目錄

序言..............................................................................2

摘要..............................................................................3

一需求分析.......................................................................4

二系統(tǒng)設(shè)計.......................................................................5

三實(shí)現(xiàn)原理.......................................................................6

3.Izigbce協(xié)議簡介................................................................6

3.2ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域.........................................................7

3.3zigbee協(xié)議棧構(gòu)造.............................................................8

四硬件設(shè)計......................................................................12

4.1傳感器節(jié)點(diǎn)模塊化設(shè)計.........................................................12

4.2CC2530芯片概述..............................................................13

4.2.1CC2530芯片基本簡介...................................................13

芯片引腳簡介.................................................................14

4.3溫度傳感器調(diào)理電路設(shè)計......................................................15

4.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器外圍電路設(shè)計......................................................16

五軟件設(shè)計......................................................................18

5.1IAR開發(fā)環(huán)境..................................................................18

5.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序...............................................................19

網(wǎng)絡(luò)組建.........................................................................20

節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳播..............................................................25

5.3嵌入式網(wǎng)關(guān)程序...............................................................26

5.4傳感器節(jié)點(diǎn)程序..............................................................28

總結(jié).............................................................................29

參照文獻(xiàn).........................................................................30

道謝.............................................................................31

序言

智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的多種設(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、遠(yuǎn)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)以及可編程定期控制等多種功能和手段。

在諸多應(yīng)用場所，溫度是一種很重要的一種參數(shù)。溫度H勺自動監(jiān)測己經(jīng)成為各行

業(yè)進(jìn)行安全生產(chǎn)和減少損失的重要措施之一。老式的溫度測量方式測量周期長,

施工復(fù)雜，不便于管理，并且在有些特定場所如封閉，高壓等環(huán)境下主線無法測

量。不過往往這些場所輕易引起很大的事故。因而溫度口勺無線傳播顯的越來越重

要。

摘要

伴隨社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平向提高，人們對生活的品質(zhì)提出了更高

的規(guī)定。在設(shè)計中，為了實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的I遠(yuǎn)程管理和無線傳播的功能，運(yùn)用

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以CC2530芯片和有關(guān)日勺某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)則運(yùn)用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

本設(shè)計重要從無線傳感方向進(jìn)行改善，重要設(shè)計一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度

傳感器H勺溫濕度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過運(yùn)用協(xié)議

架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)日勺數(shù)據(jù)采集和傳播，以及一點(diǎn)對多點(diǎn)，兩點(diǎn)

之間的通信。并詳細(xì)論述了基于Zigbee協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)口勺協(xié)議傳

播，重要是從協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AODV路由協(xié)議著于，論述在網(wǎng)絡(luò)層怎樣通過AODV

路由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)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;

二系統(tǒng)設(shè)計

三實(shí)現(xiàn)原理

3.Izigbee協(xié)議簡介

ZigBec協(xié)議原則采用分層構(gòu)造，每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)

據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳播服務(wù)；管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實(shí)體都

通過服務(wù)接人點(diǎn)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(shí)

現(xiàn)所需日勺功能。ZigBee原則日勺分層架構(gòu)是在OSI七層模型日勺基礎(chǔ)上根據(jù)市場和

應(yīng)用時實(shí)際需要定義日勺。其中IEEE802.15.4-2023原則定義了底層協(xié)議：物

理層(physicallayerfPHY)和媒體訪問控制層(mediumaccesscontrolsub—

layer,MAC)<>ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層(networklayer,NWK),應(yīng)

用層(applicationlayer,APL)架構(gòu)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層

(applicationsupportsub一layer,APS)和ZigBee設(shè)備對象(ZigBeedevice

object,ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了顧客自定義內(nèi)應(yīng)用對象。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層

采用基于AdHocH勺路由協(xié)議，除了具有通用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)當(dāng)與底層的

IEEE802.15.4原則同樣功耗小，同步要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)，以最大

程度以便消費(fèi)者使用，減少網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。應(yīng)用支持子層把不一樣的應(yīng)用映射

到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，重要包括安全屬性設(shè)置.、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和多種業(yè)務(wù)數(shù)

據(jù)流的匯聚等功能。ZigBee無線測溫系統(tǒng)的構(gòu)成及原理基于ZigBee技術(shù)日勺無

線測溫系統(tǒng)重要由基于ZigBee技術(shù)的底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳播網(wǎng)絡(luò)

