基于ZigBee的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文)

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)李明達(dá)04101918信息工程2010-4班題目：姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：二〇一四年六月中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓名：李明達(dá)學(xué)號(hào)：04101918學(xué)院：信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)：信息工程設(shè)計(jì)題目：基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題：指導(dǎo)老師：華鋼職稱：教授二〇一四年六月徐州中國(guó)礦業(yè)高校畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)信息2010級(jí)學(xué)生姓名李明達(dá)任務(wù)下達(dá)日期：201畢業(yè)設(shè)計(jì)日期：2013年12月畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：1.設(shè)計(jì)基于CC2530的無(wú)線溫度檢測(cè)節(jié)點(diǎn)；2.多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成一跳網(wǎng)絡(luò)；3.節(jié)點(diǎn)可睡眠；4.設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)軟件；5.簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件院長(zhǎng)簽字：指導(dǎo)老師簽字：年月日

中國(guó)礦業(yè)高校畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評(píng)閱書指導(dǎo)老師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論與基本技能的駕馭；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的實(shí)力；③探討內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果與創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作看法與工作量；⑥總體評(píng)價(jià)與建議成果；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績(jī)：指導(dǎo)老師簽字：年月日

中國(guó)礦業(yè)高校畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱老師評(píng)閱書評(píng)閱老師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論與基本技能的駕馭；③綜合運(yùn)用所學(xué)學(xué)問解決實(shí)際問題的實(shí)力；③工作量的大小；④取得的主要成果與創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)與建議成果；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：成績(jī)：評(píng)閱老師簽字：年月日

中國(guó)礦業(yè)高校畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯與綜合成果答辯情況提出問題回答問題答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)與建議成果：答辯委員會(huì)主任簽字：年月日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成果：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：年月日

摘要本文主要對(duì)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中溫度的監(jiān)測(cè)進(jìn)行探討和分析，依據(jù)國(guó)內(nèi)目前對(duì)于溫度監(jiān)測(cè)方法的探討，設(shè)計(jì)了一種基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文首先對(duì)本課題的探討意義與國(guó)內(nèi)發(fā)呈現(xiàn)狀進(jìn)行分析和探討，具體比較了幾種現(xiàn)有的溫度監(jiān)測(cè)方法，依據(jù)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)所處的困難環(huán)境須要，提出了基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨后本文對(duì)設(shè)計(jì)所采納的ZigBee無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)和ZigBee開發(fā)套件進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)所采納的Z-Stack協(xié)議棧的工作流程作具體介紹。本溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Z-Stack協(xié)議棧的基礎(chǔ)上進(jìn)行，其中包括溫度的采集、處理和傳輸，終端節(jié)點(diǎn)的休眠與喚醒，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)串口通信等。另外，本文還對(duì)上位機(jī)軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)，用于溫度數(shù)據(jù)在上位機(jī)上的顯示。最終，本文對(duì)該系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)功能效果進(jìn)行驗(yàn)證，并總結(jié)分析驗(yàn)證結(jié)果。最終，設(shè)計(jì)出一種基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該無(wú)線傳感系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的顯示。關(guān)鍵詞：ZigBee；CC2530；DS18B20；溫度監(jiān)測(cè)

AbstractThispapermainlycarriesonresearchandanalysisofthemonitoringtemperatureofcoalminemonitoringsystem,accordingtothecurrentdomesticresearchfortemperaturemonitoringmethod,designatemperaturemonitoringsystembasedonCC2530.Thispaperfirstcarriesontheanalysisandresearchofthistopicresearchsignificanceandthedomesticdevelopmentstatus,adetailedcomparisonofthetemperaturemonitoringmethodofseveralexisting,accordingtothecomplexenvironmentofcoalminemonitoringsystemwhichneeds,putsforwardthedesigntemperaturemonitoringsystembasedonCC2530.ThenthedesignoftheZigBeewirelessadhocnetworktechnologyandZigBeedevelopmentkitareintroduced,andthedesignoftheZ-Stackprotocolstackoftheworkprocessareintroducedindetail.ThetemperaturemonitoringsystemdesignbasedontheZ-Stackprotocolstack,includingtheacquisition,processingandtransmissionoftemperature,dormancyandawakeningofterminalnodes,thecoordinatornodeserialcommunicationetc..Inaddition,thispaperalsogivesasimpledesignforthesoftware,usedtodisplayintheuppercomputertemperaturedata.Finally,thispaperverifiesthetemperaturemonitoringfunctionofthesystem,andanalyzedtheresults.Finally,thedesignofatemperaturemonitoringsystembasedonCC2530.Thewirelesssensingsystemcanrealizethepoint-to-pointcommunication,sensornodesareresponsiblefortemperaturedataacquisitionandsending,receivingthecoordinatornodeisresponsiblefortemperaturedataandforwarding,PCsoftwareisresponsibleforthedisplayofthetemperaturedata.Keywords:ZigBee;CC2530;DS18B20;Temperaturemonitoring

