基于zigbee的溫度監(jiān)控系統(tǒng)論文

基于zigbee的溫度監(jiān)控系統(tǒng)摘要近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與無線通信技術(shù)的高速開展和廣泛應(yīng)用，無線通訊網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)在國(guó)際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)的研究領(lǐng)域。目前各種無線技術(shù)百花爭(zhēng)艷，競(jìng)爭(zhēng)非常的劇烈，無線生活即將到來。從通信用的GPRS,到短距離用的藍(lán)牙，電腦無線上網(wǎng)用過的Wi-Fi，各種無線通信技術(shù)已經(jīng)遍布我們的生活中，然而從2004年IEEE制定出一種新的無線通信協(xié)議后，這似乎又預(yù)示著一種新的革命，雖然他的速度不是想象中的那么迅速，但是這種苗頭已經(jīng)悄悄地成長(zhǎng)起來。他就是備受人們關(guān)注的zigbee協(xié)議。本文在各種無線通信中選取一種最具競(jìng)爭(zhēng)力的藍(lán)牙技術(shù)與zigbee技術(shù)比照，在比照出雙方優(yōu)越性之后我們選取了zigbee協(xié)議作為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要利用zigbee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各種生產(chǎn)車間各個(gè)地點(diǎn)的溫度值，然后通過zigbee網(wǎng)絡(luò)傳遞到監(jiān)控室，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)的顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度，并且可以設(shè)置對(duì)個(gè)不同監(jiān)控點(diǎn)的報(bào)警溫度，溫度超過報(bào)警值時(shí)上位機(jī)可以視覺報(bào)警，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)可以聲音報(bào)警，并且可以隨意增加監(jiān)控點(diǎn)，隨意移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)，傳輸數(shù)據(jù)平安穩(wěn)定可靠，采用電池供電，操作非常方便，防止了繁瑣的拉線等操作。最后通過溫度采集實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果說明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)，效果良好。關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)，zigbee，cc2530，溫度監(jiān)控WirelessDatamonitoringSystembasedonZigBeeTechnologyABSTRACTInrecentyears,alongwiththecomputertechnology,networktechnologyandwirelesscommunicationtechnologyhighspeeddevelopmentandthewidespreadapplication,wirelesscommunicationnetworkasainternationalattentionontheleadingedgeofthehotfieldsofstudy.Atpresentvariouswirelesstechnologyflowersbloomandthecompetitionisveryfierce,wirelesslifeiscoming.MobilecommunicationfromtheGPRS,toshorttheuseofbluetooth,computerwirelessInternetuseWi-Fi,allkindsofwirelesscommunicationtechnologyhasalreadyspreadourlife,however,from2004IEEEworkedoutanewwirelesscommunicationprotocol,thisseemstoandindicatesanewrevolution,althoughhisspeedisnotimaginationofsorapidly,butthiskindofsymptomhadquietlygrowup.Heismuchattentionofthezigbeeagreement.Thispaperinallkindsofwirelesscommunicationselectoneofthemostcompetitivebluetoothtechnologyandzigbeecontrasttechnology,incontrasttothebothsidesafteradvantageswechosethezigbeeagreementasourgraduationdesign.Thegraduationdesign,themainuseofzigbeenetworkmonitorallproductionworkshopeverylocationvalue,andthenthroughthezigbeenetworktransmissiontomonitoringroom,PCcanreal-timeshoweachemploythecorrespondingtemperature,andcansetthealarmforadifferentmonitorypointtemperature,temperatureoveralarmvaluePCcanvisualalarm,whocanvoicecallthepoliceatthescene,andcanbeincreasedatwillemploy,movemonitorypoint,transmitsdatasecurityisstableandreliable,Finallythroughthetemperaturegatheringexperimentonthesystemtest,theresultshowsthat,ontheoperationofthesystem,andtheresultisgood.KEYWORDS:wirelessnetwork，zigbee，cc2530，Temperaturemonitoring目錄前言1第1章zigbee概述51.1zigbee的概念51.2zigbee的優(yōu)勢(shì)61.3zigbee的開展前景及應(yīng)用91.3.1zigbee的開展前景91.3.2zigbee的應(yīng)用12第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)142.1系統(tǒng)總體方案142.1.1常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)142.1.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇162.2芯片的選擇172.3協(xié)議棧的介紹17第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)193.1硬件局部總體介紹193.2電源局部設(shè)計(jì)203.3顯示局部的設(shè)計(jì)213.4按鍵局部設(shè)計(jì)223.5溫度采集與報(bào)警設(shè)計(jì)24溫度采集電路24報(bào)警電路243.6其余電路的設(shè)計(jì)253.6.1串口調(diào)試電路的設(shè)計(jì)253.6.2狀態(tài)指示燈電路的設(shè)計(jì)26第4章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)274.1軟件局部總體介紹274.1.1軟件設(shè)計(jì)整體流程274.1.2網(wǎng)絡(luò)通道和PANID的選擇284.2開發(fā)環(huán)境的介紹294.3協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)344.3路由的軟件設(shè)計(jì)354.3終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)36第5章上位機(jī)設(shè)計(jì)38第5章測(cè)試結(jié)果40結(jié)論42謝辭43參考文獻(xiàn)44附錄45硬件原理圖45局部代碼46外文資料翻譯56前言選題背景和意義隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)整合水平的不斷開展，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)接口的開放性以及數(shù)據(jù)鏈接的平安性的要求越來越高，有線控制網(wǎng)絡(luò)的局限性也越來越突出。本課題的主要來源于工業(yè)控制中，雖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不高但距離控制終端較遠(yuǎn):同時(shí)需要及時(shí)的對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，反映故障，但生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，這些情況都導(dǎo)致了布線不方便，且升級(jí)維護(hù)費(fèi)用昂貴，同時(shí)這些情況的實(shí)時(shí)數(shù)量都不大，使用一種低速低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)就可以很好的解決這些問題.在工業(yè)控制環(huán)境下的短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為近年來業(yè)界的研究熱點(diǎn)之一，基于Bluetooth(IEEE802.15.1),Wi-Fi(IEEE802.11)和ZigBee(IEEE802.15.4)等協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相繼問世。其中ZigBee短程無線網(wǎng)技術(shù)以其數(shù)據(jù)傳輸平安可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)易靈活、設(shè)備本錢低、電池壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域中展現(xiàn)了深厚的開展?jié)摿1]。ZigBee是一種近年來才興起的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它出現(xiàn)的時(shí)間較短，2004年底才由ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了1.0版本標(biāo)準(zhǔn)，尚未進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用;但是，它的上升勢(shì)頭十清楚顯，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司在2005年4月通過了ZigBee聯(lián)盟對(duì)其產(chǎn)品所作的測(cè)試和兼容性驗(yàn)證。預(yù)計(jì)從今年開始，基于ZigBee的無線通信產(chǎn)品和應(yīng)用會(huì)迅速得到普及和高速開展[2-4]。將設(shè)備數(shù)據(jù)采集之后再通過無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸是ZigBee技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的一種應(yīng)用，這種新興的技術(shù)必將給工廠現(xiàn)代化注入新的活力。傳統(tǒng)的工業(yè)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)傳輸一般以工業(yè)控制總線作為介質(zhì)，以致大都局限于本地的近距離范圍之內(nèi)應(yīng)用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)開展，企業(yè)及機(jī)構(gòu)的管理規(guī)模不斷擴(kuò)大，其需要管理與控制的對(duì)象更趨多樣性，甚至具有流動(dòng)性，分布的范圍也涉及到不同的地域。為了對(duì)這些分散的對(duì)象進(jìn)行有效的集中管理，對(duì)遠(yuǎn)程及移動(dòng)數(shù)據(jù)采集與控制的需求也就日益迫切[5-6]。ZigBee技術(shù)填補(bǔ)了低本錢、低功耗和低速率無線通信市場(chǎng)的空白，其使用的便捷性是該技術(shù)成功的關(guān)鍵，它適用于短距離小范圍的基于無線通信的控制領(lǐng)域，必將在工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[7]。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，將它重新構(gòu)建于ZigBee網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之上，將成熟技術(shù)的穩(wěn)定性和新技術(shù)的便捷性充分結(jié)合起來，這種結(jié)合對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)十分必要。減少了在某些場(chǎng)所有線網(wǎng)絡(luò)布線以及工人人工采集數(shù)據(jù)的不便，同時(shí)可以方便的于各種傳感器搭配用于不同的場(chǎng)合[8]。