以及功能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)3部分構(gòu)成,，該系統(tǒng)是由大量H勺傳感器點(diǎn)、匯節(jié)點(diǎn)

以及遠(yuǎn)程傳播模塊構(gòu)成日勺分布式系統(tǒng)?；诖乜谏追謱訕?gòu)造具有天然日勺分布式處理

能力，簇頭就是分布式處理中心，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種匯節(jié)點(diǎn)。每個簇組員

（傳感器節(jié)點(diǎn)）都把數(shù)據(jù)傳給簇頭，數(shù)據(jù)融合后直接傳給遠(yuǎn)程傳播網(wǎng)絡(luò)，中央控制

中心通過遠(yuǎn)程傳播網(wǎng)絡(luò)與多種匯節(jié)點(diǎn)連接，匯節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過

ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線的信息互換。帶有射頻收發(fā)器的無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對數(shù)

據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點(diǎn)；通過遠(yuǎn)程傳播網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的有關(guān)信息，實(shí)

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)的目的就是針對工業(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(hù)理等，例如燈光自動化控制、傳感器H勺無線數(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。此外它還可以對局部區(qū)域內(nèi)移動目的

例如都市中口勺車輛進(jìn)行定位。一般，符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用

ZigBee技術(shù)做無線傳潘：數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控日勺網(wǎng)點(diǎn)多；傳播的數(shù)據(jù)量不大，但要

設(shè)備成本低；規(guī)定數(shù)據(jù)傳播可性高，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(diǎn)多，需要較大的I網(wǎng)絡(luò)覆蓋；

既有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)；使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低數(shù)據(jù)量傳播的遙測遙控系統(tǒng);

使用GPS效果差，或成本太高的局部區(qū)域移動目日勺的定位應(yīng)用。

3.3zigbee協(xié)議棧構(gòu)造

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IEEE802.15.4-2023定義，上層日勺網(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（Zigbee設(shè)備對象），APS（應(yīng)用

支持子層）和AF（應(yīng)用框架）構(gòu)成。Zigbee協(xié)議棧每一層負(fù)責(zé)完畢所規(guī)定日勺任

務(wù)，并且向上層提供服務(wù)，各層之間日勺接口通過所定義日勺邏輯鏈路來提供服務(wù)。

ZigBee協(xié)議棧構(gòu)造如錯誤!未找到引用源。所示。

圖2ZigBee協(xié)議棧構(gòu)造圖

1.物理層

物理層由半雙工時無線收發(fā)器及其接口構(gòu)成，重要作用是激活和關(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)H勺接受和發(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(diǎn)和與其相鄰的節(jié)點(diǎn)之間可靠口勺數(shù)據(jù)

傳播鏈路，共享傳播媒體，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

標(biāo)，同步網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；支持ZigBcc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；保證時隙分派(GTS)；

支持信標(biāo)使能和非信標(biāo)使能兩種數(shù)據(jù)傳播模式，為兩個對等日勺MAC實(shí)體提供可靠

連接。

3.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)拓?fù)錁?gòu)造的建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，重要功能包括設(shè)備連接和斷開

網(wǎng)絡(luò)時所采用的機(jī)制，以及在幀信息傳播過程中所采用的安全性機(jī)制。此外，還

包括設(shè)備的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)和轉(zhuǎn)交。并且，網(wǎng)絡(luò)層完畢對一跳(one—hop)

鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和有關(guān)結(jié)點(diǎn)信息內(nèi)存儲。一種ZigBee協(xié)調(diào)器創(chuàng)立一種新網(wǎng)絡(luò)，

為新加入的設(shè)備分派短地址等。并且，網(wǎng)絡(luò)層還提供某些必要的函數(shù)，保證

ZigBoc日勺MAC層正常二作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。

網(wǎng)絡(luò)層規(guī)定可以很好地完畢在IEEE802.15.4原則中MAC子層所定義的功

能，同步，又要為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。為了與應(yīng)用層進(jìn)行更好日勺通信,

網(wǎng)絡(luò)層中定義了兩種服務(wù)實(shí)體來實(shí)現(xiàn)必要的功能。這兩個服務(wù)實(shí)體是數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)

