1、Word格式目錄前言2摘要3一 需求分析4二 系統(tǒng)設(shè)計5三 實現(xiàn)原理63.1zigbee協(xié)議介紹63.2ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域73.3zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)7四 硬件設(shè)計114.1傳感器節(jié)點模塊化設(shè)計114.2CC2530芯片概述114.2.1CC2530芯片基本介紹114.2.2CC2530芯片引腳介紹124.3溫度傳感器調(diào)理電路設(shè)計134.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器外圍電路設(shè)計14五 軟件設(shè)計165.1IAR開發(fā)環(huán)境165.2協(xié)調(diào)器節(jié)點程序165.2.1網(wǎng)絡(luò)組建175.2.2節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸205.3嵌入式網(wǎng)關(guān)程序215.4 傳感器節(jié)點程序23總結(jié)24參考文獻25致謝26前言 智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技

2、術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、影音服務(wù)器、影柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。 在很多應(yīng)用場合，溫度是一個很重要的一個參數(shù)。溫度的自動監(jiān)測已經(jīng)成為各行業(yè)進行安全生產(chǎn)和減少損失的重要措施之一。傳統(tǒng)的溫度測量方式測量周期長，施工復(fù)雜，不便于管理，并且在有些特定場合如封閉，高壓等環(huán)境下根本無法測量。但是往往這些場合容易引起很大的事故。因而溫度的無線傳輸顯的越來越重要。摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對生活的

3、品質(zhì)提出了更高的要求。在設(shè)計中，為了實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的遠程管理和無線傳輸?shù)墓δ?，利用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以CC2530芯片和相關(guān)的一些外圍器件組建成整個系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān)控制平臺，而家居內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)則利用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)。本設(shè)計主要從無線傳感方向進行改進，主要設(shè)計一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過運用協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)主從節(jié)點的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點對多點，兩點之間的通信。并詳細闡述了基于Zigbee協(xié)議棧的中心節(jié)點和終端節(jié)點的協(xié)議傳輸，主要是從協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AODV路由協(xié)議著手，闡述在網(wǎng)絡(luò)層如何通過AO

4、DV路由協(xié)議進行節(jié)點間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。關(guān)鍵字: 智能家居; 溫濕度數(shù)據(jù)采集; CC2530; Zigbee協(xié)議棧; 一 需求分析隨著社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、家庭人口結(jié)構(gòu)以及信息技術(shù)的發(fā)展變化,人們對家居環(huán)境的安全性、舒適性、效率性、透明性提出了更高的要求。同時越來越多的家庭要求家居產(chǎn)品不僅要具備簡單的智能，更要求整個系統(tǒng)在功能擴展、外延以及服務(wù)方面能夠做到簡單、方便、輕松、安全。很顯然我們的家居生活需要改變，智能家居系統(tǒng)提供廣泛的信息交互功能，優(yōu)化居住環(huán)境，幫助人們有效地利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性各種實現(xiàn)了對家居環(huán)境的控制。智能家居產(chǎn)品為家居環(huán)境、家電設(shè)備提供一個共享的接入中心，實現(xiàn)對家庭環(huán)境及其設(shè)備的智能

5、管理、遠程管理、集中管理和資源共享。隨著網(wǎng)絡(luò)科技的高速發(fā)展，在可以預(yù)見的未來，在智能化住宅中，以寬帶網(wǎng)絡(luò)將家里的電腦、電視機、家電、安防系統(tǒng)等連成一體的自主控制、擴展、享用的工作、學(xué)習(xí)、娛樂家庭綜合信息服務(wù)平二 系統(tǒng)設(shè)計三 實現(xiàn)原理3.1zigbee協(xié)議介紹ZigBee協(xié)議標準采用分層結(jié)構(gòu)，每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實體都通過服務(wù)接人點SAP為上層提供接口，每個SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語來實現(xiàn)所需的功能。ZigBee標準的分層架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場和應(yīng)用的實際需要定義的。其中IEEE 80215420

6、03標準定義了底層協(xié)議：物理層(physical layer，PHY)和媒體訪問控制層(medium access control sublayer，MAC)。ZigBee 聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層(network layer,NWK)，應(yīng)用層(application layer，APL)架構(gòu)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(application support sublayer，APS)和 ZigBee設(shè)備對象(ZigBee device object，ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對象。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層采用基于Ad Hoc的路由協(xié)議，除了具有通用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)該