無線采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀無線采集系統(tǒng)是新一代的無線采集系統(tǒng)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。其開展和應(yīng)用將會(huì)給人們的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)的影響。各國(guó)都非常重視無線網(wǎng)絡(luò)的開展，IEEE正在努力推動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和開展。目前眾多的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，ZigBee技術(shù)作為一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域以及科研開發(fā)中得到了關(guān)注和使用，顯示出其強(qiáng)勁的應(yīng)用勢(shì)頭。無線采集系統(tǒng)在民用方面涉及城市公共平安、公共衛(wèi)生、平安生產(chǎn)、智能交通、智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的大企業(yè)目前為數(shù)不多，小型企業(yè)呈現(xiàn)蓬勃開展的勢(shì)頭。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速開展，特別是在全球信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)下，無線數(shù)據(jù)采集將會(huì)趨向于網(wǎng)絡(luò)化、智能化、平安化的方向開展。基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并將成為未來數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要開展方向。智能采集系統(tǒng)是一種綜合性的、多學(xué)科的高科技技術(shù)集合，它涉及電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等諸多領(lǐng)域。芯片的選擇TI公司的CC2530系列單片機(jī)是一個(gè)8位的、具有精簡(jiǎn)指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。我國(guó)的多數(shù)讀者對(duì)89C51系列的單片機(jī)是很熟悉的，下面是它們之間的比照：首先，89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)，其指令是采用的被稱為“CISC〞的復(fù)雜指令集，共具有111條指令。而MSP430單片機(jī)是16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集〔RISC〕結(jié)構(gòu)，只有簡(jiǎn)潔的27條指令。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)，運(yùn)行的速度快。其次，89C51單片機(jī)本身的電源電壓是5V，有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。正常情況下消耗的電流為24mA，在待機(jī)狀態(tài)下，其耗電電流仍為3mA；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50uA的電流。而CC2530系列單片機(jī)在低功耗方面的優(yōu)越之處，那么是89C51系列不可比較的。CC2530系列單片機(jī)的電源電壓采用的是1.8~3.6V～電壓。因而可使其在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在200~400uA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0.1uA。因此，CC2530更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。也正因?yàn)槿绱耍鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)了了以無線通信領(lǐng)域最前沿的ZigBee技術(shù)為平臺(tái)，TI公司的CC2530單片機(jī)作為無線采集系統(tǒng)，以減少經(jīng)常更換電池給用戶帶來的不便。ZigBee作為無線領(lǐng)域最前沿的通訊技術(shù)，其突出特點(diǎn)是信息傳輸平安可靠，另外其通訊協(xié)議對(duì)外開放，便于組網(wǎng)，使得研發(fā)本錢大大降低，因而，從技術(shù)先進(jìn)性和產(chǎn)品的研發(fā)本錢來看，Zigbee技術(shù)非常適合應(yīng)用于門禁領(lǐng)域。由于ZigBee技術(shù)本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須同網(wǎng)絡(luò)傳輸、射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起，使之逐漸成為無線通訊領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。然而到目前為止，國(guó)內(nèi)外基于該技術(shù)的無線采集系統(tǒng)為數(shù)不多，成熟化產(chǎn)品更加缺乏。目前，國(guó)內(nèi)外嵌入式射頻芯片中，CC2530芯片是性能最好、功能更強(qiáng)的一個(gè)。它結(jié)合了市場(chǎng)領(lǐng)先的ZStackTMZigBeeTM協(xié)議軟件和其他Chipcon公司的軟件工具，為開發(fā)出無接口、緊湊、高性能和可靠的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供了便利。相信在未來幾年，它的應(yīng)用將會(huì)涉及到社會(huì)的更多領(lǐng)域。四、課題研究?jī)?nèi)容本課題是研究基于ZigBee技術(shù)的無線采集系統(tǒng)，主要對(duì)無線采集系統(tǒng)中的ZigBee節(jié)點(diǎn)(包括MCU和無線傳輸模塊)的進(jìn)行研究和應(yīng)用。本文主要研究了以下內(nèi)容：基于ZigBee模塊(包括MCU、無線傳輸模塊)設(shè)計(jì)的硬件電路。設(shè)計(jì)了路由器、協(xié)調(diào)器和終端的無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的無線通訊的軟件設(shè)計(jì)。借助于計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)將采集到的信息通過路由器、協(xié)調(diào)器和終端傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，并將來自計(jì)算機(jī)的信息進(jìn)行整合，從而使操作人員更好的對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。五、作品的科學(xué)先進(jìn)性目前，各種無線傳輸技術(shù)林立，應(yīng)用廣泛。每個(gè)技術(shù)都有其立足的特點(diǎn)或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求，或著眼于功能的擴(kuò)充性，或符合某些單一應(yīng)用的特別要求，各種短距離無線通信技術(shù)都在爭(zhēng)取成為市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。基于ZigBee技術(shù)的門禁系統(tǒng)是以無線通信領(lǐng)域前沿的ZigBee技術(shù)為平臺(tái)，以超低功耗單片機(jī)CC2530為核心的無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)，在可靠性、平安性、高效性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。本錢低，超低功耗，操作方便，具有極強(qiáng)的可靠性、可擴(kuò)充性和平安保密性。適用于軍隊(duì)、工業(yè)監(jiān)測(cè)及控制、建筑自動(dòng)化、平安家居、游戲器具、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、性價(jià)比高、應(yīng)用范圍廣，因而市場(chǎng)前景廣闊，會(huì)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第1章zigbee概述1.1zigbee的概念“ZigBee〞是什么?從字面上猜像是一種蜜蜂。因?yàn)椤癦igBee〞這個(gè)詞由“Zig〞和“Bee〞兩局部組成，“Zig〞取自英文單詞“zigzag〞，意思是走“之〞字形，“bee〞英文是蜜蜂的意思，所以“ZigBee〞就是跳著“之〞字形舞的蜜蜂。不過，ZigBee并非是一種蜜蜂，事實(shí)上，它與藍(lán)牙類似是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，國(guó)內(nèi)也有人翻譯成“紫蜂〞。這只蜜蜂的來頭還是要從它的歷史開始說起，早在上世紀(jì)末，就已經(jīng)有人在考慮開展一種新的通信技術(shù)，用于傳感控制應(yīng)用(sensorandcontrol)，這個(gè)想法后來在IEEE802.15工作組當(dāng)中提出來，于是就成立了TG4工作組，并且制定了標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4。但是IEEE802的標(biāo)準(zhǔn)只專注于底層，要到達(dá)產(chǎn)品的互操作和兼容，還需要定義高層的標(biāo)準(zhǔn)，于是2002年ZigBeeAlliance成立，正式有了“ZigBee〞這個(gè)名詞。兩年之后，ZigBee的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)ZigBeeV1.0誕生，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推出的比較倉促，存在一些錯(cuò)誤，并不實(shí)用。此后ZigBeeAlliance又經(jīng)過兩年的努力，推出了新的標(biāo)準(zhǔn)ZigBee2006，這是一個(gè)比較完善的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)聯(lián)盟最新的消息，今年年底將會(huì)發(fā)布更新版本的標(biāo)準(zhǔn)ZigBee2007，這個(gè)版本增加了一些新的特性。從ZigBee的開展歷史可以看到，它和IEEE802.15.4有著密切的關(guān)系，事實(shí)上ZigBee的底層技術(shù)就是基于IEEE802.15.4的，因此有一種說法認(rèn)為ZigBee和IEEE802.15.4是同一個(gè)東西，或者說“ZigBee〞只是IEEE802.15.4的名字而已，其實(shí)這是一種誤解。實(shí)際上ZigBee和IEEE802.15.4的關(guān)系，有點(diǎn)類似于WiMAX和IEEE802.16，Wi-Fi和IEEE802.11，Bluetooth和IEEE802.15.1。“ZigBee〞可以看作是一個(gè)商標(biāo)，也可以看作是一種技術(shù)，當(dāng)把它看作一種技術(shù)的時(shí)候，它表示一種高層的技術(shù)，而物理層和MAC層直接引用IEEE802.15.4。事物是不斷的開展變化的，尤其是通信技術(shù)，可以想象將來的ZigBee可能不會(huì)使用IEEE802.15.4定義的底層，就跟藍(lán)牙(Bluetooth)宣布下一代底層采用UWB技術(shù)一樣，但是“ZigBee〞這個(gè)商標(biāo)以及高層的技術(shù)還會(huì)繼續(xù)保存。ZigBee不僅只是IEEE802.15.4的名字，IEEE802.15.4僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，而ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是ZigBee技術(shù)的根底，完整的ZigBee協(xié)議套件由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，IEEE802.15.4負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee具有功耗低、本錢低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、平安、工作頻段靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，無論未來幾年ZigBee的市場(chǎng)占有率如何，它的開展空間仍具有相當(dāng)大的潛力。因此，對(duì)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸平安進(jìn)行研究具有非常重要的實(shí)踐意義1.2zigbee的優(yōu)勢(shì)ZigBee技術(shù)優(yōu)勢(shì)ZigBee技術(shù)在低功耗、低本錢和組網(wǎng)能力具有無可比較的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)狀網(wǎng)優(yōu)勢(shì)MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級(jí)跳〞的方式來通信；