體(NLDE)和管理服務(wù)實(shí)體(NLME)。網(wǎng)絡(luò)層的NLDE通過數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問點(diǎn)

(NLDE-SAP)來提供數(shù)據(jù)傳播服務(wù)，NLME通過管理服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問點(diǎn)(NLME-

SAP)來提供管理服務(wù)。NINE可以運(yùn)用NLDE來激活它日勺管理工作，它還具有對網(wǎng)

絡(luò)層信息數(shù)據(jù)庫(NTB)進(jìn)行維護(hù)的功能。在這個圖中直觀地給出了網(wǎng)絡(luò)層所提供

的實(shí)體和服務(wù)接口等。

NLDE提供內(nèi)數(shù)據(jù)服務(wù)容許在處在同一應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中的兩個或多種設(shè)備之間傳

播應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APM)。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)送一種NPDU到一種合適

的設(shè)備，這個設(shè)備也許是通信日勺終點(diǎn)也也許只是通信鏈路中日勺一種點(diǎn)。NLME需

提供一種管理服務(wù)以容許一種應(yīng)用來與協(xié)議棧操作進(jìn)行交互。NLME需要提供如

下服務(wù)：①配置一種新H勺設(shè)備(configuringanewdevice)。具有充足配置所需

操作棧的能力。配置選項(xiàng)包括：ZigBee協(xié)調(diào)器的開始操作，加入一種既有的網(wǎng)

絡(luò)等。

4.應(yīng)用層

應(yīng)用層包括三部分：應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)和應(yīng)用

框架(AF)。應(yīng)用支持子層日勺任務(wù)是提取網(wǎng)絡(luò)層的信息并將信息發(fā)送到運(yùn)行在節(jié)

點(diǎn)上的不一樣應(yīng)用端點(diǎn)。應(yīng)用支持子層維護(hù)了一種綁定表，可以定義、增長或移

除組信息；完畢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(shí)現(xiàn)傳播數(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(shí)體提供：APS數(shù)據(jù)實(shí)體（APSDE）和APS管

理實(shí)體（APSME）oAPS數(shù)據(jù)實(shí)體為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)傳播服務(wù)，它會拆分和

重組不小于最大荷載量H勺數(shù)據(jù)包。APS管理實(shí)體提供安全服務(wù)，節(jié)點(diǎn)綁定，建立

和移除組地址，負(fù)責(zé)64位IEEE地址與16位網(wǎng)絡(luò)地址日勺地址映射⑷o

ZigBee設(shè)備對象負(fù)責(zé)設(shè)備日勺所有管理工作，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)綁定祈求，完畢設(shè)備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。顧客在開發(fā)

ZigBee產(chǎn)品時，需要在ZigBee協(xié)議棧的AF上附加應(yīng)用端點(diǎn)，調(diào)用ZD0功能以

發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上日勺其他設(shè)備和服務(wù)，管理綁定、安全和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。ZD0是一種特

殊日勺應(yīng)用對象，它駐留在每一種ZigBee節(jié)點(diǎn)上，其端點(diǎn)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(fù)責(zé)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，并為接受

到H勺數(shù)據(jù)尋找對應(yīng)H勺目的端點(diǎn)。

四硬件設(shè)計

4.1傳感器節(jié)點(diǎn)模塊化設(shè)計

傳感器節(jié)點(diǎn)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）

和電源單元構(gòu)成，其構(gòu)造如圖5.1所示。

傳感器模塊處理器模塊V

信

PH傳感器號無線射頻模

處理器

調(diào)I質(zhì)

溫度傳感器理

電

路存儲器IART接口網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

濁度傳感器

▲

電源模塊

圖5.1無線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

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歐J

CC2530為通信器件，沒計無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集模塊運(yùn)用傳感器監(jiān)測外部環(huán)

境，本作品中負(fù)責(zé)采集水H勺溫度、PH值、濁度筆水質(zhì)信息，通過信號的調(diào)理輸

出，并傳送給處理器進(jìn)行處理。

4.2CC2530芯片概述

4.2.1CC2530芯片基本簡介

ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正日勺片上系統(tǒng)處理方案，支持原則

/ZigBee/ZigBeeRF4CE和能源的應(yīng)用。擁有龐大的快閃記憶體多達(dá)256個字節(jié)，

CC2530是理想ZigBee專業(yè)應(yīng)用。支持新RemoTI的ZigBeeRF4CE,這是業(yè)界首

款符合ZigBeeRF4CE兼容的協(xié)議棧，和更大內(nèi)存大小將容許芯片無線下載，支

持系統(tǒng)編程。此外，CC2530結(jié)合了一種完全集成日勺，高性能日勺RF收發(fā)器與一種

8051微處理器，8kBFTjRAM,32/64/128/256KE閃存，以及其他強(qiáng)大口勺支持功

能和外設(shè)。

CC2530芯片具有如下重要性能:

(1)高性能和低功耗時8051微控制器核；

(2)32-KB、64-KB、128-KB或256KB日勺系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存；

(3)8-KBRAM,具有在多種供電方式下日勺數(shù)據(jù)保持能力；

(4)集成符合IEEE802.15.4原則的2.4GHzH勺RF無線電收發(fā)機(jī);

(5)極高的接受敏捷度和抗干擾性能；

(6)可編程日勺輸出功率高達(dá)4.5dBm；

(7)只需一種晶振，即可滿足網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)口勺需要；

(8)硬件支持CSMA/CA功能;

(9)較寬的電壓范圍(2.0?3.6V)。

4.2.2CC2530芯片引腳簡介

CC2530芯片如圖5.2所示。它采用6mmX6mm的QFN封裝，共有40個引

腳。所有引腳可以分為1/0端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。

aO

,,

wy

68

ss

oo

d-Jxg

n/a

o<c<Ka

j9t0Ts.

?-ed

x一dA

ldsdrdlV

11111111131

4034

GND13938373635333230-RBIAS

GND229AVDD4

GND328AVDD1

GND427AVDD2

GND

PI-55GroundPdd26-RF-N

PI-4625--------RF-P

PI-3--------724—AVDD3

Pl-2--------823-XOSC-Q2

Pl-I922XOSC-QI

DVDD2,o21AVDD5

ll1213141516171819

1I1111111I20

可

一

0gT運(yùn)eo

，,o,-

z￡￡d￡￡w

圖5.2CC2530芯片引腳

1.I/O端口線引腳功能

CC2530有21個可編程歐H/0口引腳，PO、P1口是完全的8位口，P2口只

有5個可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器日勺位和字節(jié)，可使這些引腳作

為一般日勺I/O口或作為連接ADCs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（28W）：為模擬電路連接2.0V?3.6V的電壓。

AVDD2（27腳）：為模擬電路連接2.0V?3.6V的電壓。

AVDD3（24腳）：為模擬電路連接2.0V?3.6V的電壓。

AVDD4（29腳）:為模擬電路連接2.0V?3.6V的電壓。

AVDD5（21腳）：為模擬電路連接2.0V~3.6V的電壓。

AVDD6（31腳）:為模擬電路連接2.0V?3.6V的電壓。

DC0UPL（40腳）：提供1.8VKJ數(shù)字電源去耦電壓，不使用外部電路供應(yīng)。

DVDD1（39腳）：提供2.0V?3.6VH勺數(shù)字電源連接電壓。

DVDD2（10腳）：提供2.0V?3.6V日勺數(shù)字電源連接電壓。

3.控制線引腳

RB1AS（30腳）：為參照電流提供精確日勺偏置電阻。

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(fù)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。

XOSCQ2（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企業(yè)推出日勺DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，磨耐碰,

體積小，使用以便，封裝形式多樣，合用于空間狹小時應(yīng)用場所。只需單線接口,

電路簡樸不需要AD轉(zhuǎn)換器件和其他外圍電路，縮小了系統(tǒng)日勺體積，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CC530P0.0口，通過對DS18B20口勺初始化，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)計

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的外圍電路都放在擴(kuò)展板上，重要包括電源、串口等外圍電路,

用于支持ZigBcc模塊工作以及和PC機(jī)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)器用時電源是通過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、減少功耗，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

上所有芯片都選用工作電壓為3.3V日勺，該模塊只需要3.3V電源供電，如圖

5.7所示。

圖5.7節(jié)點(diǎn)電源處理模塊

?r5ClREGH7-3.3VCC

5

VinVout

4a

zD3

oLED1<1

J■EC3

1l

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不小于輸入電壓導(dǎo)致燒壞7812或者

7805。得到5V電源后再通過一種低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO：LowDropoutRegulator)