目錄1.緒論 11.1課題的探討背景與意義 11.2國(guó)內(nèi)外探討概況 11.3論文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)支配 22.ZigBee協(xié)議簡(jiǎn)介 32.1ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 32.1.1物理層（PHY） 42.1.2媒體介質(zhì)訪問層（MAC） 42.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK） 52.1.4應(yīng)用層（APL） 52.2ZigBee基本概念 62.2.1設(shè)備類型 62.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 72.2.3信標(biāo)與非信標(biāo)模式 82.2.4ZigBee術(shù)語(yǔ) 82.2.5綁定 92.2.6ZigBee原語(yǔ) 93.基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 103.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與整體結(jié)構(gòu) 103.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 103.2.1ZigBee開發(fā)套件 103.2.2CC2530概述 123.2.3DS18B20概述 153.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 153.3.1軟件開發(fā)環(huán)境IAR簡(jiǎn)介 153.3.2Z-Stack體系架構(gòu)與工作流程 153.3.3網(wǎng)絡(luò)通信過程 193.3.4溫度測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸 213.3.5節(jié)點(diǎn)休眠 233.3.6上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 244.系統(tǒng)測(cè)試 274.1系統(tǒng)測(cè)試步驟 274.2系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 274.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析 285.總結(jié)與展望 295.1工作總結(jié) 295.2前景展望 29參考文獻(xiàn) 31翻譯部分 32中文譯文 32原文 37致謝 421.緒論1.1課題的探討背景與意義煤炭自燃產(chǎn)生的有害氣體不僅嚴(yán)峻危害井下人員的健康,而且簡(jiǎn)潔誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸事故，并造成嚴(yán)峻的資源奢侈，因此研制煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是煤礦平安生產(chǎn)的迫切須要，對(duì)于制定采空區(qū)防滅火措施,實(shí)現(xiàn)煤礦平安高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義?；贑C2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅能有效滿意煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)感知的需求，而且還因?yàn)槠渚哂械统杀尽⒌凸牡忍攸c(diǎn)，受到人們的廣泛青睞。由于簡(jiǎn)化協(xié)議，對(duì)于限制器的要求已經(jīng)很低，以8051的8位限制器測(cè)算，每塊芯片僅須要2美元，而且ZigBee協(xié)議免專利費(fèi)，免執(zhí)照頻段，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品成本。CC2530在眾多無(wú)線通訊芯片中最為突出的優(yōu)勢(shì)是低功耗，在休眠模式下，2節(jié)5號(hào)電池就可以維持1至2年。因此，探討基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是特別有意義的。1.2國(guó)內(nèi)外探討概況煤礦采空區(qū)自然發(fā)覺火源位置的探測(cè)在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的難度較大。國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了大量的探討工作。現(xiàn)有技術(shù)主要有：電磁探測(cè)法、氣體探測(cè)法和溫度探測(cè)法。它們各具特點(diǎn)，適應(yīng)不同的開采條件，也存在著各自的不足之處。氣體探測(cè)法。主要包括采空區(qū)氣體成分分析法和測(cè)氡法。束管是當(dāng)前我國(guó)煤礦火災(zāi)監(jiān)測(cè)的主要手段，它利用在采空區(qū)不同位置布置多條空氣采集管，定時(shí)抽取特定區(qū)域的氣體樣本，對(duì)該區(qū)域某點(diǎn)的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等自然火災(zāi)標(biāo)記氣體含量循環(huán)監(jiān)測(cè)，推斷煤面的氧化狀況，預(yù)料預(yù)報(bào)發(fā)火點(diǎn)的溫度變更，為煤礦自然火災(zāi)的防治工作供應(yīng)科學(xué)依據(jù)。具統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前獲得安標(biāo)的都是該類產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外，還開展了測(cè)氡法探測(cè)火源位置的探討。其基本原理是放射性元素存在衰變現(xiàn)象，在衰變過程中產(chǎn)生氡氣，而在實(shí)際的地層測(cè)量中。人們找到了溫度與氡氣濃度之間的關(guān)系，依據(jù)這種關(guān)系可以從氡氣濃度的變更反過來(lái)推算出火源的溫度。電磁法。包括磁性探測(cè)法和電阻率探測(cè)法。磁性探測(cè)法，利用煤層上覆巖中常含有大量菱鐵礦與黃鐵礦結(jié)核，發(fā)生自燃時(shí)，上覆巖受高溫烘烤，鐵質(zhì)成分發(fā)生變更而形成磁性物質(zhì)，且磁性隨自燃溫度的上升而增加的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)發(fā)火點(diǎn)的檢測(cè)。