Mesh是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其路由可自動(dòng)建立和維護(hù)；

MESH網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，具有很大的路由深度和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模；

MESH網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能?？垢蓴_性能強(qiáng)

ZigBee在低信噪比的環(huán)境下ZigBee具有很強(qiáng)的抗干擾性能；

ZigBee技術(shù)在相同的環(huán)境中，ZIGBEE抗干擾性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于藍(lán)牙和WLAN。

ZigBee的抗干擾性能是藍(lán)牙、WLAN和FSK的1000倍。ZIGBEE技術(shù)的抗干擾設(shè)計(jì)ZIGBEE在物理層采用高處理增益的直序/頻率快變DS/FA技術(shù)〔DirectSequence/FrequencyAgility〕；

ZIGBEE的處理增益最大，抗干擾和抗多徑時(shí)延擴(kuò)展的能力也越強(qiáng)；ZIGBEE具備的頻率快變就是改變頻率，以避開從一個(gè)干擾源或信號(hào)源來的影響的能力；實(shí)驗(yàn)證明的誤碼率，特別是在信噪比為4dB的情況下可到達(dá)10-9；到達(dá)同樣誤碼率，藍(lán)牙/802.15.1信噪比要達(dá)16dB，802.11b要達(dá)10dB，ZIGBEE的抗干擾性能明顯高于藍(lán)牙和WLAN技術(shù)。ZigBee可靠鏈接ZigBee技術(shù)RF物理層上的設(shè)計(jì)保證了較強(qiáng)的抗干擾能力和通信可靠性；

ZigBee技術(shù)在通信協(xié)議上的可靠設(shè)計(jì)，保證了較強(qiáng)的抗干擾能力和通信可靠性。

ZIGBEE和藍(lán)牙性能比較表1-1ZIGBEE和藍(lán)牙性能比較

ZIGBEE藍(lán)牙設(shè)備功耗低功耗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)藍(lán)牙功耗比較高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)65535個(gè)7個(gè)傳輸距離1-2000m+1-10m設(shè)備本錢低本錢，高可靠本錢高應(yīng)用范圍采集、控制數(shù)據(jù)傳輸語音、圖象傳輸ZIGBEE和FSK電臺(tái)性能比較表1-2ZIGBEE和FSK電臺(tái)性能比較

ZIGBEEFSK電臺(tái)無線頻段2.4G免費(fèi)頻段國(guó)家非開放頻段調(diào)制方式DSSS擴(kuò)頻通信FSK頻移鍵控方式抗干擾能力很好不如ZIGBEE頻點(diǎn)串?dāng)_頻點(diǎn)間距大，無串?dāng)_不同頻段間可能串?dāng)_符合標(biāo)準(zhǔn)ZIGBEE、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)組網(wǎng)性能星型、樹型、MESH網(wǎng)狀網(wǎng)星型、樹型，一般無路由能力ZIGBEE與WLAN共存ZIGBEE和WLAN共同工作在2.4G的頻段，利用ZIGBEE的#15、#20、#25和#26信道，可有效防止與802.11b的信#1、#6、#11信道的相互干擾此外，符合以下條件之一的無線通信應(yīng)用都可以考慮采用 ZigBee技術(shù)：設(shè)備間距較小；不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)的狀態(tài)更新；設(shè)備體積很小，不容許放置較大的充電電池和電源模塊；只能使用一次性電池，或無法頻繁更換電池或反復(fù)充電；需要覆蓋的范圍較大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)需要容納的設(shè)備較多，網(wǎng)絡(luò)主要用于監(jiān)測(cè)或控制。ZigBee是一項(xiàng)新興的短距離無線通信技術(shù)，在協(xié)議制定時(shí)就專門針對(duì)大網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充性和省電所設(shè)計(jì)[19]，同時(shí)，它已經(jīng)被業(yè)界認(rèn)同為傳感器網(wǎng)絡(luò)的根本通信組件，保證了ZigBee獨(dú)立的生存空間。由圖1-1可知，主要的無線技術(shù)主要集中在1Mbps以上的速率，新的標(biāo)準(zhǔn)還在追求更高的速率，而ZigBee技術(shù)恰恰是填補(bǔ)低速率端無線通信技術(shù)的空缺，與其他標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用上幾乎無交叉。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，低速率、低本錢的無線通信在自動(dòng)控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、家居自動(dòng)化、門禁系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域更貼近日常生活，具有廣泛的市場(chǎng)，因此在該設(shè)計(jì)中我們選用了ZigBee技術(shù)。圖1-1幾種無線通信技術(shù)的速率和距離比較1.3zigbee的開展前景及應(yīng)用zigbee的開展前景從2005年起開始嶄露頭角的ZigBee低功耗無線傳輸技術(shù)，在當(dāng)時(shí)曾經(jīng)引起市場(chǎng)上的廣泛注意。然而，幾年過去，此一市場(chǎng)并未如當(dāng)初所預(yù)期的快速成長(zhǎng)。盡管受限于標(biāo)準(zhǔn)制訂、價(jià)格、技術(shù)未臻成熟的多項(xiàng)因素影響，ZigBee技術(shù)本身的獨(dú)特性與應(yīng)用領(lǐng)域，仍是有可讓人期待的前景。在臺(tái)灣地區(qū)，雖然缺乏知名大廠的帶頭投入，但是近來仍是有不少業(yè)者在默默耕耘，開發(fā)各種的ZigBee應(yīng)用，希望能等待時(shí)機(jī)，為此一尚未起飛的市場(chǎng)做好準(zhǔn)備。

ZigBee是一種低功耗無線傳輸技術(shù)，其特色是網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充性極強(qiáng)，可透過連結(jié)形成龐大的智能網(wǎng)絡(luò)。從2005年被正式納入IEEE

802.15.4標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)后，2006年起便有Freescale、TI、ST、NEC、Ember、Jennic、Oki、Renesas等廠商推出相關(guān)芯片產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)也有達(dá)盛電子(UBEC)投入ZigBee的芯片開發(fā)。

ZigBee最吸引人的特性，就在于低功耗、低本錢與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh

Network)的拓樸架構(gòu)，一臺(tái)主機(jī)可同時(shí)對(duì)應(yīng)到6萬4千多個(gè)終端設(shè)備。由于ZigBee的市場(chǎng)定位明確，主要鎖定包括大樓自動(dòng)化、工業(yè)、醫(yī)療及家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域，能夠利用這樣的無線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)(WSN)來進(jìn)行溫度、濕度、燈光等環(huán)境偵測(cè)，進(jìn)而拓展在日常生活中的多種應(yīng)用方式。也因此，在ZigBee標(biāo)準(zhǔn)剛浮上臺(tái)面之初，確實(shí)吸引了不少市場(chǎng)的目光。許多市場(chǎng)研究公司也大力看好這項(xiàng)技術(shù)的開展前景。

例如，在2005年底，市場(chǎng)研究公司NSR曾發(fā)布報(bào)告指出，首批具備ZigBee功能的產(chǎn)品將于2006年第一季在北美、歐洲和亞太地區(qū)展開，該機(jī)構(gòu)并預(yù)估，到2023年，全球?qū)⒖赏渴?.8億個(gè)ZigBee組件，成長(zhǎng)非常快速。同樣地，市調(diào)機(jī)構(gòu)In-Stat也曾在2005年發(fā)布新聞指出，“五年內(nèi)，ZigBee成長(zhǎng)將超過200%。〞

然而，從幾年前的那股熱潮，到現(xiàn)在ZigBee的開展似乎不如當(dāng)初的預(yù)期。就在今年初，同樣也是In-Stat，卻發(fā)布了一份‘ZigBee開展前景難以預(yù)料〞的報(bào)告。報(bào)告指出，雖然整體ZigBee節(jié)點(diǎn)與芯片出貨量將會(huì)從2006年的500萬個(gè)，到2023年成長(zhǎng)到1.2億個(gè)，而且最近在自動(dòng)電表領(lǐng)域獲得了新的關(guān)注，但是由于競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)多，它在家電市場(chǎng)得到普及的可能性低，前景未定。

盡管幾經(jīng)起伏，國(guó)內(nèi)仍有一些業(yè)者在進(jìn)行ZigBee相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)，先行試探市場(chǎng)對(duì)于此一技術(shù)的接受度與反響，等待市場(chǎng)時(shí)機(jī)的到來。

已投入ZigBee應(yīng)用開發(fā)兩年多時(shí)間的世和數(shù)字科技公司，該公司技術(shù)長(zhǎng)陳智盛表示，投入ZigBee主要是因?yàn)榉掀淠腹臼勒_發(fā)公司對(duì)于智能型建筑的需求，“我們認(rèn)為對(duì)于辦公室、家庭住宅的管理自動(dòng)化、平安性、節(jié)能等各方面需求，未來將會(huì)持續(xù)成長(zhǎng)。而ZigBee的無線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)、低耗電特性，在定位、溫/濕度感測(cè)方面的應(yīng)用，會(huì)有很大的商機(jī)。〞

