【正文】 VP)服務(wù)和報(bào)文 (MSG)服務(wù)供應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸使用。 ZDO6可以看成是指配到端點(diǎn) O上的一個(gè)特殊的應(yīng)用對(duì)象，被所有 ZigBee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象調(diào)用的一個(gè)功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。 安全服務(wù)提供層（ SSP層） 安全服務(wù)提供者 SSP(Security Service Provider)向 NWK層和 APS層提供安全服務(wù)。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù) SAP(Service Access Point)和管理 SAP(Service Access Point)。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類(lèi)型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(nèi)容， ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為協(xié)調(diào)器（ Coordinator）、路由器 (Router)和終端節(jié)點(diǎn)（ End Device）。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、?shù)型拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)?[9]。 （ 1）協(xié)調(diào)器 在各種拓?fù)湫问降?ZigBee的網(wǎng)絡(luò)中，有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，他負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率通道、建立網(wǎng)絡(luò)并在其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、提供信息路由、安全管理和其他服務(wù)。是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部分。 （ 3）終端節(jié)點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是發(fā)送和接受信息，通常一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不處在數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能源消耗。 圖 27 三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问? 星形網(wǎng)絡(luò)是三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的，因?yàn)樾切尉W(wǎng)絡(luò)沒(méi)用到 Zigbee協(xié)議棧，只要用802． 15． 4的層就可以實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個(gè)路徑，沒(méi)有可選擇的路徑，假如發(fā)生鏈路中斷時(shí)，那么發(fā)生鏈路中斷的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信也將中斷，此外協(xié)調(diào)器很可能成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。這這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)就是信息只有唯一的路由通道，信息的路由過(guò)程完成是由網(wǎng)絡(luò)層處理，對(duì)于應(yīng)用層是完全透明的。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是減少了消息延時(shí)，增強(qiáng)了可靠性，缺點(diǎn)是需要更多的存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷(xiāo)。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許 ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。 非信標(biāo)模式下， ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的周期性(周期可設(shè)置 )休眠。 . . 3 核心板介紹 CC2530核心板 功能特點(diǎn)： ①高性能、低功耗的 8051微控制器內(nèi)核； ②適應(yīng) IEEE RF收發(fā)器； ③ 開(kāi)放頻段，工作頻段為 ； ④ 16個(gè)傳輸信道，根據(jù)環(huán)境進(jìn)行切換可靠通信信道； ⑤ 無(wú)線傳輸速率達(dá) 250kbps； ⑥具有 8路輸入 8～ 14位 ADC； ⑦ 使用 ，可靠傳輸距離達(dá) 250米。 CC2530介紹 CC2530 是德 州 儀 器 (TI) 推 出 的 完 整 的 用 于 IEEE RF4CE/ZigBee和能源應(yīng)用 的第二代片上系統(tǒng)解決方案， 擁有龐大的快閃記憶體 ， 多達(dá) 256個(gè)字節(jié)，是理想 ZigBee專(zhuān)業(yè)應(yīng)用。同時(shí)， 支持新 RemoTI的 ZigBee RF4CE ，這是業(yè)界首款符合 ZigBee RF4CE兼容的協(xié)議棧， 并且擁有 更大內(nèi)存將允許芯片無(wú)線下載，支持系統(tǒng) 編程。 CC2530的睡眠模式和其與工作模式超短的激活轉(zhuǎn)換時(shí)間，使得其 RF模塊成為針對(duì)超長(zhǎng)電池使用壽命應(yīng)用的理想解決方案。在結(jié)合了 T1/Chipcon業(yè)界領(lǐng)先的 Zigbee協(xié)議棧之后， CC2530被認(rèn)為是市面上最具競(jìng)爭(zhēng)力的 Zigbee解決方案。 