7、與底層的IEEE 802154標準一樣功耗小，同時要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護，以最大限度方便消費者使用，降低網(wǎng)絡(luò)的維護成本。應(yīng)用支持子層把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全屬性設(shè)置、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。 ZigBee無線測溫系統(tǒng)的組成及原理基于ZigBee技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)主要由基于ZigBee技術(shù)的底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及功能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)3部分組成,該系統(tǒng)是由大量的傳感器點、匯節(jié)點以及遠程傳輸模塊組成的分布式系統(tǒng)?；诖氐姆謱咏Y(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力,簇頭就是分布式處理中心,即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個匯節(jié)點。每個簇成員(傳感器節(jié)

8、點)都把數(shù)據(jù)傳給簇頭,數(shù)據(jù)融合后直接傳給遠程傳輸網(wǎng)絡(luò),中央控制中心通過遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)與多個匯節(jié)點連接,匯節(jié)點和傳感器節(jié)點之間通過ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線的信息交換。帶有射頻收發(fā)器的無線傳感器節(jié)點負責對數(shù)據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點;通過遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息,實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。3.2ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域ZigBee技術(shù)的目標就是針對工業(yè)、家庭自動化、遙測遙控、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)療護理等，例如燈光自動化控制、傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、油田、電力、礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對局部區(qū)域內(nèi)移動目標例如城市中的車輛進行定位。通常，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可

9、以考慮采用ZigBee技術(shù)做無線傳輸：數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點多；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，但要設(shè)備成本低；要求數(shù)據(jù)傳輸可性高，安全性高；設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；電池供電；地形復(fù)雜，監(jiān)測點多，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進行低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)倪b測遙控系統(tǒng)；使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動目標的定位應(yīng)用。3.3zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)議棧定義了四層，分別是物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物理層和媒體訪問控制層由IEEE802.15.4-2003定義，上層的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由Zigbee聯(lián)盟定義。應(yīng)用層分別包括ZDO（Zigbe

10、e設(shè)備對象），APS（應(yīng)用支持子層）和AF（應(yīng)用框架）組成。Zigbee協(xié)議棧每一層負責完成所規(guī)定的任務(wù)，并且向上層提供服務(wù)，各層之間的接口通過所定義的邏輯鏈路來提供服務(wù)。 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如 圖2 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖所示。 圖2 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖1. 物理層物理層由半雙工的無線收發(fā)器及其接口組成，主要作用是激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；檢測信道的能量；顯示收到數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量；空閑信道評估；選擇信道頻率；數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。2. 媒體訪問控制層媒體訪問控制（MAC）層建立了一條節(jié)點和與其相鄰的節(jié)點之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。在協(xié)調(diào)器的MAC層，可以產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信

11、標，同步網(wǎng)絡(luò)信標；支持ZigBee設(shè)備的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持設(shè)備加密；在信道訪問方面，采用CSMA/CA信道退避算法，減少了碰撞概率；確保時隙分配（GTS）；支持信標使能和非信標使能兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為兩個對等的MAC實體提供可靠連接。3. 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負責拓撲結(jié)構(gòu)的建立和維護網(wǎng)絡(luò)連接，主要功能包括設(shè)備連接和斷開網(wǎng)絡(luò)時所采用的機制，以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機制。此外，還包括設(shè)備的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護和轉(zhuǎn)交。并且，網(wǎng)絡(luò)層完成對一跳(onehop)鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)結(jié)點信息的存儲。一個ZigBee協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個新網(wǎng)絡(luò)，為新加入的設(shè)備分配短地址等。并且，網(wǎng)絡(luò)層還提供一些必要的函數(shù)，確保Z

12、igBee的MAC層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層要求能夠很好地完成在IEEE 802154標準中MAC子層所定義的功能，同時，又要為應(yīng)用層提供適當?shù)姆?wù)接口。為了與應(yīng)用層進行更好的通信，網(wǎng)絡(luò)層中定義了兩種服務(wù)實體來實現(xiàn)必要的功能。這兩個服務(wù)實體是數(shù)據(jù)服務(wù)實體(NLDE)和管理服務(wù)實體(NLME)。網(wǎng)絡(luò)層的NLDE通過數(shù)據(jù)服務(wù)實體服務(wù)訪問點(NLDESAP)來提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，NLME通過管理服務(wù)實體服務(wù)訪問點(NLMESAP)來提供管理服務(wù)。NLME可以利用NLDE來激活它的管理工作，它還具有對網(wǎng)絡(luò)層信息數(shù)據(jù)庫(NIB)進行維護的功能。 在這個圖中直觀地給出了網(wǎng)絡(luò)層所提供的