目前，世和已經(jīng)在內(nèi)湖一個(gè)1000多坪的社區(qū)中，建置ZigBee定位與門禁管理系統(tǒng)，同時(shí)也將在南港軟件園區(qū)第三期工程中，建置包括一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度的環(huán)境品質(zhì)感知系統(tǒng)，利用ZigBee感測(cè)點(diǎn)偵測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)，以及其約200K的數(shù)據(jù)傳輸特性，希望能到達(dá)自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境品質(zhì)的目標(biāo)。此外，它也與相關(guān)業(yè)者開發(fā)智能型照護(hù)產(chǎn)品。

而去年才開始進(jìn)行ZigBee模塊與系統(tǒng)軟件開發(fā)的勝?zèng)目萍迹摴竟こ探?jīng)理趙正義表示，“ZigBee的應(yīng)用非常多元，常常我們解釋完此技術(shù)的特性，許多客戶就能提出不同的應(yīng)用方式，市場(chǎng)對(duì)于此技術(shù)的興趣程度，確實(shí)是在增加中。〞

當(dāng)然，他也提到，之前臺(tái)灣曾有一家知名的無線通訊業(yè)者投入，但是最后卻宣告棄守。此市場(chǎng)由于標(biāo)準(zhǔn)仍缺乏互通性、量不夠大、實(shí)際部署時(shí)的穩(wěn)定度、可靠度與耗電效能等尚需提升等多方面因素，還是有一些困難需要克服。

趙正義認(rèn)為，開發(fā)ZigBee應(yīng)用的主要核心技術(shù)是在軟件，對(duì)于價(jià)格因素，他倒是覺得目前一個(gè)感測(cè)點(diǎn)約1000元臺(tái)幣的價(jià)格，對(duì)某些特定的先期應(yīng)用來說，應(yīng)該已經(jīng)是可以接受的范圍。

目前勝?zèng)囊呀?jīng)在某政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)房平安管制的ZigBee應(yīng)用部署測(cè)試，趙正義表示，不管是工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)院資產(chǎn)管理、自動(dòng)超表、電器遙控等，目前都有客戶表示興趣，并在接洽中。

近幾年來積極在國(guó)內(nèi)推廣ZigBee應(yīng)用的資策會(huì)網(wǎng)絡(luò)多媒體研究所，其環(huán)境感知與控制技術(shù)中心組長(zhǎng)洪志宏表示，雖然目前整個(gè)產(chǎn)業(yè)尚未起來，但是國(guó)內(nèi)還是有許多公司在進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品、應(yīng)用的開發(fā)。他說，“雖然目前投入的廠家大都以中小型業(yè)者為主，但仍有一些知名的家電以及網(wǎng)通正在默默的進(jìn)行，或許要等到時(shí)機(jī)更成熟一點(diǎn)，才會(huì)有更公開的動(dòng)作。〞

盡管如此，經(jīng)過3~4年的推廣，洪志宏表示，已有多家廠商技術(shù)移轉(zhuǎn)了資策會(huì)開發(fā)的ZigBee

stack，進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，不管是在社區(qū)、家庭、醫(yī)療照護(hù)等各方面，都已經(jīng)有了實(shí)際的產(chǎn)品推出。

舉例來說，睿盛科技已經(jīng)推出ZigBee網(wǎng)關(guān)器，試圖拓展‘智能化居住空間’的商機(jī)。此外，像是泰博科技也開發(fā)出內(nèi)建ZigBee傳感器的血壓計(jì)、血糖計(jì)，希望將ZigBee應(yīng)用在醫(yī)療照護(hù)應(yīng)用上。

針對(duì)ZigBee市場(chǎng)進(jìn)展的緩慢，他認(rèn)為，“除了價(jià)格因素外，軟件開發(fā)的門檻高，業(yè)者缺乏自主的stack技術(shù)，這些都是影響ZigBee實(shí)際部署的原因。〞

洪志宏解釋說，雖然目前ZigBee芯片的報(bào)價(jià)大概是4美元左右，但是由于數(shù)量不高，真正到應(yīng)用端的ZigBee模塊通常都要約千元臺(tái)幣，這樣價(jià)格除非是特定應(yīng)用，否那么市場(chǎng)難以接受。

但是，就好象是雞生蛋蛋生雞的問題一樣，市場(chǎng)沒有起來，模塊價(jià)格自然也掉不下來。他指出，其實(shí)就硬件技術(shù)來看，市場(chǎng)上的芯片都已經(jīng)就緒，最大的問題在于軟件stack開發(fā)上的問題。“當(dāng)然有些半導(dǎo)體業(yè)者會(huì)提供stack，但都不是非常完備的，業(yè)者還是得依照應(yīng)用需求，自行進(jìn)行修改與測(cè)試。這一局部的門檻，是臺(tái)灣導(dǎo)入ZigBee應(yīng)用的最大瓶頸。〞

