【正文】 網(wǎng)絡(luò)的PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)。 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)組建ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中，只有 PAN 協(xié)調(diào)器能夠組建一個(gè)新的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)。在找到合適的空閑信道后，ZigBee 協(xié)調(diào)器就會(huì)選擇一個(gè) PAN 標(biāo)識(shí)符和新網(wǎng)絡(luò)匹配。同時(shí)，這個(gè) ZigBee 協(xié)調(diào)器還會(huì)為自己設(shè)置一個(gè) 16bit 的網(wǎng)絡(luò)地址，一般是 0000。16bit 網(wǎng)絡(luò)地址也就是 MAC 短地址，它在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先通過信道掃描來搜索它周圍存在的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)搜尋到了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，它就會(huì)通過關(guān)聯(lián)過程來加入網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)zigbee網(wǎng)絡(luò)中具備路由功能的節(jié)點(diǎn)可以允許或拒絕別的節(jié)點(diǎn)通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)具備路由器功能的節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)路由表和一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)表，并參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)，以及關(guān)聯(lián)其它節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。為了降低ZigBee節(jié)點(diǎn)的平均功耗，ZigBee節(jié)點(diǎn)可以設(shè)定為激活和睡眠兩種工作狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于激活狀態(tài)才能完成數(shù)據(jù)的傳輸。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)有數(shù)據(jù)包要發(fā)送給正在睡眠的節(jié)點(diǎn)時(shí)，協(xié)調(diào)點(diǎn)負(fù)責(zé)為這些數(shù)據(jù)包提供緩存。其中重點(diǎn)介紹了 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的組建。對(duì)于工作在復(fù)雜環(huán)境下的過車傳感器，做好硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。夏天，在陽光直射下，高速公路的路面溫度可高達(dá) 50℃~60℃，而在寒冷的冬天，溫度可低至零下十幾度。另外，為了防止車輛對(duì)傳感器造成破壞和考慮到傳感器安裝方便，應(yīng)使用電池供電和無線傳輸。本系統(tǒng)采用霍尼韋爾HM2022三軸固態(tài)低磁混合電路磁阻傳感器對(duì)車輛擾動(dòng)地磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，CC2431整合了單片機(jī)模塊和zigbee無線通訊模塊,因此,以成都無線龍CC2431模塊作為數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送模塊。混合電路可使用6~15V單電源供電，并內(nèi)置+ 基準(zhǔn)電壓,每個(gè)坐標(biāo)軸都有模擬輸出可供外部接口使用, 可檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍能達(dá)到40μ～177。傳感器的磁敏感方向?yàn)檠刂p列直插混合電路長(zhǎng)，寬，高三個(gè)方向。0 輸出(典型值)，該電壓實(shí)際值由參考電壓Vref決定。利用這種混合電路的靈敏度和線性度可以在地磁場(chǎng)中探測(cè)各種變化，以提供羅盤方向的傳感。 [15] HMC2022結(jié)構(gòu)原理圖 Structure diagram of HMC2022 A/D 轉(zhuǎn)換器磁阻傳感器輸出為模擬信號(hào)，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換讀入計(jì)算機(jī)。1．分辨率分辨率是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換中所能分辨的最小量，習(xí)慣上用轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)表示。不作量程切換時(shí)，由輸入中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 18 模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和要求分辨的最小輸入可計(jì)算所需要 ADC 分辨率，也即： ()min21NFSRU?? ()min(1)2logFSRU??