【正文】 3．網(wǎng)狀連接 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 為了實(shí)現(xiàn)任意無線節(jié)點(diǎn)之間都可以傳遞信息的目標(biāo)，在串狀連接方式的基礎(chǔ)上又發(fā)展了網(wǎng)狀連接方式。由于這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)特征，每個(gè)無線節(jié)點(diǎn)不僅可以收發(fā)信息，還可以自動轉(zhuǎn)發(fā)信息到網(wǎng)絡(luò)中的其他任意節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，由于任意無線節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接就如接力賽跑一樣，信息可以通過無線節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁h(yuǎn)的地方。當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)的距離太遠(yuǎn)是我們必須增加路由節(jié)點(diǎn)的傳遞采集節(jié)點(diǎn)要發(fā)給中心收集節(jié)點(diǎn)，在采集節(jié)點(diǎn)與中心收集節(jié)點(diǎn)之間合適的位置放置幾個(gè)路由器將大大提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定傳輸，為了簡單期間，只有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)收集這些信息，處理后通過串口送到計(jì)算機(jī)，這些信息可以在串口調(diào)試工具或超級終端上看到。 ? 傳感器設(shè)備必須自動加入網(wǎng)絡(luò)，并在手工操作下完成綁定。 芯片的選擇 zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)的的核心是微處理器芯片。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)中可以根據(jù)成本與操作可行性等因數(shù)選擇不同的的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)選擇集微處理器模塊和無線收發(fā)模塊于一體的 單芯片 解決方案。其主要特性如下： (1)片內(nèi)集成增強(qiáng)型高速 8051 內(nèi)核處理器，支持代碼預(yù)取 。8k 數(shù)據(jù)存儲器 。 (2)支持 供電區(qū)間，具有 3 種電源管理模式：喚 醒模式 、睡眠模式 1ua、中斷模式 。 (3)片內(nèi)集成 5 通道 dma。1 個(gè) 16 位、兩個(gè) 8 位普通定時(shí)器 。電源管理與片內(nèi)溫度傳感器 。看門狗等智能外設(shè) [3]。 (4)應(yīng)用范圍包括 ieee 系統(tǒng)、 rf4ce 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、zigbee 網(wǎng)絡(luò)、家居自動化、照明系統(tǒng)、工業(yè)測控、低功耗 wsn 等領(lǐng)域。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基于通用洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 性及便于開發(fā)的考慮， 本設(shè)計(jì) 移植了 TI 公司的 ZStack 協(xié)議棧，其主要特點(diǎn)就是其兼容性，完全支持 IEEE 802. 15. 4/ZigBee 的 CC2530 片上系統(tǒng)解決方案。強(qiáng)大的 IAR Embedded Workbench 除了提供編譯下載功能外，還可以結(jié)合編程器進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試和監(jiān)測片上寄存器、 Flash 數(shù)據(jù)等。使用 IAR 打開工程文件 后，即可查看到整個(gè)協(xié)議棧從 HAL 層到 APP 層的文件夾分布。 ZStack 采用操作系統(tǒng)的思想來構(gòu)建，采用事件輪循機(jī)制，當(dāng)各層初始化之后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，喚醒系統(tǒng)，開始進(jìn)入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式。 這種軟件構(gòu)架可以極大地降級系統(tǒng)的功耗。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 如上圖所示核心處理芯片為 CC2530，其供電方式可以有兩種選擇，如果作為中端節(jié)點(diǎn)可以用電池供電，如果作為協(xié)調(diào)器可以用外部電源供電，溫度傳感器將檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳遞給 CC2530， CC2530 將通過 zigbee 無線協(xié)議發(fā)送給目標(biāo)設(shè)備， CC2530 的外圍設(shè)備還有鍵盤輸入，可以控制CC2530 人為的實(shí)現(xiàn)某些功能，數(shù)碼管顯示可以顯示當(dāng)前采集的溫度數(shù)據(jù)，LED 指示燈指示一些狀態(tài)信息，串口用于調(diào)試設(shè)備，如果作為協(xié)調(diào)器則用于與上位機(jī)通信。 。第一普通的干電池電壓在 ，如果是新干電池其電壓范圍一般都在 以上，所以兩節(jié) 干電池串聯(lián)起來其電壓值可以達(dá)到 左右，實(shí)際測量中其值為就在 左右，這個(gè)誤差范圍在 CC2530 電源誤差范圍之內(nèi)，所以用干電池供電時(shí)一種供電方式。