“另一方面，ZigBee鎖定的是類似大樓/工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用，需要更專業(yè)的系統(tǒng)整合(SI)廠商能夠?qū)⑦@項(xiàng)技術(shù)導(dǎo)入到相關(guān)的應(yīng)用中。但是，我們現(xiàn)在有芯片方案、有模塊廠商，但還沒有SI業(yè)者能將這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈串起來，開發(fā)更好的應(yīng)用，將ZigBee產(chǎn)品帶到客戶端，這些都是目前市場(chǎng)上欠缺的。〞zigbee的應(yīng)用上面介紹了ZigBee的一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也談到了缺乏之處，目前有些說法把它跟其它他的無線技術(shù)，如Wi-Fi、Bluetooth、RFID、NFC等等進(jìn)行類比，說某種技術(shù)不如另一種，甚至說某種技術(shù)要取代另一種，這樣的說法是片面的。作為一種低速率的短距離無線通信技術(shù)，ZigBee有其自身的特點(diǎn)，因此應(yīng)該有為它量身定做的應(yīng)用，盡管在某些應(yīng)用方面可能和其他技術(shù)重疊。下面就來簡(jiǎn)單看看ZigBee可能的一些應(yīng)用，包括智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用。智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了ZigBee技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過網(wǎng)關(guān)連接到Internet，這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低本錢。自動(dòng)抄表：抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等等，每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù)，報(bào)給煤氣、電力或者供水公司，然后根據(jù)讀數(shù)來收費(fèi)?，F(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來進(jìn)行抄表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來其它好處，比方煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。醫(yī)療監(jiān)護(hù)：電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生問題，可以及時(shí)做出反響，比方通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低本錢、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。電信應(yīng)用：在2006年初的時(shí)候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成了ZigBee技術(shù)的SIM卡，并命名為“ZSIM〞[5]。其實(shí)這種SIM卡只是把ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯(lián)盟也在2007年4月發(fā)布新聞，說聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用[6]。如果ZigBee技術(shù)真得可以在電信領(lǐng)域開展起來，那么將來用戶就可以利用來進(jìn)行移動(dòng)支付，并且在熱點(diǎn)地區(qū)可以獲得一些感興趣的信息，如新聞、折扣信息，用戶也可以通過定位效勞獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位效勞已經(jīng)做得很好，但卻很難支持室內(nèi)的定位，而ZigBee的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案Zigbee的主要優(yōu)勢(shì)是低功耗和組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的組建是zigbee不同于其他無線協(xié)議的主要優(yōu)勢(shì)所在，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組建形式?jīng)Q定了整個(gè)系統(tǒng)能否暢通，順利的工作，因此選擇合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是非常重要的。常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1．星狀連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。星狀連接方式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它只能組建包含較少的無線節(jié)點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)。星狀結(jié)構(gòu)如以下圖圖2-1狀結(jié)構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能和協(xié)調(diào)器通訊。一個(gè)典型的星形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程是這樣的：一個(gè)被注入?yún)f(xié)調(diào)器程序〔軟件〕的FFD〔硬件〕開始工作后，開始著手構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，他要做的第一件事就是要在他無線電波所覆蓋到的空間區(qū)域內(nèi)，先選擇一個(gè)唯一的PAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)號(hào)這個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)一定要是附近其他網(wǎng)絡(luò)沒用到的。2．樹狀連接在星狀連接方式的根底上，開展出了串狀連接方式〔有時(shí)也稱樹狀連接〕。串狀連接的結(jié)構(gòu)是在星狀連接的根底上，增加了假設(shè)干轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)〔灰色節(jié)點(diǎn)〕，這些轉(zhuǎn)接點(diǎn)之間可以相互通信。一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò)中的根本節(jié)點(diǎn)〔空心節(jié)點(diǎn)〕假設(shè)要發(fā)送信息到另一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò)的根本節(jié)點(diǎn)上，須通過轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。樹狀結(jié)構(gòu)如以下圖圖2-2樹狀結(jié)構(gòu)圖1.8也展示了router是如何擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，甚至如何繞過障礙物的。比方A想和B說話，但是中間有墻擋的，信號(hào)強(qiáng)度又穿透不了，這個(gè)時(shí)候樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就可以通過其它router傳遞信息，并最終到達(dá)B。我們有時(shí)把這種方式叫“屢次反射〞(multihopping)，因?yàn)樾畔囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)反射到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最終到達(dá)目的地。這樣就擴(kuò)大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息覆蓋面。3．網(wǎng)狀連接為了實(shí)現(xiàn)任意無線節(jié)點(diǎn)之間都可以傳遞信息的目標(biāo)，在串狀連接方式的根底上又開展了網(wǎng)狀連接方式。網(wǎng)狀連接方式又稱為點(diǎn)到點(diǎn)到點(diǎn)〔point-to-point-topoint〕方式，它與傳統(tǒng)的點(diǎn)到多點(diǎn)連接方式最大的不同是，網(wǎng)狀連接方式中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有無線微處理器，所以無需無線路由器就可以實(shí)現(xiàn)與另一節(jié)點(diǎn)之間的互連。由于這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)特征，每個(gè)無線節(jié)點(diǎn)不僅可以收發(fā)信息，還可以自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)信息到網(wǎng)絡(luò)中的其他任意節(jié)點(diǎn)。由于網(wǎng)狀連接方式中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能化，所以，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，附近的無線節(jié)點(diǎn)會(huì)代替該故障的節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行信息的傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)，從而大大提高了系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，由于任意無線節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接就如接力賽跑一樣，信息可以通過無線節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁h(yuǎn)的地方。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如以下圖圖2-3網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過傳感器節(jié)點(diǎn)采集溫度，并發(fā)送這些數(shù)據(jù)到中心收集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)的距離太遠(yuǎn)是我們必須增加路由節(jié)點(diǎn)的傳遞采集節(jié)點(diǎn)要發(fā)給中心收集節(jié)點(diǎn)，在采集節(jié)點(diǎn)與中心收集節(jié)點(diǎn)之間適宜的位置放置幾個(gè)路由器將大大提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定傳輸，為了簡(jiǎn)單期間，只有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)收集這些信息，處理后通過串口送到計(jì)算機(jī)，這些信息可以在串口調(diào)試工具或超級(jí)終端上看到。同時(shí)要做到：自動(dòng)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。傳感器設(shè)備必須自動(dòng)參加網(wǎng)絡(luò)，并在手工操作下完成綁定。如果傳感器設(shè)備沒有從中心點(diǎn)收到應(yīng)答，那么將自動(dòng)移除到該中心節(jié)點(diǎn)的綁定，然后自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)新的中心節(jié)點(diǎn)綁定，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的成功綁定。2.2芯片的選擇zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)的的核心是微處理器芯片。微處理器模塊在無線收發(fā)模塊的協(xié)作下完成zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)，數(shù)據(jù)采集與處理，無線數(shù)據(jù)收發(fā)以及zigbee2007協(xié)議棧的正常運(yùn)行[3]。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)中可以根據(jù)本錢與操作可行性等因數(shù)選擇不同的的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)選擇集微處理器模塊和無線收發(fā)模塊于一體的單芯片解決方案。