13、實體和服務(wù)接口等。 NLDE提供的數(shù)據(jù)服務(wù)允許在處于同一應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中的兩個或多個設(shè)備之間傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)。NLDE提供的服務(wù)有：產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)和選擇通信路由。選擇通信路由，在通信中，NLDE要發(fā)送一個NPDU到一個合適的設(shè)備，這個設(shè)備可能是通信的終點也可能只是通信鏈路中的一個點。NLME需提供一個管理服務(wù)以允許一個應(yīng)用來與協(xié)議棧操作進行交互。 NLME需要提供以下服務(wù)：配置一個新的設(shè)備(configuring a new device)。具有充分配置所需操作棧的能力。配置選項包括：ZigBee協(xié)調(diào)器的開始操作，加入一個現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)等。 4. 應(yīng)用層應(yīng)用層包括三部分

14、：應(yīng)用支持子層（APS）、ZigBee設(shè)備對象（ZDO）和應(yīng)用框架（AF）。應(yīng)用支持子層的任務(wù)是提取網(wǎng)絡(luò)層的信息并將信息發(fā)送到運行在節(jié)點上的不同應(yīng)用端點。應(yīng)用支持子層維護了一個綁定表，可以定義、增加或移除組信息；完成64位長地址（IEEE地址）與16位短地址（網(wǎng)絡(luò)地址）一對一映射；實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的分割與重組；應(yīng)用支持子層連接網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，是它們之間的接口。這個接口由兩個服務(wù)實體提供：APS數(shù)據(jù)實體（APSDE）和APS管理實體（APSME）。APS數(shù)據(jù)實體為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，它會拆分和重組大于最大荷載量的數(shù)據(jù)包。APS管理實體提供安全服務(wù)，節(jié)點綁定，建立和移除組地址，負責64位IE

15、EE地址與16位網(wǎng)絡(luò)地址的地址映射4。ZigBee設(shè)備對象負責設(shè)備的所有管理工作，包括設(shè)定該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（協(xié)調(diào)器、路由器或終端設(shè)備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，確定這些設(shè)備能提供的功能，發(fā)起或響應(yīng)綁定請求，完成設(shè)備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。用戶在開發(fā)ZigBee產(chǎn)品時，需要在ZigBee協(xié)議棧的AF上附加應(yīng)用端點，調(diào)用ZDO功能以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備和服務(wù)，管理綁定、安全和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。ZDO是一個特殊的應(yīng)用對象，它駐留在每一個ZigBee節(jié)點上，其端點編號固定為0。AF應(yīng)用框架是應(yīng)用層與APS層的接口。它負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應(yīng)的目的端點。四 硬件設(shè)計4.1傳感器節(jié)點模塊化設(shè)計

16、傳感器節(jié)點一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元，通信單元( 即射頻模塊) 和電源單元組成，其結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。圖5.1 無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)圖由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)在通信上消耗較大能量，故處理器選用功耗較小的CC2530 為通信器件，設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。數(shù)據(jù)采集模塊利用傳感器監(jiān)測外部環(huán)境，本作品中負責采集水的溫度、PH值、濁度等水質(zhì)信息，通過信號的調(diào)理輸出，并傳送給處理器進行處理。4.2CC2530芯片概述4.2.1CC2530芯片基本介紹ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系統(tǒng)解決方案，支持IEEE 802.15.4標準/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的應(yīng)用。擁有龐大的快閃

17、記憶體多達256個字節(jié)，CC2530是理想ZigBee專業(yè)應(yīng)用。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，和更大內(nèi)存大小將允許芯片無線下載，支持系統(tǒng)編程。此外，CC2530結(jié)合了一個完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個8051微處理器，8 kB的RAM ，32/64/128/256 KB閃存，以及其他強大的支持功能和外設(shè)。CC2530芯片具有如下主要性能： （1）高性能和低功耗的8051微控制器核；（2）32-KB、64-KB、128-KB或256KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存； （3）8-KB RAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力；

18、（4）集成符合IEEE 802.15.4標準的2.4GHz的RF無線電收發(fā)機； （5）極高的接收靈敏度和抗干擾性能； （6）可編程的輸出功率高達4.5dBm；（7）只需一個晶振，即可滿足網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需要； （8）硬件支持CSMA/CA功能； （9）較寬的電壓范圍（2.03.6V）。4.2.2CC2530芯片引腳介紹CC2530芯片如圖5.2所示。它采用6 mm×6 mm的QFN封裝，共有40個引腳。全部引腳可以分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。圖5.2 CC2530芯片引腳1. I/O端口線引腳功能 CC2530有21個可編程的I/O口引腳，P0、P1口是完全的8位