仿真器 功能特點(diǎn)： ①標(biāo)準(zhǔn) USB接口，直接使用； ②支持 IAR在線調(diào)試下載和 SmartRF STUDIO7packet sniffer協(xié)議分析功能； ③支持 TI zigbee系列芯片，如： CC111x/CC243x/CC253x/CC251x。 DS18B20 溫度傳感器特性 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ，再寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。測(cè)溫范圍 55℃ +125℃，在 10℃ +85℃時(shí)精度為 +℃。在 9 位分辨率時(shí)，最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字； 12 位分辨率時(shí)，最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度更快。負(fù)壓特性。 DS18B20 管腳介紹 DS18B20有兩種封裝：三腳 TO92 直插式和八腳 SOIC 貼片式，封裝引腳見(jiàn)圖 32所示。 . . 圖 32 DS18B20 引腳封裝圖 表 32 DS18B20 引腳定義 引腳 定義 GND 電源負(fù)極 DQ 信號(hào)輸入輸出 VDD 電源正極 NC 空 . . 4 開(kāi)發(fā)環(huán)境快速建立 記得以前我們學(xué)習(xí) 51 單片機(jī)的時(shí)候相信用得最多的是 KEIL 了，類(lèi)似，這里我們使用IAR ， IAR 開(kāi)發(fā)最大優(yōu)勢(shì)就是能夠直 接使用 TI 公司提供的協(xié)議棧 ZStack 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，我們只需要調(diào)用 API 接口函數(shù)。這里要注意了， IAR 和 ZStack 的高低版本是互不兼容的 [10]，所以我們兩個(gè)東西的版本安裝選取一定要配合好。 相關(guān)軟件和驅(qū)動(dòng)安裝 安裝 IAR ：打開(kāi)安裝文件，選擇 IAR安裝，官方推薦默認(rèn)安裝在系統(tǒng)盤(pán)。 圖 41 安裝截面圖 提示要求輸入 License，由 IAR ，如圖 42所示，選項(xiàng)正確后生成 License,復(fù)制到 License處。下載完畢后再運(yùn)行程序就可以了。 圖 45 安裝過(guò)程 . . 仿真器 驅(qū)動(dòng)安裝方法 我們將 CC DEBUGGER 插進(jìn)電腦，提示找到新硬件，選擇列表安裝。 至此，相關(guān)開(kāi)發(fā)軟件和仿真器驅(qū)動(dòng)都安裝好了。同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，也只能有 1 個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)16 位地址分配（自動(dòng)分配） 一個(gè)或多個(gè)路由器及許多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成，這樣才能完成網(wǎng)絡(luò)的 搭建，路徑的分配和數(shù)據(jù)的采集及傳輸任務(wù) [11]。 FFD 通過(guò)串口與PC 機(jī)連接， Zink 被布置在環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)域，通過(guò)其上的溫度傳感器 DS18B20 來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度，最后通過(guò)天線以無(wú)線的方式將監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給 FFD，由于 FFD 和 PC 機(jī)連接，這時(shí) PC 機(jī)上可以顯示出溫度的監(jiān)測(cè)結(jié)果。 圖 51 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本論文實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè) ZigBee 通信模塊，一個(gè)作為協(xié)調(diào)器，一個(gè)作為終端設(shè)備。 系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件部分主要包括一個(gè) FFD 充當(dāng)協(xié)調(diào)器，一個(gè) Zink 充當(dāng)終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的區(qū)別僅在于協(xié)調(diào)器沒(méi)有溫度采集的傳感器部分， 而是加上了和 PC 機(jī)進(jìn)行通信的串口部分（終端設(shè)備也可以有這個(gè)部分）。 CC2530 只需要很少的外界原件就可以運(yùn)行了。外接原件的典型值及其描述如表 51 所列。 協(xié)調(diào)器要完成的任務(wù)有很多 ， 不僅要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建 ， 還要接收和處理 Zink 采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù) ， 與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行串口通信 ， 還要根據(jù)用戶. . 的需要通過(guò)監(jiān)控主機(jī)向 Zink 發(fā)送采集溫度的參數(shù)等 。 如圖 53所示即為串口轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì) 。 Zink 一般是由 RFD 集成溫度傳感器來(lái)充當(dāng)?shù)摹?DS18B20 是一款集成式芯片，因其采用單總線技術(shù)，即“一線器件”，只需要一根串口線就可以實(shí)現(xiàn)多 DS18B20 溫度傳感器和 PC 的 雙向通信。