設(shè)計(jì)選用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz頻段，是符合ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的真正片上系統(tǒng)解決方案，也是目前眾多zigbee設(shè)備產(chǎn)品中表現(xiàn)最為出眾的微處理器之一。其主要特性如下：(1)片內(nèi)集成增強(qiáng)型高速8051內(nèi)核處理器，支持代碼預(yù)取;256kflash程序存儲(chǔ)器，支持最新zigbee2007pro協(xié)議;8k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;支持硬件調(diào)試[3]。(2)支持2v-3.6v供電區(qū)間，具有3種電源管理模式：?jiǎn)拘涯Ｊ?.2ma、睡眠模式1ua、中斷模式0.4ua。包括處理器和智能片內(nèi)外設(shè)在內(nèi)的模塊，具有超低功耗的特點(diǎn)[3]。(3)片內(nèi)集成5通道dma;mac定時(shí)器;1個(gè)16位、兩個(gè)8位普通定時(shí)器;32khz睡眠定時(shí)器;電源管理與片內(nèi)溫度傳感器;8通道12位ad轉(zhuǎn)換器;看門狗等智能外設(shè)[3]。高密度集成化電路節(jié)約設(shè)計(jì)本錢。(4)應(yīng)用范圍包括2.4g-hzieee802.15.4系統(tǒng)、rf4ce遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、zigbee網(wǎng)絡(luò)、家居自動(dòng)化、照明系統(tǒng)、工業(yè)測(cè)控、低功耗wsn等領(lǐng)域。2.3協(xié)議棧的介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在硬件設(shè)計(jì)的根底上進(jìn)行的，良好的軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要環(huán)節(jié)，也是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基于通用性及便于開發(fā)的考慮，本設(shè)計(jì)移植了TI公司的Z-Stack協(xié)議棧，其主要特點(diǎn)就是其兼容性，完全支持IEEE802.15.4/ZigBee的CC2530片上系統(tǒng)解決方案。TI的Z-Stack裝載在一個(gè)基于IAR開發(fā)環(huán)境的工程里。強(qiáng)大的IAREmbeddedWorkbench除了提供編譯下載功能外，還可以結(jié)合編程器進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試和監(jiān)測(cè)片上存放器、Flash數(shù)據(jù)等。Z-Stack根據(jù)IEEE802.15.4和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)分為以下幾層：API〔ApplicationProgrammingInterface〕，HAL〔HardwareAbstractLayer〕，MAC〔MediaAccessControl)，NWK〔ZigbeeNetworkLayer〕，OSAL〔OperatingSystemAbstractSystem〕，Security，Service，ZDO〔ZigbeeDeviceObjects〕。使用IAR翻開工程文件SampleApp.eww后，即可查看到整個(gè)協(xié)議棧從HAL層到APP層的文件夾分布。該協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)鏈接，在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)對(duì)路由表和綁定表的非易失性存儲(chǔ)，因此網(wǎng)絡(luò)具有一定的記憶功能。Z-Stack采用操作系統(tǒng)的思想來構(gòu)建，采用事件輪循機(jī)制，當(dāng)各層初始化之后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，喚醒系統(tǒng)，開始進(jìn)入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式。如果同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級(jí)，逐次處理事件。這種軟件構(gòu)架可以極大地降級(jí)系統(tǒng)的功耗。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1硬件局部總體介紹本設(shè)計(jì)將溫度傳感器采集來的數(shù)據(jù)通過zigbee協(xié)議傳遞到上位機(jī)顯示，并能夠在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示采集的溫度，人機(jī)交互采用按鍵控制，LED燈閃爍，和數(shù)碼管指示，系統(tǒng)框圖如以下圖。圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如上圖所示核心處理芯片為CC2530，其供電方式可以有兩種選擇，如果作為中端節(jié)點(diǎn)可以用電池供電，如果作為協(xié)調(diào)器可以用外部電源供電，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)傳遞給CC2530，CC2530將通過zigbee無線協(xié)議發(fā)送給目標(biāo)設(shè)備，CC2530的外圍設(shè)備還有鍵盤輸入，可以控制CC2530人為的實(shí)現(xiàn)某些功能，數(shù)碼管顯示可以顯示當(dāng)前采集的溫度數(shù)據(jù)，LED指示燈指示一些狀態(tài)信息，串口用于調(diào)試設(shè)備，如果作為協(xié)調(diào)器那么用于與上位機(jī)通信。3.2電源局部設(shè)計(jì)CC2530的供電電源為3.3V，其誤差范圍為±0.5V。我們最常用的電源為5V，比方普通的直流電源和電腦的USB借口電源都是5V的，所以如果給CC2530供電我們有兩種選擇。第一普通的干電池電壓在1.5V左右，如果是新干電池其電壓范圍一般都在1.5V以上，所以兩節(jié)干電池串聯(lián)起來其電壓值可以到達(dá)3.2V左右，實(shí)際測(cè)量中其值為就在3.2V左右，這個(gè)誤差范圍在CC2530電源誤差范圍之內(nèi)，所以用干電池供電時(shí)一種供電方式。第一我們采用穩(wěn)壓芯片，在市場(chǎng)中最常用的3.3V穩(wěn)壓芯片為AMS1117，如圖3-2所示圖3-2AMS1117其典型電路圖如以下圖圖3-3AMS1117典型電路使用輸入旁路電容，10uF的鉭電容適用于幾乎所有的應(yīng)用。輸出電容如果使用鉭電容，AMS1117要求輸出電容的最小值為10uF。真對(duì)本設(shè)計(jì)的電源設(shè)計(jì)如以下圖所示圖3-4供電電源電路供電電源燈選擇通過跳線帽P1來選擇，選擇12為直流電源供電，選擇23為電池供電，在此加了一個(gè)電源指示燈和一個(gè)六腳的開關(guān)，單獨(dú)翻開開關(guān)時(shí)無法供電的，只有將跳線帽跳到對(duì)應(yīng)的位置時(shí)才能正常供電。3.3顯示局部的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的顯示采用數(shù)碼管顯示，如以下圖所示圖3-5供電電源電路數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)采用串入并出芯片74HC595，該芯片利用SPI協(xié)議三根線就能完成數(shù)據(jù)的傳輸，即時(shí)鐘線SCK、數(shù)據(jù)線SI、片選信號(hào)線RCK。另外該芯片還能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)的方式，三根線就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)碼管多位的顯示，本設(shè)計(jì)只使用了連個(gè)級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼管。該芯片使用方便，在顯示速率上是能夠滿足要求的的，節(jié)省控制器的IO口。本設(shè)計(jì)為了防止IO口的復(fù)用，使用跳線帽選擇該三個(gè)IO口。3.4按鍵局部設(shè)計(jì)在z-stack中，其大局部的硬件驅(qū)動(dòng)程序都是根據(jù)TI生產(chǎn)的開發(fā)板寫的，所以大局部的硬件驅(qū)動(dòng)是不適合我們使用的。針對(duì)按鍵這局部，TI公司共使用了7個(gè)按鍵，其中一個(gè)搖桿型的joystick按鍵包含了5個(gè)按鍵功能，剩余一個(gè)普通的按鍵和一個(gè)復(fù)位按鍵，由于我們不具備joystick這種按鍵，所以在自己的硬件上根據(jù)TI這種按鍵的使用方法制作了AD鍵盤，AD鍵盤共有5個(gè)按鍵，分別為上、下、左、右、中原理圖如以下圖，在PCB布局上就按照1-5分別對(duì)應(yīng)上下左右中的順序布局。圖3-6AD鍵盤電路該電路時(shí)通過按鍵后在采集點(diǎn)采集的電壓值不同來對(duì)應(yīng)不同的按鍵編號(hào)的原理制作的，這樣的按鍵只需要一個(gè)AD采集接口，使用簡(jiǎn)單方便，按鍵個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要隨意增加，但是這種按鍵的弊端是在按鍵抖動(dòng)比較厲害的時(shí)候，誤判率是比較高的，一般在按鍵上加一個(gè)去抖電容。在本設(shè)計(jì)中，由于按鍵的抖動(dòng)比較小，就沒有加去抖電容。普通按鍵和復(fù)位按鍵的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，按鍵直接接地即可，電路如以下圖。圖3-7普通按鍵電路3.5溫度采集與報(bào)警設(shè)計(jì)溫度采集電路溫度傳感器我們采用單總線的DS18B20，其硬件電路比較簡(jiǎn)單，使用比較方便，而且讀取的溫度值非常準(zhǔn)確，適用與一般環(huán)境下的溫度采集。其電路圖如以下圖所示圖3-8普通按鍵電路該電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)便，但是單總線的傳感器的時(shí)序一般都比較復(fù)雜，同樣DS18B20的時(shí)序是很復(fù)雜的，所以硬件的簡(jiǎn)便必然要軟件區(qū)彌補(bǔ)。報(bào)警電路報(bào)警電路采用普通的蜂鳴器報(bào)警，蜂鳴器又分為兩種，一種是有源的一種是無源的，有源的頻率是固定的，就是說有源的發(fā)聲是比較單一呆板的，所以這里我們采用無源蜂鳴器，這樣報(bào)警的音調(diào)我們可以自己去控制，這樣報(bào)警的效果要好很多。蜂鳴器我們采用三極管直接驅(qū)動(dòng)，這樣大大提高了報(bào)警的音量。報(bào)警電路如以下圖所示圖3-9報(bào)警電路3.6其余電路的設(shè)計(jì)串口調(diào)試電路的設(shè)計(jì)如果設(shè)備作為協(xié)調(diào)器將用到串口與上位機(jī)通信，如果作為終端節(jié)點(diǎn)那么要用到串口調(diào)試的功能，在z-stack中也定義了串口調(diào)試的任務(wù)，所以串口電路的設(shè)計(jì)也是必不可少的。電路圖如下所示圖3-10串口電路串口電路要注意幾點(diǎn)，首先DB9的順序不能接錯(cuò)，其次串口電平轉(zhuǎn)換有兩種形式，第一是5V的，此時(shí)電平轉(zhuǎn)換芯片要使用MAX232，第二是3.3V的，此時(shí)電平轉(zhuǎn)換芯片要使用MAX3232；再次，在使用電平轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)候也有兩種可供選擇，第一就是MAX系列，這時(shí)與芯片V+管腳連接的電容的另一端要接VCC，另一種是SP系列，此時(shí)與芯片V+管腳連接的電容另一端要接地。3.6.2狀態(tài)指示燈電路的設(shè)計(jì)狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)就比較簡(jiǎn)單，但是也是不可少的，設(shè)備的啟動(dòng)狀態(tài)，是否啟動(dòng)成功，是否脫離網(wǎng)絡(luò)，是否綁定成功等等一些列的狀態(tài)信息都可以通過指示燈的形式來顯示。其原理圖如以下圖圖3-11指示燈電路第4章系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1軟件局部總體介紹4.1.1軟件設(shè)計(jì)整體流程本設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇樹狀結(jié)構(gòu)，樹狀結(jié)構(gòu)必須有路由的參加，所以本設(shè)計(jì)的軟件局部設(shè)計(jì)分別要對(duì)協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的顯示，并最終發(fā)送給協(xié)調(diào)器，在向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要實(shí)時(shí)的接收協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的溫度報(bào)警數(shù)據(jù)，并能夠超限報(bào)警。