19、口，P2口只有5個可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O口或作為連接ADC、計時器或USART部件的外圍設(shè)備I/O口使用。2 電源引腳功能 AVDD1（28腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 AVDD2（27腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 AVDD3（24腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 AVDD4（29腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 AVDD5（21腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 AVDD6（31腳）：為模擬電路連接2.0V3.6V的電壓。 DCOUPL（40腳）：提供1.8V的數(shù)字電源

20、去耦電壓，不使用外部電路供應(yīng)。 DVDD1（39腳）：提供2.0V3.6V的數(shù)字電源連接電壓。 DVDD2（10腳）：提供2.0V3.6V的數(shù)字電源連接電壓。3. 控制線引腳 RBIAS（30腳）：為參考電流提供精確的偏置電阻。 RESET_N（20腳）：復(fù)位引腳，低電平有效。 RF_N（26腳）：在RX期間向LNA輸入負向射頻信號。RF_P（25腳）：在RX期間向LNA輸入正向射頻信號。 XOSC_Q1（22腳）：32MHz的晶振引腳1，或外部時鐘輸入引腳。 XOSC_Q2（23腳）：32MHz的晶振引腳2。4.3溫度傳感器調(diào)理電路設(shè)計溫度傳感器采用 Dallas 公司推出的 DS18B20

21、 數(shù)字式溫度傳感器，磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于空間狹小的應(yīng)用場合。只需單線接口，電路簡單不需要 AD 轉(zhuǎn)換器件和其它外圍電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。DS18B20 的封裝有 3 腳、6 腳和 8 腳三種方式。本次設(shè)計中選用的是 3 引腳方式（TO-92 封裝），如圖5.6所示。其中 DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端，GND 為電源地，VCC 為外接供電電源輸入端（以寄生供電方式時接地）。系統(tǒng)把 DQ 端連接到 CC530的 P0.0 口，通過對 DS18B20 的初始化，溫度轉(zhuǎn)換和讀取等指令來測量室內(nèi)質(zhì)溫度。圖5.6 溫度傳感器測量電路4.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器外圍電路設(shè)

22、計網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的外圍電路都放在擴展板上，主要包括電源、串口等外圍電路，用于支持ZigBee 模塊工作以及和 PC 機的通信。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)中功耗最大的模塊，因此網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用的電源是通過 220V 交流電源轉(zhuǎn)換而來，而不是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的常用的電池。在設(shè)計時為了簡化電路、降低功耗，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上所有芯片都選用工作電壓為 3.3V 的，該模塊只需要 3.3V 電源供電，如圖5.7所示。圖5.7 節(jié)點電源處理模塊圖5.8 傳感器電源處理模塊圖5.8中D1、D2的作用是防止輸出電壓大于輸入電壓導(dǎo)致燒壞7812或者7805。得到5V電源后再通過一個低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO：Low Dropou

23、t Regulator）將5V電源轉(zhuǎn)換為工作電壓3.3V給整個模塊供電，LDO選用TI公司REG1117-3.3穩(wěn)壓器，該芯片電路簡單，質(zhì)量可靠，價格低。五 軟件設(shè)計5.1IAR開發(fā)環(huán)境IAREmbedded Workbench簡稱為EW，它具備的調(diào)試器和C/C交叉編譯環(huán)境，是當今最易使用、最完整的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。針對不同的微處理器提供一樣直觀的用戶界面，當前支持35種以上的32位、16位、8位ARM微處理器。EW的組成部分為C-SPY調(diào)試器、嵌入式C/C編譯器、匯編器、庫管理員、編譯器、項目管理器和連接定位器。使用IAR的編譯器不僅能節(jié)省硬件資源，最大限度降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力還能

