【正文】 碼。采用獨立的紐扣電池作為后備供電電源、獨立于系統(tǒng)的主電源，以長時間保持時間和日期信息不丟失?？捎糜诖鎯σ恍┫到y(tǒng)配置以及一些需要持久保存的信息，主要只作為后備存儲器，由于空間有限，一般不存儲信息。 手持設(shè)備軟件設(shè)計手持設(shè)備的一個重要任務(wù)是提供人機界面，簡單、直白的顯示信息。并且手持設(shè)備還需要與無線模塊進(jìn)行通信、軟件模擬 IIC 總線時序與AT24C02 進(jìn)行通信、與 DS1302 實時時鐘芯片進(jìn)行通信 [4]。一方面接受底層數(shù)據(jù)包，通過 ZigBee 無線方式與終端節(jié)點連接；另一方面，往上層上位機或者手持設(shè)備等傳遞數(shù)據(jù)包，與手持設(shè)備通信時，使用 ZigBee 無線方式，與上位機通信采用 RS232 接口傳遞到本地計算機或者使用 GPRS 方式將數(shù)據(jù)傳遞到 Inter 中的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，協(xié)調(diào)器間互聯(lián)可以采用 ZigBee 無線方式進(jìn)行跨網(wǎng)段通信(Inter PAN Communication)[5]，也可以采用 MAX485 總線，組成一個 485 網(wǎng)絡(luò)，或者采用 CAN 總線方式，組建一個 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。另外，在網(wǎng)絡(luò)啟動時，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)初始化，分配地址，劃分網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)也是協(xié)調(diào)器的功能，協(xié)調(diào)器原則上需要采用主電源供電，也可以采用電池供電，但由于 ZigBee 協(xié)議本身的一些特性決定了協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中扮演了重要的角色，同時，它的負(fù)擔(dān)非常重。在沒有主電源的情況下，可以采用太陽能電池板加可充電電池的搭配來為協(xié)調(diào)器這樣的關(guān)鍵節(jié)點供電。為了滿足 GPRS 模塊對電源的要求，保證通信穩(wěn)定，此處采用 MIC29302 芯片進(jìn)行穩(wěn)壓供電，該芯片具有低壓降（） 、大電流（3A）等特點，并且輸出電壓可調(diào)，但價格過于昂貴，實驗證明，采用開關(guān)型電壓芯片如 LM2576 等也可以為模塊供電并且工作正常。為了節(jié)能，加入了背光控制部分，可以再空閑時關(guān)閉液晶背光，節(jié)約電能。主控制器 STC12LE5A60S2的中斷數(shù)量有限，無法為每一個按鍵都分配一個獨立的外部中斷，但掃描方式連接鍵盤消耗資源過大、實時性和響應(yīng)速度也不理想，所以該鍵盤采用共用中斷方式連接到系統(tǒng)中（連接到外部中斷 INT0） ，任何一個按鍵按下時都產(chǎn)生中斷，在中斷程序中通過掃描來識別按鍵，既可以實現(xiàn)響應(yīng)速度上的要求，也可節(jié)約系統(tǒng) IO 口和中斷資源 [6]。CAN 總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般由主控制器、CAN 總線協(xié)議控制器、CAN 總線數(shù)據(jù)收發(fā)驅(qū)動器等部分組成，在本系統(tǒng)中，主控制器是STC12LE5A60S2，CAN 總線協(xié)議采用 SJA1000 芯片，收發(fā)器采用 Philips 公司的 A82C250 芯片 [7]。他是信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 24 一種半雙工網(wǎng)絡(luò)，采用平衡發(fā)送和差分接收技術(shù)、收發(fā)器具有高靈敏度，可以檢測 200mv 的電壓，所以具有較強的抗共模干擾的能力，并且經(jīng)過較長距離的傳輸后，信號仍然可以被識別出來。典型的 485 網(wǎng)絡(luò)一般可以介入 32 個收發(fā)節(jié)點。 GSM/GPRS 模塊：GPRS（General Packet Radio Service）是 GSM 移動電話系統(tǒng)中的一種數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。GPRS 在占用較小資源的情況下有效提高了數(shù)據(jù)傳輸速率（相比GSM） ，如本系統(tǒng)中采用的 SIM900A 模塊，可以實現(xiàn)最大 的下行和最大 的上行速率。 ZigBee 模塊：作為網(wǎng)關(guān)，在與傳感器節(jié)點進(jìn)行通信時、使用 ZigBee 協(xié)議，ZigBee 模塊首先收集傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，然后通過串口或者 SPI 接口與主控制器 STC12LE5A60S2 進(jìn)行通信，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行上報，后者再對信息進(jìn)行緩存并選用合適的方式如 CAN 總線或者 485 總線或者串口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸?shù)缴弦粚?。