【正文】 對話。 ZigBee 協(xié)議架構(gòu) ZigBee 標準定義了一種堆棧協(xié)議，這種協(xié)議能夠確保無線設(shè)備在低成本 、低功耗和低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。ZigBee 設(shè)備應(yīng)該包括 （該標準定義了 RF 射頻以及 與相鄰設(shè)備之間的通信 ）的 物理（ PHY）層 和 媒質(zhì)接入控制（ MAC） 層，以及 ZigBee 堆棧層 ： 網(wǎng)絡(luò) （ NWK） 層、應(yīng)用層和安全服務(wù)提供層。 ZigBee 聯(lián)盟 圖 6 ZigBee 協(xié)議棧架構(gòu) PHY層的特征是啟動和關(guān)閉無線收發(fā)器，能量檢測、鏈路質(zhì)量、信道選擇、清除信道評估，以及通過物理媒體對數(shù)據(jù)包進行發(fā)送和接收。 的數(shù)據(jù)鏈路層分成 邏輯鏈路控制（ LLC）和媒介訪問控制高層引用規(guī)范 應(yīng)用會聚層 網(wǎng)絡(luò)層 IEEE 邏輯鏈路控制層 （ LLC） IEEE 邏輯鏈路控制層 （ LLC） IEEE 媒質(zhì) 接入控制層 （ MAC） 868/915 MHz 物理層 GHz 物理層 Zigbee 聯(lián)盟 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 10 （ MAC）兩個子層。 的 MAC 子層支持多種邏輯鏈 路層（ LLC）標準，通過 SSCS （ ServiceSpecific Convergence Sublayer 業(yè)務(wù) 相關(guān)的會聚子層 ）協(xié)議承載 類型的 LLC 標準，同時也允許其他 LLC 標準直接使用 的 MAC 層的服務(wù)， MAC 層與硬件聯(lián)系緊密，依 賴于不同的物理層而實現(xiàn)。 的 MAC 層為了增加靈活性，支持 64bit 的 IEEE 地 址和 16bit 的短地址兩類地址。 16bits 的局部地址處理起來更方便， 節(jié)約功耗。 ZigBee 的技術(shù)參數(shù)及優(yōu)勢 ZigBee 是為建立一種可靠的、高性價比的、低功耗的，可以實現(xiàn)監(jiān)測和控 制的無線網(wǎng)絡(luò)而制定的，是一套 完整的、開放的、全球統(tǒng)一的標準，是被全球公認的具有互操作性的解決方案，適用于家庭自動化與遠程控制領(lǐng)域，其主要技術(shù)參數(shù)如表 3 所示 。 通信延時 15～ 30ms（典型搜索時延 30ms， 休眠激活時延 15ms，活動接入時延 15ms） 。 網(wǎng)絡(luò)容量 一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可容納一個主設(shè)備， 254 個 從設(shè)備；一個區(qū)域內(nèi)可同時存在100 多個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，由此最大容量可達 25400。 安全機制 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查及鑒權(quán)功能，加密算法采用 AES128，同時各個應(yīng)用可靈活確定采用何種安全機制。 耗電情況 非常低的占空因數(shù)（或稱忙閑度），可以小于 %；具有工作周期短，收發(fā)功耗低的特點，并且有休眠模式，一般情況下兩節(jié)五號電池可工作 6 個月至兩年左右。 ZigBee 采用基 本的主一從結(jié)構(gòu)配合靜態(tài)的星型網(wǎng)絡(luò)，因 此更加適用于使用頻率低、傳輸速率低的設(shè)備； 。設(shè)備搜索時延典型值為 30ms，休眠激活時延典型值為 15ms 活動設(shè)備信道接入時延為 15ms，這對某些時間敏感的信息至關(guān)重要，另外還 節(jié)省了能量消耗，能夠滿足大多數(shù)情況下應(yīng)用的時延要求； 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 11 。在接入層采用確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包必須等待接收點的確認信息，才可發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包； 。 ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用 AES128 加 密算法，同時不同的應(yīng)用可以依據(jù)各自的具體要求靈活確定其安全屬性； ：使用的頻段分別為 , 868MHz（歐洲）及 915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段 [6]。 CC2430在單個芯片上整合了 一個高性能 DSSS(直接序列 擴頻 )射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的 8051控制器， 并且片內(nèi)集成有溫度傳感器 。 系統(tǒng)的實現(xiàn)可簡化為以下幾部分內(nèi)容： 溫度傳感器檢測環(huán)境溫度、從節(jié)點溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送、主節(jié)點對溫度數(shù)據(jù)的接收及上傳給上位機顯示．