同時(shí)它還可以將測(cè)溫結(jié)果轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送與 PC 機(jī)，使得調(diào)試變得更容易方便。 DS18B20 與 CC2530 的 P2_0 管腳相連接。這部分的軟件實(shí)現(xiàn)主要有設(shè)備的初始化、協(xié)調(diào)器建網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)信息的收發(fā)和處理等，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的工作流程如圖 55所示。 協(xié)調(diào)器設(shè)備接收 到采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行函數(shù) SampleApp_MessageMSGCB()，該函數(shù)的具體代碼如下所示： void SampleApp_MessageMSGCB( afIningMSGPacket_t *pkt ) { uint16 flashTime。 //提示接收到數(shù)據(jù) HalUARTWrite(0,amp。 //ASCII 碼發(fā)給 PC 機(jī) HalUARTWrite(0,\n,1)。 case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: flashTime = BUILD_UINT16(pkt[1], pkt[2] )。 break。終端傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集溫度信息，并將這些信息經(jīng)路由轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。 . . 圖 56 采集節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖 采 集節(jié)點(diǎn)上電初始化后，首先檢測(cè)范圍內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并加入到網(wǎng)絡(luò)中，然后判斷網(wǎng)絡(luò) 狀 態(tài) 改 變 事 件 ZDO_STATE_CHANGE 是 否 發(fā) 生 ， 如 果 發(fā) 生 執(zhí) 行SampleApp_SendPeriodicMessage 函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)并將檢測(cè)的溫度信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器設(shè)備，然后設(shè)置 1s 后觸發(fā) SampleApp_SendDataEvt 事件，之后每 1s 執(zhí)行一次SampleApp_SendDataEvt 事件。 if ( AF_DataRequest( amp。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID, 10, data, amp。//溫度 T[0]=temp/10+48。 if ( AF_DataRequest( amp。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 2, T, amp。 向 DS18b20 寫(xiě)一個(gè)字節(jié) ： void Ds18b20Write(uchar infor) { uint i。 for(i=0。i++) { if((infor amp。//數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(6)。//數(shù)據(jù)線拉高 Ds18b20Delay(50)。 //數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(50)。 //數(shù)據(jù)線拉高 Ds18b20Delay(6)。 } } 從 DS18B20 中讀取一個(gè)字節(jié) ： uchar Ds18b20Read(void)// 讀取溫度數(shù)據(jù) { uchar Value = 0x00。 Ds18b20OutputInitial()。 Ds18b20Delay(10)。i8。 Ds18b20OutputInitial()。 //數(shù)據(jù)線拉低 Ds18b20Delay(3)。//數(shù)據(jù)線拉高 Ds18b20Delay(3)。//設(shè)置與 DS18B20 相連的 I/O 管腳為輸入 if(Ds18b20Data == 1) Value |= 0x80。//延時(shí) 15us } return Value。 test1=Ds18b20Initial()。 Ds18b20Write(0x44)。 Ds18b20Write(0xcc)。 V1 = Ds18b20Read()。 temp = ((V1 4)+((V2 amp。 //合并溫度值 } . . 6 運(yùn)行結(jié)果 將終端節(jié)點(diǎn)通過(guò) USB 線和電腦相連，并打開(kāi)串口調(diào)試助手，可以看見(jiàn)如圖 61 所示畫(huà)面，終端節(jié)點(diǎn)通過(guò) USB 線和電腦通訊，并在串口調(diào)試助手里面打印，我們就可以讀取終端節(jié)點(diǎn)的溫度。我們就可以讀取來(lái)自終端節(jié)點(diǎn)的溫度了。所讀取的溫度值大體上符合當(dāng)前溫度值。通過(guò)遠(yuǎn)距離測(cè)試發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的可靠傳輸距離可達(dá) 250m，該系統(tǒng)可用于遠(yuǎn)距離測(cè)溫。 CC2530 和 DS18B20 組成的測(cè)溫節(jié)點(diǎn)更是靈活小巧，可以使用在很多場(chǎng)合，而不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合了課題要求，滿足了最初的需要 。 . . 參考文獻(xiàn) [1] 高守瑋，吳燦陽(yáng)等 .ZigBee 技術(shù)實(shí)踐教程 [M]. 北京：航空航天大學(xué)出版社， 2021. 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