主協(xié)調(diào)器作為整個網(wǎng)絡(luò)的核心，還需要與上位計算機監(jiān)控軟件通信，接受上位機軟件的指令，然后轉(zhuǎn)發(fā)指令到終端節(jié)點。網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān) 主網(wǎng)關(guān)(與上位機通信)網(wǎng)關(guān)終端節(jié)點RS232 GPRSRs485 ZigBeeCANRs485 ZigBeeCANRs485 ZigBeeCAN手持終端ZigBee上位機ZigBee ZigBee ZigBee ZigBeeZigBee終端節(jié)點終端節(jié)點終端節(jié)點圖 37 最終系統(tǒng)運行示意圖如圖 37 所示為一個典型 ZigBee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖示。協(xié)調(diào)器間通過 48CAN 總線或者無線連接，其中一個作為主機的協(xié)調(diào)器要與上位機通信。協(xié)調(diào)器部分的軟件編寫需要考慮以下幾方面的內(nèi)容：首先，需要考慮通信的需求，網(wǎng)關(guān)是通信的樞紐，是整個網(wǎng)絡(luò)的信息集散地，所以必須能夠具備通信功能；第二，協(xié)調(diào)器需要轉(zhuǎn)換各種不同的通信數(shù)據(jù)格式，提取出有效信息；第三，協(xié)調(diào)器部分需要接受用戶輸入，并提供信息顯示界面，也就是進(jìn)行人機交互。在主程序循環(huán)中，所有的任務(wù)被一一執(zhí)行，每個任務(wù)執(zhí)行的時候，首先查詢其要目標(biāo)事件是否發(fā)生，如果發(fā)生，則進(jìn)行下一步處理，否則直接返回。菜單任務(wù)是一個每 執(zhí)行一次的定時任務(wù)，菜單任務(wù)根據(jù)需要判斷相應(yīng)的標(biāo)志位，來決定是否更新顯示內(nèi)容，這樣既可以及時更新顯示信息，也不會由于頻繁刷新而造成 LCD 顯示閃爍現(xiàn)象發(fā)生。下面通過具體的代碼分析來說明網(wǎng)關(guān)部分的程序編寫。, 該部分包括了串口 1 和串口 2 的初始化函數(shù)，進(jìn)行串口波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)格式設(shè)置等配置，還包含串口 1 和串口 2 的中斷處理函數(shù)，還包括一些串口收發(fā)函數(shù)，如發(fā)送字符串函數(shù) uart_send_string，發(fā)送字符函數(shù)，發(fā)送十六進(jìn)制字符函數(shù)等, 該部分是來自周立功公司的 sja1000 CAN 總線控制器芯片的驅(qū)動函數(shù)模塊，主要包含 SJA1000 的初始化，配置，收發(fā)等功能，以及一些 CAN 總線相關(guān)常變量的定義，該部分內(nèi)容都是 CAN 總線中與硬件配置無關(guān)的內(nèi)容，與 CAN 總線硬件配置有關(guān)的內(nèi)容如復(fù)位引腳、中斷配置在單獨的文件中。該部分支持兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)模式，一種是原始的 TCP 數(shù)據(jù)收發(fā)，另一種是將數(shù)據(jù)封裝成 HTTP 協(xié)議中的 POST 方式的請求，然后發(fā)送到服務(wù)器上。與無線模塊的通信采用的是 SPI 接口。以上是各模塊功能的概要分析，程序的運行示意圖如圖 38 所示。進(jìn)中斷中斷返回圖 38 網(wǎng)關(guān)部分程序運行示意圖信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 29 、數(shù)據(jù)感知層 終端節(jié)點硬件設(shè)計終端節(jié)點主要的任務(wù)是采集數(shù)據(jù)，上傳數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集部分主要是連接傳感器，本系統(tǒng)中采用的傳感器是 DHT11 傳感器，這是一個溫濕度采集一體的傳感器，采用單總線方式與主控芯片互聯(lián)，另外還加入了一個光敏電阻，用于定性感知光照強度。為了實現(xiàn)現(xiàn)場和手動匹配功能，節(jié)點上必須有至少一個按鍵，為了指示運行狀態(tài)，需要連接 LED 發(fā)光數(shù)碼管。 電源模塊：節(jié)點采用 紐扣電池供電，為了方便特定場合下使用其他電源供電，特加入了一個 穩(wěn)壓芯片，用于連接外部電源工作，由于采用的是不可充電電池，在節(jié)點設(shè)計時沒有采用電源管理芯片，一切從簡。其采集的溫度范圍是 0 到 50攝氏度，分辨率是 1 攝氏度，誤差范圍是正負(fù) 2 攝氏度。另外還加入了一個光敏電阻配合 CC2X30 內(nèi)部的 ADC 進(jìn)行定性的光照強度的測量。 終端節(jié)點軟件設(shè)計終端節(jié)點要與傳感器通信，所以要軟件模擬單總線（Single Wire）的時序，收發(fā)單總線協(xié)議的命令和數(shù)據(jù)。另外，由于每個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中采用樹狀網(wǎng)絡(luò)，所以部分節(jié)點需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，扮演路由器的角色。