整個系統(tǒng)需要三類設(shè)備：溫度采集節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點以及監(jiān)測中心。網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點通過 IEEE 協(xié)議與溫度采集節(jié)點組成一個星型網(wǎng)絡(luò)。 整個系統(tǒng)的簡化模型如圖 7 所示 [7]。其框圖如圖 8所示： 圖 8 網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點和溫度采集節(jié)點的硬件框圖 軟件設(shè)計 整個系統(tǒng)的軟件實體分為 PC端的監(jiān)測中心軟件、網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點軟件以及溫度采集節(jié)點軟件。 PC端監(jiān)測中心軟件通過串口接收網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)，將相應(yīng)溫度采集節(jié)點的溫度值顯示出來。 網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點 PC 機 溫度采集節(jié)點 IEEE 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 13 圖 9 溫度采集節(jié)點程序流程圖 Y N Y N 開始 硬件初始化 協(xié)議棧初始化 打開全局中斷 申請加入網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)休眠狀態(tài) 系統(tǒng)喚醒并檢測當前溫度 發(fā)送當前溫度值 發(fā)送成功 是否成功加入網(wǎng)絡(luò) 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 14 圖 10 網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點程序流程圖 下面給出了幾個程序模塊的 C語言代碼： 1） 從節(jié)點檢測環(huán)境溫度 ／／定義宏函數(shù)，配置 ADC：參考電壓位內(nèi)部 ，轉(zhuǎn)換精度為 12位， ／／轉(zhuǎn)換通道位內(nèi)部溫度傳感器 define TEMP_SENSOR(V) Do { ADCCON2=0X3E； ADCCONl=0X73； while(!ADCCONl amp。 4)主節(jié)點將溫度數(shù)據(jù)上傳給 PC機 初始化串口的代碼如下： ／／串口初始化函數(shù) ／／串口參數(shù)設(shè)置為 57600,None,1,None ／／打開串口，允許接 收 void HALUARTinit(void) { IO_PER_LOC_UART0_AT_PORT0_PIN2345( )；／／配置 RXD TXD腳的位置 UART_SETUP(0， 57600， HIGH_STOP)； ／／ 57600，高停止位 IENO|=URX0IE； ／／使能 UART0接收中斷控制位 IEN2|=UTX0IE； ／／使能 UART0發(fā)送中斷控制位 } 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通過串口發(fā)送函數(shù)： ／／串口發(fā)送數(shù)據(jù)服務(wù)初始化函數(shù) ／／參數(shù)：指向待發(fā)送數(shù)據(jù)的指針 ／／調(diào)用此函數(shù)啟動緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的發(fā)送， 之后的數(shù)據(jù)發(fā)送是在串口發(fā)送中斷 ／／ )服務(wù)函數(shù) __interrupt void UTX0_ISR(void)中進行 void Uart_Data_Sent(char *p) { =p； 大學(xué) 2021 屆學(xué)士畢業(yè)論文 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 16 =1；／／已發(fā)送數(shù)據(jù)個數(shù) l UODBUF=*p； ／／先啟動一次發(fā)送，送出第一個數(shù)據(jù) ／／ 后面的其他數(shù)據(jù)通過 TX中斷依次發(fā)出 ， 以 ’＼ O’結(jié)束 } ／／ UART0發(fā)送中斷服務(wù)程序 pragma vector=UTX0_VECTOR _interrupt void UTX0_ISR(void) { char TEMP； IRCON2amp。最后本論文以 CC2430 芯片 和 它自帶的的片內(nèi)溫度傳感器 為核心，設(shè)計了溫度 傳感器網(wǎng)絡(luò) 的軟硬件部分 ，實現(xiàn)了 對 環(huán)境 溫度的無線檢測。 在 完成本論文 過程中 ， 我收獲良多，不僅擴展了很多專 業(yè)上的理論知識，提高了動手實踐能力，我還從中發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足。我會在以后的工作學(xué)習(xí)中不斷加以改進。還有那些我引用過 資料、圖片、文獻 的作者們，我也由衷地向他們表示感謝！