，這里網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與RFD節(jié)點(diǎn)(終端節(jié)點(diǎn))在下載程序時(shí)，要通過(guò)編譯軟件選擇下載的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用的是基于ZigBee／90215．4的CC2430的(精簡(jiǎn)版)協(xié)議棧，精簡(jiǎn)版協(xié)議棧全面支持FFD、RFD、ROUTER和COORD。整個(gè)組網(wǎng)過(guò)程中協(xié)議棧的初始化代碼如下：(1)物理層初始化Void phyInit(void){Memlnit0；//初始化化內(nèi)存phyState=PHY_STATE_IDLE；／／物理層狀態(tài)是空閑phyAfib．flagsval=0；／／物理層的PIB屬性的標(biāo)志位值)(2)MAC層初始化Void maclnit(void){macState=MAC_STATE_IDLE；macRxState=MAC_RXSTATE_IDLE；=0：=0：=0：／／接收數(shù)據(jù)幀尾=0；//接收數(shù)據(jù)幀頭=PANID=LRWPAN_DEFAULT_PANID；／／設(shè)各所在PAN的自身的默認(rèn)標(biāo)識(shí)符Mac_pib．macMaxAckRetries=aMaxFrameRetries；／／發(fā)送失敗后，確認(rèn)幀的最大重新發(fā)送次數(shù)mInitAddressMapO；／／init theaddress mapifdef LRWPAN_COORDINATORmac__pib．depth=O；elsemac_pib．depth=1；／／depth will be at beat oneendifmac_pib．bDepth=OxFF；∥該節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)深度mac__pib．macCaplnfo=O；／／其它性能ifdefLRWPAN_AlJ_COORDINATORLRWPAN_SET_CAPINFO_ALTPAN(mac_pib．macCaplnfo)；endififdefLRWPAN_FFDLRWPAN_SET_CAPINFO_DEVTYPE(mac_pib．macCaplnfo)；endififdefLRWPAN_ACMAIN_POWEREDLRWPAN_SET_CAPINFO_PWRSRC(mae__pib．macCaplnfo)；endififdefLRWPAN_RCVR_ON_WHEN_IDLELRWPAN_SET_CAPINFO_RONIDLE(mac_pib．macCapInfo)；endififdefLRWPAN—SECURITY_APABLELRWPAN_SET_CAPINFQSECURITY(mac_pib．macCapInfo)；endifLRWPAN_SET_CAPINFO_ALLOCADDR(mac_pib．macCapIrrfo)；／／分配 短地址}(3)網(wǎng)絡(luò)層的初始化Void nwklnit(void){nwkDSN=O；//網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)序列編號(hào)為Onwk__pib．flags．val=O；nwkState=NWK_STATEIDLE；nwkRxState=NWK_RXSTATE_IDLE；ifdefLRWPAN_FFDnwk_pib．rxTail=O；nwk_pib．rxHead=O；endif}(4)應(yīng)用層的初始化Void apslnit(void){debug_level=0；apsState=APS_STATE_IDLE；apsRxState=APS_RXSTATE_IDLE；ifdefLRWPAN_COORDINATORaps_pib．rxCnt=0；／／接收數(shù)據(jù)總數(shù)aps_pib．rxTail=0；apS』ib．rxHead=O；endifaps_pib．a(chǎn)psTSN=0；／／服務(wù)節(jié)點(diǎn)．=O；aps_pib．a(chǎn)pscAckWaitDuration=MSECS_TO MACTICKS(LRWPAN_APS_ACK_WAIT_DURATION)；／／convert to MAC Ticks．a(chǎn)psAckWaitMultiplier=1；／／defaultvalueaps_pib．a(chǎn)pscMaxFrameRetries=LRWPAN_APS_MAX_FRAME_RETRIES；／／initialize the endpointsaps_pib．a(chǎn)ctiveEPs=O；／／only tracks user endpoints．phylnitO；maclnitO；nwklnit0；}由(4)