路由器只負(fù)責(zé)在終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器之間的距離超過接收不到的情況下轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)，起到一個(gè)中繼器的作用。協(xié)調(diào)器在接收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過串口發(fā)送到上位機(jī)顯示，對(duì)上位機(jī)發(fā)送來的報(bào)警溫度進(jìn)行處理，然后分節(jié)點(diǎn)的發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)報(bào)警。以下圖為整個(gè)系統(tǒng)的流程圖圖4-1系統(tǒng)整體流程從圖中可以看出，終端節(jié)點(diǎn)有兩種與協(xié)調(diào)器的通信方式，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的協(xié)調(diào)器信號(hào)強(qiáng)度超過路由器時(shí)，將直接與協(xié)調(diào)器通信，相反如果檢測(cè)不到協(xié)調(diào)器的信號(hào)或者信號(hào)強(qiáng)度比路由節(jié)點(diǎn)的假設(shè)，那么通過路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器。在TI提供的z-stack協(xié)議上，設(shè)備啟動(dòng)的過程都由協(xié)議棧本身做好，用戶只需指定其啟動(dòng)身份即可。4.1.2網(wǎng)絡(luò)通道和PANID的選擇Zigbee工作在ISM頻段，其定義了兩個(gè)工作頻段，即2.4GH在頻段和868/915MHZ頻段，在中國(guó)Zigbee工作在2.4GHz頻段，該頻段有16個(gè)速率為250kb/s的信道，該頻段在全球?yàn)橥ㄓ玫念l段，是免費(fèi)的。在z-stack中給出了該頻段的16個(gè)通道，通道號(hào)為11-26，系統(tǒng)默認(rèn)的位11通道，即-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B。在設(shè)備啟動(dòng)后將掃描該頻段的通道，如果該通道可用，設(shè)備將在該通道內(nèi)建立網(wǎng)絡(luò)。我們知道zigbee的一大優(yōu)勢(shì)就是能夠自由組網(wǎng)，但是如何保證每個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸不受其他網(wǎng)絡(luò)的干擾，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間有時(shí)用什么來區(qū)分的，我的設(shè)備怎么保證只在我的網(wǎng)絡(luò)里活動(dòng)？這里有一個(gè)很重要的概念PANID(personareanetwork)即個(gè)人局域網(wǎng)的ID號(hào)，他是區(qū)分各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)標(biāo)號(hào)。該P(yáng)ANID的設(shè)置有兩種方式，第一就是z-stack中給定的方式設(shè)置-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF，當(dāng)設(shè)置PANID為0xffff時(shí)，協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后將根據(jù)自身的物理地址自動(dòng)設(shè)置一個(gè)PANID號(hào)，此時(shí)如果路由和終端設(shè)備的PANID也設(shè)置為0xffff時(shí)將自動(dòng)參加該協(xié)調(diào)器創(chuàng)立的網(wǎng)絡(luò)。但是這時(shí)會(huì)帶來一個(gè)弊端就是如果路由與終端在第一次啟動(dòng)后如果發(fā)現(xiàn)有其他網(wǎng)絡(luò)而且信號(hào)強(qiáng)度比該網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)他們將會(huì)參加另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。第二種就是我們可以認(rèn)為的指定一個(gè)PANID號(hào)，例如-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234，此時(shí)協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后將掃描一定范圍內(nèi)是否已經(jīng)存在同樣的PANID號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)果存在那么PANID號(hào)自動(dòng)加1創(chuàng)立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。但是此時(shí)要注意的時(shí)，路由與終端要想?yún)⒓釉搮f(xié)調(diào)器創(chuàng)立的網(wǎng)絡(luò)必須人為的設(shè)置同樣的PANID。本設(shè)計(jì)中我們?nèi)藶榈闹付ㄒ粋€(gè)PANID號(hào)，這樣的好處是，保證路由和終端只能參加我指定的網(wǎng)絡(luò)。4.2開發(fā)環(huán)境的介紹IAREmbeddedWorkbench是一種用于開發(fā)應(yīng)用各種不同的目標(biāo)處理器的靈活的集成環(huán)境。它提供一個(gè)方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試。EmbeddedWorkbench支持多種不同的目標(biāo)處理器，使用工程模式組織應(yīng)用程序。第一次使用程序編寫調(diào)試一般需要經(jīng)過創(chuàng)立工作站、創(chuàng)立并保存工程、創(chuàng)立或加載源文件、保存工作站、設(shè)置工作環(huán)境〔目標(biāo)芯片、調(diào)試方式、仿真器接口類型〕、工程編譯連接和調(diào)試七個(gè)步驟。1.創(chuàng)立新工作站翻開IAREmbeddedWorkbench。單擊：“開始〞、“程序〞、IARSystems、IAREmbeddedWorkbenchForCC2530V3，自動(dòng)創(chuàng)立一個(gè)新的工作站，出現(xiàn)如4-2所示的界面。圖4-2第一次進(jìn)入EmbeddedWorkbench界面提示如下：Createnewprojectincurrentworkspace：在新工作站中創(chuàng)立新的工程。Addexistingprojecttocurrentworkspace：添加已經(jīng)存在的工程到當(dāng)前工作站中。Openexistingworkspace:翻開已經(jīng)存在的工作站。Exampleworkspace：翻開例如工作站。2.創(chuàng)立并保存工程單擊選項(xiàng)中Createnewprojectinnewworkbench，出現(xiàn)圖4-3界面。圖4-3調(diào)試器窗口選擇工程類型〔Emptyproject、asm、C、C++或xternallybuiltexecutable〕，假設(shè)選擇的工程類型為Emptyproject，單擊“OK〞按鈕，出現(xiàn)圖4-4界面，選擇保存路徑，同時(shí)輸入工程文件名〔如test〕，單擊保存，一個(gè)工程就建立完成了。圖4-4保存新工程3.創(chuàng)立或加載源文件單擊File，New，F(xiàn)ile〔如圖4-5所示〕或按快捷鍵Ctrl+N，出現(xiàn)如圖4-6所示的源程序編輯界面。圖4-5創(chuàng)立源程序文件圖4-6編寫源程序4.保存工作站源程序編輯好之后，保存源文件。單擊工具條的保存或文件菜單〔File中的Save〕出現(xiàn)如圖4-7界面，“保存在框〞中選擇好文件路徑目錄，“文件類型〞框中填入xx.eww。圖4-7保存工作站5.編譯環(huán)境設(shè)置選中工程名稱〔test〕后，單擊鼠標(biāo)右鍵，如圖4-8所示。從快捷菜單中選擇Options進(jìn)入圖4-9所示參數(shù)設(shè)置界面。環(huán)境設(shè)置需要設(shè)置目標(biāo)芯片類型、仿真方式、仿真器類型等參數(shù)。圖4-8進(jìn)入環(huán)境設(shè)置在如圖4-9設(shè)置界面中，從左邊Category列表下選擇GeneralOptions,在Target頁的Device選項(xiàng)中選擇目標(biāo)芯片型號(hào)，本設(shè)計(jì)選擇CC2430。圖4-9目標(biāo)芯片設(shè)置在ategory列表下選擇Debugger如圖4-10界面，在Driver選項(xiàng)中選擇FETDebugger或Simulator。單使用FET仿真器連接目標(biāo)板進(jìn)行在線仿真調(diào)試時(shí)，選擇FETDebugger，軟件模擬仿真那么選擇Simulator。圖4-10仿真方式設(shè)置6.工程編譯、連接和調(diào)試工程編譯、連接和調(diào)試通過選擇菜單Project下的Compile/Make/Debug，或點(diǎn)擊圖4-11界面右上方的快捷按鈕完成。圖4-11編輯編譯連接環(huán)境界面在程序通過了連接、生成目標(biāo)代碼之后。通過單擊Project，Debugger，或按Ctrl+D鍵，或單擊按鈕可以進(jìn)入如圖4-12所示的調(diào)試集成環(huán)境。圖4-12調(diào)試界面4.3協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)創(chuàng)立和維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，為每個(gè)參加該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，在協(xié)調(diào)器啟動(dòng)時(shí)其網(wǎng)絡(luò)地址將自動(dòng)設(shè)置為0x0000，在所有的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址均為0x0000，所以路由和設(shè)備要想跟協(xié)調(diào)器通信，那么設(shè)置目標(biāo)地址為0x0000即可。在軟件設(shè)置設(shè)備為協(xié)調(diào)器啟動(dòng)時(shí)，z-stack中必須編譯文件f8wCoord,cfg文件，該文件在CoordinatorSettings下設(shè)置了兩個(gè)功能第一為-DZDO_COORDINATOR即協(xié)調(diào)器功能，第二-DRTR_NWK即為路由器功能和，也就是說協(xié)調(diào)器啟動(dòng)后有兩種功能，第一就是作為協(xié)調(diào)器啟動(dòng)建立維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，一旦建立網(wǎng)絡(luò)成功后，那么此協(xié)調(diào)器將作為一個(gè)普通的路由器使用。本設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器的工作流程圖如以下圖圖4-13協(xié)調(diào)器啟動(dòng)流程圖所有設(shè)備的一系列初始化是相同的，包括硬件初始化，內(nèi)存初始化等。在z-stack2007中參加了操作系統(tǒng)用于管理任務(wù)，內(nèi)存分配和電源管理等。每個(gè)設(shè)備都有自身的描述就像每個(gè)人都由自己的名字一樣，在用戶任務(wù)初始化的過程中，我們要初始化一個(gè)應(yīng)用，在該應(yīng)用中我們有要初始化一個(gè)端點(diǎn)描述符，這個(gè)描述符在本設(shè)計(jì)中就是用于與終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定之后互相傳輸數(shù)據(jù)的一個(gè)標(biāo)志。在協(xié)調(diào)器工作過程中我們?cè)O(shè)置了一些指示燈用來指示其工作的狀態(tài)，如果設(shè)備啟動(dòng)成功我們點(diǎn)亮LED1，如果翻開允許綁定那么點(diǎn)亮LED2，關(guān)閉綁定那么熄滅LED2，如果接受到了數(shù)據(jù)就閃爍LED1，這樣就能從視覺上感覺到協(xié)調(diào)器處于工作狀態(tài)。4.3路由的軟件設(shè)計(jì)路由器的設(shè)計(jì)相對(duì)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備要簡(jiǎn)單些，設(shè)置其啟動(dòng)類型后他就負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，只起到一個(gè)中繼器的作用，當(dāng)然路由器的PANID和選擇的通信道必須和協(xié)調(diào)器保持一致，這樣路由才能參加網(wǎng)絡(luò)，并且能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，此時(shí)我們也把路由的PANID設(shè)置為0X1234，通信道選擇11。