24、最大程度優(yōu)化和緊湊代碼。IAR Embedded Workbench集成編譯環(huán)境主要有以下特征：支持高效浮點運算、完全兼容C標準、高效的PROMable代碼、目標特性擴充、內(nèi)建對應(yīng)芯片的程序速度和大小的優(yōu)化器、版本控制和擴展工具支持良好、便捷的中斷處理和模擬、內(nèi)存模式選擇、瓶頸性能分析、工程中相對路徑支持。IAR EW8051集成開發(fā)環(huán)境如圖6.1所示。圖6.1 IAR EW8051集成開發(fā)環(huán)境5.2協(xié)調(diào)器節(jié)點程序協(xié)調(diào)器的主要功能是建立網(wǎng)絡(luò)，還有掃描網(wǎng)絡(luò)信標、管理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的加入/退出和存儲節(jié)點信息，同時還提供關(guān)聯(lián)節(jié)點之間的路由信息。組建網(wǎng)絡(luò)分為網(wǎng)絡(luò)初始化和節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)兩個過程。ZigBee網(wǎng)

25、絡(luò)的建立是由協(xié)調(diào)器發(fā)起的，要組建網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點必須滿足兩個基本要求：一是節(jié)點必須是FFD節(jié)點，具備協(xié)調(diào)器的能力；二是節(jié)點還沒有加入到其他網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)初始化的流程如圖6.2所示。圖6.2 協(xié)調(diào)器組網(wǎng)流程圖5.2.1網(wǎng)絡(luò)組建確定網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、信道掃描過程、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID至此網(wǎng)絡(luò)初始化就完成，相關(guān)代碼如下第一步：Z-Stack由 main（）函數(shù)開始執(zhí)行，main（）函數(shù)共做了2件事：一是系統(tǒng)初始化，另外一件是開始執(zhí)行輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)int main( void )                

26、          .   osal_init_system();/第二步，操作系統(tǒng)初始化.  osal_start_system();/初始化完系統(tǒng)任務(wù)事件后，正式開始執(zhí)行操作系統(tǒng)  .第二步，進入 osal_init_system()函數(shù)，執(zhí)行操作系統(tǒng)初始化uint8 osal_init_system( void )  osal_mem_init();  osal_qHead = NULL;  

27、;osalTimerInit();  osal_pwrmgr_init();  osalInitTasks(); /第三步，執(zhí)行操作系統(tǒng)任務(wù)初始化函數(shù)  osal_mem_kick();  return ( SUCCESS );第三步，進入osalInitTasks()函數(shù)，執(zhí)行操作系統(tǒng)任務(wù)初始化void osalInitTasks( void ) /第三步，初始化操作系統(tǒng)任務(wù)  uint8 taskID = 0;  tasksEvents = (uint16 *)osal_

28、mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt);  osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt);/任務(wù)優(yōu)先級由高向低依次排列，高優(yōu)先級對應(yīng) taskID 的值反而小  macTaskInit( taskID+ ); /不需要用戶考慮  nwk_init( taskID+ ); /不需要用戶考慮  Hal_Init( taskID+ );/硬件抽象層初始化，需要我們考慮 #if defined( MT_

29、TASK )        MT_TaskInit( taskID+ );#endif  APS_Init( taskID+ );/不需要用戶考慮#if defined ( ZIGBEE_FRAGMENTATION )    APSF_Init( taskID+ ); #endifZDApp_Init( taskID+ );/第四步，ZDApp層，初始化，執(zhí)行ZDApp_init函數(shù)后，如果是協(xié)調(diào)器將建立網(wǎng)絡(luò)，如果是終端設(shè)備將加入網(wǎng)絡(luò)。#if defined (ZIGBEE_

30、FREQ_AGILITY)|defined ( ZIGBEE_PANID_CONFLICT )    ZDNwkMgr_Init( taskID+ ); #endif  SerialApp_Init( taskID );/應(yīng)用層SerialApp層初始化，需要用戶考慮在此處設(shè)置了一個按鍵觸發(fā)事件，                           

31、0;             /當有按鍵按下的時候，產(chǎn)生一個系統(tǒng)消息             第四步，進入ZDApp_init()函數(shù)，執(zhí)行ZDApp層初始化第五步，正式執(zhí)行操作系統(tǒng)void osal_start_system( void )/第五步，正式執(zhí)行操作系統(tǒng)#if !defined ( ZBIT ) && !defined ( UBIT )  for(;)/死循環(huán)#end

32、if      uint8 idx = 0;    osalTimeUpdate();Hal_ProcessPoll();  do       if (tasksEvents)              break;/ 得到待處理的最高優(yōu)先級任務(wù)索引號idx          while (+idx < task

33、sCnt);    if (idx < tasksCnt)          uint16 events;      halIntState_t intState;      HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);/進入臨界區(qū)      events = tasksEvents;/提取需要處理的任務(wù)中的事件      