將5V電源轉(zhuǎn)換為工作電壓3.3V給整個模塊供電，LD0選用TI企業(yè)REG1117-3.3

穩(wěn)壓器，該芯片電路簡樸，質(zhì)量可靠，價格低。

五軟件設(shè)計

5.1IAR開發(fā)環(huán)境

lAREmbeddedWorkbench簡稱為EW,它具有向調(diào)試器和C/C++交叉編譯環(huán)

境，是當(dāng)今最易使用、最完整的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。針對不一樣的微處理器提

供同樣直觀日勺顧客界面，R前支持35種以上的32位、16位、8位ARM微處理器。

EW日勺構(gòu)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(xiàng)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

大程度減少產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力還能最大程度優(yōu)化和緊湊代碼。

IAREmbeddedWorkbench集成編譯環(huán)境重要有如下特性：支持高效浮點(diǎn)運(yùn)

算、完全兼容C原則、高效日勺PROMable代碼、目的J特性擴(kuò)充、內(nèi)建對應(yīng)芯片的

程序速度和大小H勺優(yōu)化器、版本控制和擴(kuò)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、工程中相對途徑支持。IAREW8051集成開

發(fā)環(huán)境如圖6.1所示。

圖6.1IAREW8051集成開發(fā)環(huán)境

5.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序

協(xié)調(diào)器口勺重要功能是建立網(wǎng)絡(luò)，尚有掃描網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的加入

/退出和存儲節(jié)點(diǎn)信息，同步還提供關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)之間日勺路由信息。

組建網(wǎng)絡(luò)分為網(wǎng)絡(luò)初始化和節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)兩個過程。ZigBee網(wǎng)絡(luò)日勺建立是

由協(xié)調(diào)器發(fā)起的，要組建網(wǎng)絡(luò)日勺節(jié)點(diǎn)必須滿足兩個基本規(guī)定：一是節(jié)點(diǎn)必須是

FFD節(jié)點(diǎn)，具有協(xié)調(diào)器日勺能力；二是節(jié)點(diǎn)還沒有加入到其他網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)初始化

的1流程如圖6.2所示。

圖6.2協(xié)調(diào)冷組網(wǎng)流程圖

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)初始化就完畢，有

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，此外一件是開始執(zhí)行輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)

intmain(void)

osalinitsystem。：〃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(jìn)入osal_init_systein()函數(shù),執(zhí)行操作系統(tǒng)初始化

uint8osal_init_systcm(void)

(

osal_mem_init();

osal_qHead=NULL;

osalTimerlnit();

osal_pwrmgr_init();

osallnitTasksO;〃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(jìn)入osallnitTasksO函數(shù)，執(zhí)行操作系統(tǒng)任務(wù)初始化

voidosalInitTasks(void)//第三步,初始化操作系統(tǒng)任務(wù)

uint8taskID=0;

tasksEvents=(uint16*)osal_mem_alloc(sizeof(uint16)*

tasksCnt);

osal_memset；tasksEvents,0,(sizeof(uintl6)*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

macTasklnit<taskID++);〃不需要顧客考慮

nwk_init(taskID++);〃不需要顧客考慮

Hal_Init(taskID++)"/硬件抽象層初始化,需要我們考慮

#ifdefined(MT_TASK)

MT_TaskInit(taskID++);

#endif

APS_lnit(taskID++);〃不需要顧客考慮

#ifdefined(Z：GBEE_FRAGMENTATION)

APSF_Init(taskID++);

ttendif

ZDApp_Init(taskID++);〃第四步，ZDApp層，初始化，執(zhí)行ZDApp_init

函數(shù)后，假如是協(xié)調(diào)器將建立網(wǎng)絡(luò)，假如是終端設(shè)備將加入網(wǎng)絡(luò)。

#ifdefined(ZIGBEE_FREQAGILITY)||defined

(ZIGBEE_PANID_CONFLICT)

ZDNwkMgrlnit(taskID++);

ttendif

SerialApp_Init(taskID);〃應(yīng)用層SerialApp層初始化，需要顧客

考慮在此處設(shè)置了一種按鍵觸發(fā)事件，

〃當(dāng)有按鍵按下的時候，產(chǎn)生一種系統(tǒng)消息

)