對(duì)于所選用的磁阻傳感器，ADC 的位數(shù)為 14 即可。1) 絕對(duì)誤差在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差的最大值，定義為“絕對(duì)誤差” 。絕對(duì)誤差包括量化誤差和其它所有誤差。例如，滿量程為 5V,12 位 A/D 芯片，若其絕對(duì)精度為 11/2LSB，則其最小有效位的量化單位為 ，其絕對(duì)精度為 mV，相對(duì)精度為 %}(速率)轉(zhuǎn)換時(shí)間是 ADC 完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。積分型 A/D 的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)低速 A/D,逐次比較型 A/D 是微秒級(jí)中速 A/D，全并行/串并行型 A/D 可達(dá)到納秒級(jí)。CC2430 具有 8 通道，最高 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，14 位時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 132μs。三個(gè)引腳輸出 05V 的電壓( 代表磁場(chǎng)強(qiáng)度為 0) ,因此可以直接將信號(hào)輸出接到 CC2430 的 A/D 通道。 無線通信芯片 CC2430CC2430是TI公司推出針對(duì)ZigBee的無線通信芯片, 延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)以 ISM波段應(yīng)用對(duì)低成本，低功耗的要求。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 19 CC2430電路版外觀圖 The appearance of CC2430 circuit diagram DSSS(直接序列擴(kuò)頻)的射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)8051 單片機(jī)控制器。它使用1個(gè)8 位MCU（8051），具有32/64/128 KB 可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬\數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時(shí)器（Timer）、看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）、AES128密保協(xié)同處理器、32 kHz晶振的休眠狀態(tài)定時(shí)器、掉電檢測(cè)功能電路(Brown Out Detection)、內(nèi)置上電復(fù)位電路(Power On Reset)等。CC2430的從休眠模式轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式使用超短時(shí)間的特性，特別適合那些對(duì)電池壽命要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用。這四種工作模式分別為：PM0、PMPMPM3。這個(gè)模式下，CPU和所有外圍模塊都處于激活狀態(tài)，是通常使用的模式 PM1，電源電壓調(diào)節(jié)器開，高速振蕩器關(guān)閉。PM1用在喚醒時(shí)間較短，CPU模式切換較頻繁的情況。當(dāng)CPU進(jìn)入PM2后，、外部中斷、和睡眠定時(shí)器是激活狀態(tài)的，其他所有電路都處于掉電狀態(tài)，電壓調(diào)節(jié)器也被關(guān)閉。 PM3PM3是CPU功耗最低的一種模式。此時(shí)，CPU只能響應(yīng)上電復(fù)位信號(hào)跟外部中斷信號(hào)RAM的內(nèi)容不會(huì)丟失及改變，直到被喚醒進(jìn)入PM0模式。 CC2430芯片架構(gòu) CC2430 chip architectureCC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：?低功耗的高性能工業(yè)級(jí)8051單片機(jī)內(nèi)核；? ；?高接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性能；?大容量閃存；?具備在各種供電方式下穩(wěn)定數(shù)據(jù)保持能力的8KB sRAM；?具備強(qiáng)大的DMA功能；?高集成度，只需極少的外圍元件；?最小基本系統(tǒng)只需一個(gè)晶體，即可滿足ZigBee組網(wǎng)需要；?低電流消耗 (當(dāng)內(nèi)核運(yùn)行在32 MHz總線頻率時(shí)，接收為27mA，發(fā)射為25mA)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 21 ?，通過外部中斷或者實(shí)時(shí)鐘(RTc)能夠喚醒系統(tǒng)；?掛起方式的電流消耗小于 ，通過外部中斷能夠喚醒系統(tǒng)；?硬件直接支持避免沖突的載波偵聽多路存取；?電源供電電壓范圍寬(～ V)；?內(nèi)置數(shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器/鏈路質(zhì)量指示(RssI/LQI)；?內(nèi)置電池監(jiān)視器和溫度傳感器；?具有8路8～14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；?內(nèi)置高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)協(xié)處理器；?具有2個(gè)支持通用串行通信協(xié)議的串口；?