34、;tasksEvents = 0;/ 清除本次任務(wù)的事件      HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);/退出臨界區(qū)     events = (tasksArr)( idx, events ); /通過指針調(diào)用任務(wù)處理函數(shù)，緊接著跳到相應(yīng)的函數(shù)去處理，此為第五步      HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);/進入臨界區(qū)      tasksEvents |= event

35、s;  / Add back unprocessed events to the current task./ 保存未處理的事件      HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);/退出臨界區(qū)    #if defined( POWER_SAVING )         else      osal_pwrmgr_powerconserve();    

36、#endif  5.2.2節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸在完成協(xié)調(diào)器組網(wǎng)以及終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后并進行數(shù)據(jù)傳輸，將協(xié)調(diào)器通過RS-232和PC相連，可以通過串口助手或者相應(yīng)的開發(fā)軟件來觀察節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。分析和處理數(shù)據(jù)，進行相關(guān)的控制操作，達到實時監(jiān)控和智能控制的目的。協(xié)調(diào)器與上位機采用RS-232串口，傳輸速率為115200bps，無校驗位，8個數(shù)據(jù)位，1位停止位，其軟件流程如圖6.3所示。圖6.3 串口工作點流程5.3嵌入式網(wǎng)關(guān)程序嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件主要由硬件設(shè)備底層驅(qū)動、WinCE 6.0操作系統(tǒng)與協(xié)議棧的裁剪與移植和網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序三大部分構(gòu)成。通過系統(tǒng)的軟件設(shè)計可以完成系統(tǒng)控制及Z

37、igBee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)通信等。硬件設(shè)備底層驅(qū)動是對物理硬件設(shè)備功能的軟件封裝，提供軟件接口給Wince6.0操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用。網(wǎng)關(guān)驅(qū)動主要由以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動、串口驅(qū)動、外部存儲器驅(qū)動、LCD驅(qū)動和板載初始化等構(gòu)成，嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件平臺參考模型如圖6.4所示。圖 6.4 軟件平臺參考模型圖6.5嵌入式網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模型傳感器節(jié)點將經(jīng)過簡單的處理之后傳輸給協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串口將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換為Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如圖6.5所示，便可以實現(xiàn)遠程訪問。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)地址不同，要想實現(xiàn)這兩種網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換，首先應(yīng)該解決的

38、就是兩種網(wǎng)絡(luò)的地址轉(zhuǎn)換問題，網(wǎng)關(guān)就完成了兩種地址之間的轉(zhuǎn)換，使得數(shù)據(jù)能夠在兩種網(wǎng)絡(luò)之間進行傳輸。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都有各自的地址信息，其中地址信息內(nèi)容包括端點ID和節(jié)點ID兩部分。在網(wǎng)關(guān)上建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)的地址映射，將每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址與一個UDP端口建立一一映射關(guān)系。同時在網(wǎng)關(guān)上建立Internet的地址映射，Internet地址信息包括IP地址和端口號兩部分，在網(wǎng)關(guān)上將每個Internet主機地址與一個端點建立映射。這樣就在網(wǎng)關(guān)中保存了ZigBee節(jié)點和Internet主機的全部信息，當ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文傳到網(wǎng)關(guān)時，網(wǎng)關(guān)根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送的報文的目的

39、端點ID，來判斷與這個端點ID對應(yīng)的Internet主機的IP地址和端口號，以這個地址為目的地，將數(shù)據(jù)報文重新封裝成UDP報文并發(fā)送，數(shù)據(jù)的有效部分不變。同理當Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)來數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)根據(jù)主機發(fā)送的目的端口找到對應(yīng)端點ID，將Internet數(shù)據(jù)報文重新封裝并發(fā)送出去。最終完成數(shù)據(jù)能都在ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。嵌入式網(wǎng)關(guān)流程圖如圖6.6所示。圖6.6 嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件流程圖5.4 傳感器節(jié)點程序在數(shù)據(jù)采集部分，各個終端節(jié)點首先監(jiān)測附近的協(xié)調(diào)器節(jié)點，加入網(wǎng)絡(luò)，進行數(shù)據(jù)的采集。為了節(jié)省能量的消耗，盡可能低的降低功耗，當終端節(jié)點不采集信息的時候，就進入睡眠模式，此時的功耗降到最低。當接收的指令需要采集數(shù)據(jù)時，就會從睡眠模式轉(zhuǎn)換為工作模式進行工作。這種周期性的工作方式有效降低了功耗，節(jié)點軟件的流程圖如圖6.7所示