終端節(jié)點的程序編寫是基于 ZSTACK 協(xié)議棧的， ZSTACK 本身就是基于RTOS 構(gòu)建的，其內(nèi)部包含了消息處理、消息隊列、消息發(fā)送等完整的消息驅(qū)動編程模型 [11]。一般消息有三個來源：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧消息，如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變、收到數(shù)據(jù)、加入網(wǎng)絡(luò)等；外部消息，如按鍵消息、AD轉(zhuǎn)換完成消息等；定時事件消息，由用戶事先開啟的定時器觸發(fā)的事件消息，比如要每隔 2 秒周期性的采集數(shù)據(jù)，則可以定義一個定時器事件，其觸發(fā)間隔為 2 秒，并同時指定其事件處理函數(shù)，捕獲處理事件消息。所以事先要建立一個任務(wù)，所有注冊的消息都會投遞到該任務(wù)的消息隊列中，等到該任務(wù)執(zhí)行時，會調(diào)用該任務(wù)的消息處理函數(shù)對消息隊列中的未處理消息進(jìn)行處理。 tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt)。 macTaskInit( taskID++ )。 Hal_Init( taskID++ )。endif APS_Init( taskID++ )。endif ZDApp_Init( taskID++ )。endif GenericApp_Init( taskID )。各個任務(wù)的初始化函數(shù)由用戶創(chuàng)建任務(wù)之前定義好，其內(nèi)部一般進(jìn)行任務(wù)相關(guān)的初始化操作。其內(nèi)容如下：void GenericApp_Init( uint8 task_id ){ GenericApp_TaskID = task_id。 GenericApp_TransID = 0。 = 0。 = GENERICAPP_ENDPOINT。GenericApp_TaskID。GenericApp_SimpleDesc。 afRegister( amp。 // 注冊所有的按鍵消息 RegisterForKeys( GenericApp_TaskID )。 ZDO_RegisterForZDOMsg( GenericApp_TaskID, Match_Desc_rsp )。首先向應(yīng)用程序框架注冊了一個端點(endpoint)，這里端點(endpoint) 的概念類似于其他地方所說的端口的含義，然后向系統(tǒng)注冊了所有的按鍵消息，此處注冊時傳入了當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)ID(TaskID)，按鍵觸發(fā)后首先是有 hal 任務(wù)(硬件抽象層任務(wù))進(jìn)行處理的，硬件抽象層任務(wù)根據(jù) TaskID 將按鍵消息投遞到注冊了按鍵消息的任務(wù)的消息隊列中。在任務(wù)中注冊消息，指定消息處理函數(shù)，進(jìn)行消息處理uint16 GenericApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events ){ afIningMSGPacket_t *MSGpkt。 // Data Confirmation message fields byte sentEP。 byte sentTransID。 // Intentionally unreferenced parameter if ( events amp。 while ( MSGpkt ) { switch ( MSGpkt ) { case GenericApp_ProcessZDOMsgs( (zdoIningMsg_t *)MSGpkt )。 case GenericApp_HandleKeys( ((keyChange_t *)MSGpkt)state, ((keyChange_t *)MSGpkt)keys )。 //返回未處理的消息 return (events ^ SYS_EVENT_MSG)。}如上圖所示，各消息在任務(wù)的消息處理函數(shù)中得到處理。首先在硬件制作上，我們從頭至尾制作了將近五六十塊電路板，最終的成品硬件電路共有近 20 塊，所有的電路板都是使用熱轉(zhuǎn)印方式手工制作完成。而軟件的編寫也是類似的，第一次嘗試將那么多的硬件集成到一起然后讓它們協(xié)調(diào)工作并不是一件很容易的事情，然而我們最終還是做到了至少是一些，并且學(xué)習(xí)到了該如何編寫規(guī)范的軟件，尤其是這次試用 ZSTACK 來進(jìn)行開發(fā)，研究 ZSTACK 的使用和工作原理對我們的啟發(fā)很大，我們很多單片機部分的程序編寫都參考了 ZSTACK 很很多類似的開發(fā)框架的設(shè)計思路。信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 34 致謝在本次畢業(yè)設(shè)計的實施過程中，很多老師和同學(xué)給了我們很多幫助，以及我們的指導(dǎo)老師田敏副教授，在此一并表示感謝。信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 35 參考文獻(xiàn)[1][M]..[2] CC253x SystemonChip Solution for IEEE and ZigBee174。s Guide[S].Texas Instrument. .[4] DS1302 Datasheet[S].Dallas Semiconductor. .[5] ZStack Developer3