內(nèi)置硬件看門狗；?具有1個(gè)IEEE 媒體存取控制(MAC)定時(shí)器；?具有1個(gè)通用的16位和2個(gè)8位定時(shí)器；?硬件調(diào)試支持；?具有獨(dú)立的定位檢測(cè)硬件核心。本課題中采用新型的PWM調(diào)制的穩(wěn)壓電源模塊TPS63000，與傳統(tǒng)的線性分壓穩(wěn)壓芯片相比，明顯節(jié)能。協(xié)調(diào)器：協(xié)調(diào)器的功能主要是建立網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。在本課題研究中，協(xié)調(diào)器用于將主機(jī)端監(jiān)控程序發(fā)送的命令傳遞給具體的傳感器，或是接收過車傳感器采集的數(shù)據(jù)并上傳給上位機(jī)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 22 圖 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的工作 Work of Coordinator node終端：系統(tǒng)復(fù)位時(shí)終端節(jié)點(diǎn)先進(jìn)行硬件初始化，掃描所有可用信道來尋找臨近的協(xié)調(diào)器，申請(qǐng)加入該協(xié)調(diào)器所創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)。終端設(shè)備的程序流程如圖 所示。為了檢測(cè)車輛的速度，軸數(shù)和軸間距等參數(shù)，每個(gè)車道需要安裝兩個(gè)傳感器。在進(jìn)行交通量數(shù)據(jù)采集時(shí)，采集系統(tǒng)中存在兩種通信，一種是傳感器之間的通信，另一種是傳感器與計(jì)算機(jī)之間的通信。傳感器之間的通信只限于同一車道的兩個(gè)傳感器之間，所以采用 Zigbee 中的綁定進(jìn)行兩個(gè)傳感器之間的通信。綁定機(jī)制允許一個(gè)應(yīng)用服務(wù)在不知道目標(biāo)地址的情況下向?qū)Ψ剑ǖ膽?yīng)用服務(wù)）發(fā)送數(shù)據(jù)包。傳感器與計(jì)算機(jī)之間的通信由計(jì)算機(jī)通過主節(jié)點(diǎn)向具體的傳感器發(fā)出命令。最后對(duì)傳感器之間及傳感器和計(jì)算機(jī)之間的組網(wǎng)通信進(jìn)行了研究。傳感器硬件設(shè)計(jì)遵循第 3 章中的原則，低功耗，抗干擾，工作可靠。 CPU 電路系統(tǒng) CPU 采用 CC2430 系列的 Zigbee 芯片，該芯片內(nèi)部整合有一個(gè)功能強(qiáng)大的8051CPU，本課題中采用具有 128k 閃存的 CC2430F128。由于外接天線無法放置于路面上，因此，采用了 PCB 天線。圖 傳感器所用 CC2430 電路圖 The CC2430 diagram of sensors A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行交通量數(shù)據(jù)采集時(shí)，要求精度為毫秒級(jí)，CC2430 的 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間在 14 位時(shí)為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 26 132μs，基本能夠滿足要求。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路車輛記錄的存儲(chǔ)采用 AT45DB161B。技術(shù)指標(biāo)如下：?jiǎn)我?— 電源供電SPI 兼容最大 20MHz 時(shí)鐘頻率頁(yè)編程操作支持頁(yè)和塊擦除操作低功耗：讀電流 4mA，待機(jī)電流 2uA硬件數(shù)據(jù)保護(hù)容量 4096 頁(yè) X528 字節(jié) 電源電路 過車傳感器一般被安置于路面，工作環(huán)境惡劣，因此要保證傳感器穩(wěn)定工作首先需要可靠的供電設(shè)計(jì)，雖然數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性要求很高，但一般情況下數(shù)據(jù)的發(fā)送在可以滯后一段時(shí)間或是集中發(fā)送，因此完全可以采用電池作為系統(tǒng)唯一的能量來源。按照交通量調(diào)查的要求，需要采集連續(xù) 24 小時(shí)的車輛數(shù)據(jù)，考慮到特殊調(diào)查的需要，電池應(yīng)能連續(xù)供電 48 小時(shí)。 [24]圖 傳感器的電源電路 The power circuit of the sensor中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 27 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H上就是控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的函數(shù)，它為硬件和計(jì)算機(jī)之間的連接提供軟件接口，使應(yīng)用程序以規(guī)范的方式訪問硬件，而不必考慮面對(duì)不同硬件時(shí)如何具體實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制。在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的過程中，一般沒有通用的驅(qū)動(dòng)程序可以使用。驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)中連接和控制硬件的關(guān)鍵模塊，主要工作包括對(duì)硬件初始化、中斷響應(yīng)、讀寫等，保證設(shè)備的基本功能能夠正常實(shí)現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)中的所有驅(qū)動(dòng)程序都會(huì)遵循通用的接口。而每個(gè)對(duì)象內(nèi)部都有自己的數(shù)據(jù)和方法，當(dāng)一個(gè)設(shè)備的方法被調(diào)用的時(shí)候都是以設(shè)備對(duì)象本身作為第一個(gè)參數(shù)。典型的驅(qū)動(dòng)程序一般都會(huì)有以下幾部分：硬件的初始化：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中的初始化函數(shù)來創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象。應(yīng)用對(duì)這個(gè)設(shè)備的所有操作（讀取或改寫設(shè)備的參數(shù)，調(diào)用設(shè)備的功能等）都通過這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備的讀寫：讀和寫是對(duì)一個(gè)設(shè)備最基本的操作。進(jìn)行數(shù)據(jù)交流就不可避免的要對(duì)該硬件設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。中斷服務(wù)程序：相對(duì)于 CPU，設(shè)備的運(yùn)行速度要慢很多，因此，設(shè)備常常采用中斷工作的方式來維持整個(gè)系統(tǒng)的同步。因此中斷服務(wù)對(duì)于設(shè)備的正常運(yùn)行非常重要。通常是將一個(gè)或幾個(gè)中斷處理函數(shù)注冊(cè)到設(shè)備相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。時(shí)鐘：時(shí)鐘就相當(dāng)于系統(tǒng)的計(jì)時(shí)裝置，是一種非常重要的系統(tǒng)資源，幾乎每個(gè)設(shè)備都會(huì)用到的，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議里的超時(shí)處理，系統(tǒng)硬件的輪詢等。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 28 過車傳感器的驅(qū)動(dòng)程序過車傳感器的硬件設(shè)備有 A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)讀寫和無線通信。我們只需要開發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 A/D 轉(zhuǎn)換的基本操作函數(shù)。在編寫基本操作函數(shù)之前，先簡(jiǎn)要介紹數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 45DB161B 的引腳和操作命令。// 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作命令define DM_STATE_READ 0x54 // 讀狀態(tài)寄存器define DM_WRITE_BUFFER1 0x84 // 寫 Buffer1define DM_WRITE_BUFFER2 0x87 // 寫 Buffer2define DM_READ_BUFFER1 0x54 // 讀 Buffer1define DM_READ_BUFFER2 0x56 // 讀 Buffer2define DM_BUF1_WRITE_ERASE 0x83 // 帶擦除 Buffer1 到主存define DM_BUF2_WRITE_ERASE 0x86 // 帶擦除 Buffer2 到主存//數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器引腳定義define DM_CS BIT2 // CS 腳接 define DM_SCLK BIT3 // SCLK define DM_SI BIT1 // SI define DM_SO BIT2 // SO define DM_RDY BIT0 // RDY define DM_RESET BIT3 // RESET //SPI 時(shí)鐘脈沖define DM_SCLK_H P3OUT |= DM_SCLKdefine DM_SCLK_L P3OUT amp。= ~DM_SI//數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器初始化void dm_init(void){// 采用模擬三線 SPI 方式 0 時(shí)序方式與 DataFlash 通訊P3DIR |= DM_SCLK + DM_SI。= ~(DM_SO + DM_RDY)。= ~(DM_SCLK + DM_SI + DM_SO)。= ~DM_SCLK。P2SEL amp。P2OUT |= DM_CS + DM_RESET。}// 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器復(fù)位中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文 30 void dmreset(void){unsigned int i = 0。DM_CS_L。DM_RESET_L。 i 0x1ff。{_NOP()。delay(10)。DM_CS_L。DM_CS_H。 DF_RDY))return 0。}// 傳輸一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)char dm_Byte_Send(char cData){// 收到的數(shù)