第四步，進(jìn)入ZDApp_inil()函數(shù)，執(zhí)行ZDApp層初始化

第五步，正式執(zhí)行操作系統(tǒng)

voidosal_start_system(void)〃第五步,正式執(zhí)行操作系統(tǒng)

(

#if!defined(ZBIT)&&!defined(UB：T)

for(;;)〃死循環(huán)

ttendif

(

uint8idx=0;

osalTimeUpdate();

HalProcessPol1；);

do{

if(tasksEvents){

break;//得到待處理日勺最高優(yōu)先級任務(wù)索引號idx

)

}while(-+idx<tasksCnt);

if(idx<tasksCnt)

(

uinti6events;

halTntState_tintState;

HALENTER.CRITICAL一SECTION(intState);//進(jìn)入臨界區(qū)

events=tasksEvcnts;〃提取需要處理『、J任務(wù)中『、J事件

tasksEvcnts=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)，緊接著跳到對應(yīng)日勺函數(shù)去處理，此為第五步

HAL_ENTER_CRmCAL_SECTION(intState);〃進(jìn)入臨界區(qū)

tasksEvents|=events;//Addbackunprocessedevents

tothecurrenttask.//保留未處理日勺事件

HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);〃退出臨界區(qū)

)

#ifdefined(POWERSAVING)

else

osal_pwnngr_powerconserve();

}

ttendif

節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳播

在完畢協(xié)調(diào)器組網(wǎng)以及終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，將協(xié)調(diào)器通過

RS-232和PC相連，可以通過串口助手或者對應(yīng)的開發(fā)軟件來觀測節(jié)點(diǎn)之間日勺數(shù)

據(jù)傳播。分析和處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行有關(guān)H勺控制操作，到達(dá)實(shí)時監(jiān)控和智能控制日勺目

電

協(xié)調(diào)器與上位機(jī)采用RS-232串口，傳播速率為115200bps,無校驗(yàn)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(diǎn)流程

5.3嵌入式網(wǎng)關(guān)程序

嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件重要由硬件設(shè)備底層驅(qū)動、WECE6.0操作系統(tǒng)與協(xié)議棧歐|

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)計可以完畢系統(tǒng)控

制及ZigBee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)動重要由以太

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)軟件平臺參照模型如圖6.4所示。

應(yīng)用程序

TIZ_Stack協(xié)議WinCE6.0操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動操作系統(tǒng)移植

嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件平臺

圖6.4軟件平臺參照模型

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(diǎn)將通過簡樸H勺處理之后傳播給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過串口

將數(shù)據(jù)傳播給網(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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。山于ZigBcc網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)地址不

一樣，要想實(shí)現(xiàn)這兩種網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換，首先應(yīng)當(dāng)處理口勺就是兩種網(wǎng)絡(luò)的地址轉(zhuǎn)

換問題，網(wǎng)關(guān)就完畢了兩種地址之間的轉(zhuǎn)換，使得數(shù)據(jù)可以在兩種網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行

傳播。

ZigRee網(wǎng)絡(luò)中日勺每個節(jié)點(diǎn)均有各自日勺地址信息，其中地址信息內(nèi)容包括端

點(diǎn)ID和節(jié)點(diǎn)ID兩部分。在網(wǎng)關(guān)上建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)日勺地址映射，將每個ZigBee

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址與一種UDP端口建立——映射關(guān)系。同步在網(wǎng)關(guān)上建立Internet

的地址映射，Inlernet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(jī)地址與一種端點(diǎn)建立映射。這樣就在網(wǎng)關(guān)中保留了ZigBee節(jié)點(diǎn)和

Internet主機(jī)［1勺所有信息，當(dāng)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(diǎn)發(fā)送的報文的目的端點(diǎn)ID,來判斷與這個端點(diǎn)ID對應(yīng)的Internet主機(jī)

時IP地址和端口號，以這個地址為目日勺地，將數(shù)據(jù)報文重新封裝成UDP報文并

發(fā)送，數(shù)據(jù)日勺有效部分不變。同理當(dāng)Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)來數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)根據(jù)主機(jī)發(fā)

送日勺目日勺端口找到對應(yīng)端點(diǎn)ID,將Internet數(shù)據(jù)報文重新封裝并發(fā)送出去。最終

完畢數(shù)據(jù)能都在ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播。嵌入式網(wǎng)關(guān)流程圖