輸出電容如果使用鉭電容， AMS1117 要求輸出電容的最小值為 10uF。 顯示部分的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示采用數(shù)碼管顯示，如下圖所示 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8U5QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7GND8SQH9SCLR10SCK11RCK12OE13SI14QA15VCC16U474HC595GND470KR20Res2GNDf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8U8QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7GND8SQH9SCLR10SCK11RCK12OE13SI14QA15VCC16U774HC595GND470KR22Res2GNDSQH_LED1 23 45 6P9Header 3X2SI_LEDRCK_LEDSCK_LEDP1_6P1_5P1_4溫度顯示電路SI_LEDRCK_LEDSCK_LEDSQH_LEDSCK_LEDRCK_LED 圖 35 供電電源電路 數(shù)碼管的驅(qū)動采用串入并出芯片 74HC595，該芯片利用 SPI 協(xié)議三根線就能完成數(shù)據(jù)的傳輸，即時(shí)鐘線 SCK、數(shù)據(jù)線 SI、片選信號線 RCK。 該芯片 使用方便，在顯示速率上是能夠滿足要求的的，節(jié)省控制器的 IO 口。 按鍵部分設(shè)計(jì) 在 zstack 中，其大部分的硬件驅(qū)動程序都是根據(jù) TI 生產(chǎn)的開發(fā)板寫的，所以大部分的硬件驅(qū)動是不適合我們使用的。 S5SWPBS4SWPBS1SWPBS2SWPBS3SWPB100pFC1Cap2kR1Res2470R4Res23_3VGND100R3Res2330R6Res2470R5Res22KR7Res22KR9Res22KR8Res2470R2Res2GNDTEST 圖 36 AD 鍵盤 電路 該電路時(shí)通過按鍵后在采集點(diǎn)采集的電壓值不同來對應(yīng)不同的按鍵編號的原理制作的，這樣的按鍵只需要一個(gè) AD 采集接口，使用簡單方便，按鍵個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要隨意增加，但是這種按鍵的弊端是在按鍵抖動比較厲害的時(shí)候，誤判率是比較高的，一般在按鍵上加一個(gè)去抖電容。 普通按鍵和復(fù)位按鍵的設(shè)計(jì)比較簡單，按鍵直接接地即可，電路如下洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖。其電路圖如下圖所示 GNDD0VDDU3DS18B20GND4K7R19Res2SENSOR溫度傳感器電路 圖 38 普通按鍵電路 該電路設(shè)計(jì)非常簡便，但是單總線的傳感器的時(shí)序一般都比較復(fù)雜，同樣 DS18B20 的時(shí)序是很復(fù)雜的，所以硬件的簡便必然要軟件區(qū)彌補(bǔ) 。蜂鳴器我們采用三極管直接驅(qū)動，這樣大大提高了報(bào)警的音量。電路圖如下所示 162738495CON2DB9R1 IN13R2 IN8T1IN11T2IN10GND15V+2V6VCC16R1OUT12R2OUT9T1OUT14T2OUT7C1+1C13C2+4C25U2MAX3232GNDC4CapC5CapC6CapC7CapGNDUART_TXUART_RXMAX_TXMAX_RXMAX_TXMAX_RX串口 圖 310 串口 電路 串口電路要注 意幾點(diǎn)，首先 DB9 的順序不能接錯(cuò)，其次串口電平轉(zhuǎn)換有兩種形式，第一是 5V 的，此時(shí)電平轉(zhuǎn)換芯片要使用 MAX232，第二洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 是 的，此時(shí)電平轉(zhuǎn)換芯片要使用 MAX3232；再次，在使用電平轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)候也有兩種可供選擇，第一就是 MAX 系列，這時(shí) 與芯片 V+管腳連接的電容的另一端要接 VCC，另一種是 SP 系列，此時(shí)與芯片 V+管腳連接的電容另一端要接地。其原理圖如下圖 Q1NPNQ2NPNGNDGNDD2LEDD3LED470R2Res21K5R9Res21K5R10Res2LED1 LED2LED 指示燈 圖 311 指示燈 電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 4 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 軟件 部分總體介紹 軟件設(shè)計(jì)整體流程 本設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇樹狀結(jié)構(gòu)，樹狀結(jié)構(gòu)必須有路由的加入，所以本設(shè)計(jì)的軟件部分設(shè)計(jì)分別要對協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。路由器只負(fù)責(zé)在終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器之間的距離超過接收不到的情況下 轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，起到一個(gè)中繼器的作用。 