路由正常情況下也能作為終端節(jié)點(diǎn)使用，也能實(shí)現(xiàn)與協(xié)調(diào)器中斷節(jié)點(diǎn)的綁定，為了備用，我們也在路由上也初始化一個(gè)端點(diǎn)，并初始化其端點(diǎn)描述符。在z-stack中我們編譯文件f8wRouter.cfg就能把設(shè)備初始化為一個(gè)路由設(shè)備，在該文件中在RouterSettings里只定義了-DRTR_NWK這比協(xié)調(diào)器少了一個(gè)-DZDO_COORDINATOR，所以設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)路由的功能了。路由的工作流程相對(duì)協(xié)調(diào)器要簡(jiǎn)單很多，如以下圖所示圖4-14路由啟動(dòng)流程圖同樣，路由的一系列初始化時(shí)跟協(xié)調(diào)器是相同的，如果設(shè)備是一路由啟動(dòng)，那么一系列初始化完成之后，設(shè)備將去檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是否存在，如果網(wǎng)絡(luò)存在設(shè)備將會(huì)參加該網(wǎng)絡(luò)，參加網(wǎng)絡(luò)之后，那么路由將會(huì)不斷的等待協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在收到數(shù)據(jù)之后會(huì)按照相應(yīng)的地址轉(zhuǎn)發(fā)出去。4.3終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集溫度數(shù)據(jù)，發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并能夠?qū)崟r(shí)的報(bào)警。因此終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)包括其本身終端節(jié)點(diǎn)的功能外，還要設(shè)計(jì)溫度采集局部，和報(bào)警局部。終端節(jié)點(diǎn)本身的啟動(dòng)跟協(xié)調(diào)器、路由器時(shí)相同的，中選擇其啟動(dòng)身份后，他將以終端的身份啟動(dòng)，終端節(jié)點(diǎn)要想與協(xié)調(diào)器通信，也必須建立一個(gè)端點(diǎn)，在端點(diǎn)描述符上有些信息必須與協(xié)調(diào)器保持一致，遮掩才能與協(xié)調(diào)器綁定成功，否那么將無法完成綁定進(jìn)行相互通信。z-stack中編譯了f8wEndev.cfg文件，與協(xié)調(diào)器和路由器所編譯的文件不同的地方是，該文件沒有定義功能，在協(xié)調(diào)器和路由器編譯的文件中協(xié)調(diào)器引入了協(xié)調(diào)器和路由的功能，路由只引入了路由功能，然而在終端節(jié)點(diǎn)編譯的文件中沒有定義任何功能，此時(shí)終端節(jié)點(diǎn)只能作為一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的功能使用。我們知道zigbee的一大優(yōu)勢(shì)就是低功耗，在IAR編譯軟件中我們?cè)O(shè)置了預(yù)編譯選項(xiàng)PowerSaving，即把低功耗模式翻開，也就是說如果終端設(shè)備在沒有任務(wù)要執(zhí)行時(shí)將自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式，這也表達(dá)了zigbee的真正特色，而在路由和協(xié)調(diào)器中沒有定義此選項(xiàng)，因?yàn)槁酚珊蛥f(xié)調(diào)器要實(shí)時(shí)的檢測(cè)通道信息，隨時(shí)準(zhǔn)備接受終端發(fā)送過來的溫度數(shù)據(jù)，所以是不允許路由和協(xié)調(diào)器進(jìn)入低功耗模式。終端節(jié)點(diǎn)的流程如以下圖所示。圖4-15終端節(jié)點(diǎn)流程圖設(shè)備啟動(dòng)成功后，將會(huì)進(jìn)入低功耗模式，此時(shí)如果按鍵發(fā)送綁定請(qǐng)求，終端節(jié)點(diǎn)將通過描述與協(xié)調(diào)器進(jìn)行綁定，綁定成功后操作系統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)定時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)時(shí)間，定時(shí)間到那么開始采集溫度數(shù)據(jù)并按一定的格式發(fā)送出去，如果定時(shí)間沒有到，那么終端節(jié)點(diǎn)將一直處于低功耗狀態(tài)，知道定時(shí)間到或者有其他用戶時(shí)間發(fā)生。在采集溫度數(shù)據(jù)后，將會(huì)自動(dòng)與報(bào)警溫度數(shù)據(jù)比較，如果超限那么翻開定時(shí)器(報(bào)警蜂鳴器采用無源蜂鳴器)開始發(fā)出一定頻率的方波蜂鳴器鳴叫。在狀態(tài)指示上同樣采用LED燈指示，如果啟動(dòng)成功那么翻開LED1，如果綁定成功那么翻開LED2，發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中開始閃爍LED1。第5章上位機(jī)設(shè)計(jì)上位機(jī)負(fù)責(zé)接收協(xié)調(diào)器通過串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。該上位機(jī)是用C#在VS編譯環(huán)境下寫的一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件，使用簡(jiǎn)便，由于技術(shù)有限不能開發(fā)出像一般性軟件那樣的功能，但是此上位機(jī)軟件能夠滿足我們現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的需要，能夠與協(xié)調(diào)器通信，發(fā)送出報(bào)警溫度，并在上位機(jī)報(bào)警。上位機(jī)軟件如以下圖所示圖5-1上位機(jī)軟件主頁面如上圖所示，該上位機(jī)軟件根本上能滿足一般性監(jiān)控需要，但是存在一個(gè)缺乏之處就是最多只能監(jiān)控4個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度如果多余4個(gè)節(jié)點(diǎn)只能修改軟件了，在調(diào)試過程中我們選擇4個(gè)節(jié)點(diǎn)就夠了。在軟件中串口號(hào)和波特率是可以選擇的，軟件中我們?cè)黾恿艘粋€(gè)可以選擇溫度、壓力等監(jiān)控量的選擇，在本設(shè)計(jì)中我們只用了溫度，因此默認(rèn)都為溫度，在下拉菜單中我們可以更改選擇。軟件中還有一個(gè)發(fā)送按鈕，也就是設(shè)置好要報(bào)警的溫度點(diǎn)擊發(fā)送按鈕后就可以發(fā)送到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中實(shí)時(shí)報(bào)警。左上角有個(gè)界面配置，翻開后如以下圖所示圖5-1上位機(jī)軟件配置面該配置頁面可以配置協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)，包頭、包尾、校驗(yàn)位等，還可以配置定時(shí)時(shí)間，該定時(shí)時(shí)間是說明在多長(zhǎng)時(shí)間沒有接收到數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)以一種標(biāo)志告訴用戶，該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)脫離網(wǎng)絡(luò)沒有數(shù)據(jù)，設(shè)置完成后點(diǎn)擊完成即可。第5章測(cè)試結(jié)果連接好硬件設(shè)備在終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器綁定成功后，選擇好串口名稱，設(shè)置好波特率，翻開串口后頁面顯示如下，此時(shí)我們只用了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，該頁面為為設(shè)置報(bào)警數(shù)據(jù)前的頁面，溫度值正常顯示為黑色，并且在設(shè)置的定時(shí)時(shí)間內(nèi)周期性的閃爍，閃爍的樣式是棕色與黑色交替顯示。圖5-1位置設(shè)報(bào)警數(shù)據(jù)前正常顯示頁面如果一定時(shí)間內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)，那么將會(huì)以一直以棕色的字體顯示，直到有數(shù)據(jù)再次接收到，這個(gè)時(shí)間是可以設(shè)定的，在上一章節(jié)中我們講到的定時(shí)器配置里的參數(shù)也就是控制多長(zhǎng)時(shí)間沒接收到數(shù)據(jù)開始以棕色字體顯示。圖5-1超過一定時(shí)間沒有接收到數(shù)據(jù)頁面為了測(cè)試報(bào)警，隨意設(shè)置一個(gè)低于當(dāng)前溫度的報(bào)警數(shù)據(jù)，此時(shí)上位機(jī)的顯示局部立即變成紅色，如以下圖所示，此時(shí)點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，那么數(shù)據(jù)發(fā)送到了對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)開始報(bào)警，此時(shí)我們?cè)俅伟l(fā)送一個(gè)高于當(dāng)前溫度的數(shù)據(jù)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)停止報(bào)警。圖5-1溫度超限報(bào)警頁面結(jié)論本設(shè)計(jì)應(yīng)用了無線通信領(lǐng)域最前沿的ZigBee技術(shù)和低功耗單片機(jī)CC2530有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了無線傳輸數(shù)據(jù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。該系統(tǒng)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，工作穩(wěn)定，基于ZigBee的溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：◆節(jié)約時(shí)間，增加多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以解決距離近的問題?！粜畔鬏敺€(wěn)定，在2.4GHZ的頻段下工作，不易被干擾?！?超低功耗，防止了經(jīng)常更換電池的麻煩?！?適用范圍廣，可延伸至多種領(lǐng)域?！?功能強(qiáng)，價(jià)格低，便于推廣。該設(shè)計(jì)在工業(yè)領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價(jià)值，本設(shè)計(jì)知識(shí)一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，如果要具體應(yīng)用還需要進(jìn)一步的開發(fā)，但是在本設(shè)計(jì)的根底上開發(fā)將非常的方便，zigbee技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，ZigBee為我們描繪了一個(gè)美好的未來，或許這些場(chǎng)景里我們不會(huì)太遙遠(yuǎn)了，讓我們拭目以待，這只蜜蜂將會(huì)給我們的工作和生活帶來怎樣的變化。謝辭本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)在張華鵬張老師的指導(dǎo)下完成的，張老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度要求我們，不馬虎，不以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)為目的，以讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中真正的能學(xué)到東西為目的。為了讓畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利的完成，張老師在百忙之中每周抽出一定的時(shí)間與我們交流，她對(duì)問題的獨(dú)到見解使我受益匪淺，每次與他討論問題總會(huì)有所收獲。為了減輕我們的負(fù)擔(dān)，張老師為我們購置設(shè)備，購置設(shè)計(jì)中所需的元器件和書籍，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)營(yíng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，再此我為張老師在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予的幫助表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1] 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