下圖為整個(gè)系統(tǒng)的流程圖 圖 41 系統(tǒng) 整體 流程 從圖中可以看出，終端節(jié)點(diǎn)有兩種與協(xié)調(diào)器的通信方式，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 檢測到的協(xié)調(diào)器信號強(qiáng)度超過路由器時(shí)，將直接與協(xié)調(diào)器通信，相反如果檢測不到協(xié)調(diào)器的信號或者信號強(qiáng)度比路由節(jié)點(diǎn)的若，則通過路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器。 網(wǎng)絡(luò)通道和 PAN ID 的選擇 Zigbee 工作在 ISM 頻段，其定義了兩個(gè)工作頻段，即 在頻段和868/915MHZ 頻段，在中國 Zigbee 工作在 頻段，該頻段有 16 個(gè)速率為 250kb/s 的信道， 該頻段在全球?yàn)橥ㄓ玫念l段，是免費(fèi)的。在設(shè)備啟動后 將掃描該頻段的通道，如果該通道可用，設(shè)備將在該通道內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)。該 PANID 的設(shè)置有兩種方式，第一就是 zstack 中給定的方式設(shè)置 DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF，當(dāng)設(shè)置 PANID 為 0xffff 時(shí)，協(xié)調(diào)器啟動后將根據(jù)自身的物理地址自動設(shè)置一個(gè) PANID 號，此時(shí)如果路由和終端設(shè)備的 PANID 也設(shè)置為 0xffff 時(shí)將自動加入該協(xié)調(diào)器創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)。 第二種就是 我 們 可 以 認(rèn) 為 的 指 定 一 個(gè) PANID 號 ， 例 如DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234，此時(shí)協(xié)調(diào)器啟動后將掃描一定范圍內(nèi)是否已經(jīng)存在同樣的 PANID 號的網(wǎng)絡(luò)，若果存在則 PANID 號自動加 1創(chuàng)建一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)中我們?nèi)藶榈闹付ㄒ粋€(gè)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 PANID 號，這樣的好處是， 保證路由和終端只能加入我指定的網(wǎng)絡(luò)。它提供一個(gè)方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試。 第一次使用程序編寫調(diào)試一般需要經(jīng)過創(chuàng)建工作站、創(chuàng)建并保存工程、創(chuàng)建或加載源 文件、保存工作站、設(shè)置工作環(huán)境（目標(biāo)芯片、調(diào)試方式、仿真器接口類型）、工程編譯連接和調(diào)試七個(gè)步驟。單擊：“開始”、“程序”、 IAR Systems、 IAR Embedded Workbench For CC2530 V3，自動創(chuàng)建一個(gè)新的工作站，出現(xiàn)如 42 所示的界面。 Add existing project to current workspace：添加已經(jīng)存在的工程到當(dāng)前工作站中。 Example workspace： 打開示例工作站。 圖 43 調(diào)試器窗口 選擇 工 程類 型（ Empty project 、 asm、 C 、 C++ 或 xternally built executable），若選擇的工程類型為 Empty project，單擊“ OK”按鈕，出現(xiàn)圖 44 界面，選擇保存路徑，同時(shí)輸入工程文件名（如 test），單擊保存，一個(gè)工程就建立完成了。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 45 創(chuàng)建源程序文件 圖 46 編寫源程序 4. 保存工作站 源程序編輯好之后，保存源文件。 圖 47 保存工作站 5. 編譯環(huán)境設(shè)置 選中項(xiàng)目名稱（ test）后，單擊鼠標(biāo)右鍵，如圖 48 所示。環(huán)境設(shè)置需要設(shè)置目標(biāo)芯片類型、仿真方式、仿真器類型等參數(shù)。 圖 49 目標(biāo)芯片設(shè)置 在 ategory 列表下選擇 Debugger 如圖 410 界面，在 Driver 選項(xiàng)中選擇 FET Debugger 或 Simulator。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 410 仿真方式設(shè)置 6. 工程編譯、連接和調(diào)試 工 程 編 譯 、 連 接 和 調(diào) 試 通 過 選 擇 菜 單 Project 下的Compile/Make/Debug，或點(diǎn)擊圖 411 界面右上方的快捷按鈕完成。通過單擊 Project， Debugger，或按 Ctrl+D 鍵，或單擊 按鈕可以進(jìn)入如圖 412 所示的調(diào)試集成環(huán)境。 在軟件設(shè)置設(shè)備為協(xié)調(diào)器啟動時(shí)， zstack 中 必 須 編 譯 文 件f8wCoord,cfg 文件，該文件在 Coordinator Settings 下設(shè)置了兩個(gè)功能第一為 DZDO_COORDINATOR 即協(xié)調(diào)器功能，第二 DRTR_NWK 即為路由器功能和，也就是說協(xié)調(diào)器啟動后有兩種功能，第一就是作為協(xié)調(diào)器啟動建立維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，一旦建立網(wǎng)絡(luò)成功后，那么此協(xié)調(diào)器將作為一個(gè)普通的路由器使