電阻率法，地下煤層沿走向或其它方向電阻率基本保持不變，自燃后引起煤層和四周巖石電阻率變更；自燃初期電阻率下降，后期表現(xiàn)較高電阻率，比較未自燃區(qū)和自燃區(qū)的變更來(lái)推斷自燃位置。溫度探測(cè)法。主要有二類系統(tǒng)，基于無(wú)線的采空區(qū)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基于分布式光纖傳感器的采空區(qū)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)是近年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的監(jiān)測(cè)煤自然發(fā)火的檢測(cè)方法。河南理工高校、西安科技高校、黑龍江科技學(xué)院、太原電子探討設(shè)計(jì)院等相繼對(duì)采空區(qū)溫度場(chǎng)無(wú)線自組網(wǎng)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了理論探討和開發(fā)。他們的探討表明，煤自燃溫度場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)法能與時(shí)預(yù)料溫度場(chǎng)的微弱變更,比CO的預(yù)報(bào)更早,對(duì)于煤炭自然發(fā)火早期預(yù)警預(yù)報(bào)有特別重要的意義，已經(jīng)被業(yè)界認(rèn)可。但是，這方面至今還沒有產(chǎn)品推出。山東省科學(xué)院，提出了利用光纖拉曼散射效應(yīng)（Ramanscattering）和光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)（OpticalTime-DomainReflectometry，簡(jiǎn)稱OTDR）來(lái)獲得空間溫度分布信息。其中光纖拉曼散射效應(yīng)（Ramanscattering）用于實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)（OpticalTimeDomainReflectometer）用于實(shí)現(xiàn)溫度定位，是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高科技技術(shù)，它能夠連續(xù)測(cè)量光纖沿線的溫度分布狀況，測(cè)量距離可達(dá)30公里，空間定位精度達(dá)到米的數(shù)量級(jí)，能夠進(jìn)行不間斷的自動(dòng)測(cè)量，特殊相宜于須要長(zhǎng)距離、大范圍多點(diǎn)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合。綜上所述，束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于對(duì)自然發(fā)火的間接測(cè)量，發(fā)火點(diǎn)定位困難，且束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管線較長(zhǎng),投入大,維護(hù)困難,且常常發(fā)生管路漏氣或堵塞現(xiàn)象。分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在采空區(qū)溫度檢測(cè)中遇到的最大問題，是監(jiān)測(cè)光纖極可能被塌落的頂板砸斷，造成不行復(fù)原故障。測(cè)氡法，該方法與好用還有很大距離，首先是地質(zhì)因素的影響，并不是全部礦都具有可供測(cè)量的氡氣存在；另一方面就是氡氣濃度與火源溫度之間的關(guān)系并不是單調(diào)增減，而是在某一基軸線上的減幅波動(dòng)，從而影響火源定位精確性。電磁法自然發(fā)覺火點(diǎn)探測(cè)技術(shù)，必需等煤炭燃燒起來(lái)才可以運(yùn)用，適用于已經(jīng)火災(zāi)已經(jīng)形成狀況下，不適用于火源點(diǎn)的預(yù)警與報(bào)警。1.3論文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)支配本論文主要探討“基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，包括節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建、對(duì)溫度監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)分析。本文共分為六章：第一章，緒論闡述了基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討的背景與意義，國(guó)內(nèi)外探討煤礦采空區(qū)自然發(fā)覺火源位置的探測(cè)的概況；其次章，簡(jiǎn)述ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、協(xié)議中各子層功能；第三章，對(duì)CC2530開發(fā)套件與CC2530芯片進(jìn)行簡(jiǎn)介，對(duì)設(shè)計(jì)采納的軟件開發(fā)環(huán)境IAR進(jìn)行簡(jiǎn)介，具體介紹Z-Stack協(xié)議棧工作流程，對(duì)溫度采集、處理、傳輸程序進(jìn)行分析和對(duì)休眠與喚醒程序進(jìn)行分析，分析上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)；第四章，簡(jiǎn)述該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)試與調(diào)試過程，分析試驗(yàn)結(jié)果；第五章，總結(jié)與展望，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)分析出自己的心得體會(huì)。

2.ZigBee協(xié)議簡(jiǎn)介2.1ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)議基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，由IEEE802.15.4和ZigBee聯(lián)盟共同制定。ZigBee協(xié)議棧由物理層（PHY）、媒體介質(zhì)訪問層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）共4層構(gòu)成，其中PHY層和MAC層由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)工作組制訂，而NWK層和APL層由ZigBee聯(lián)盟自行制訂。每一層都完成其各自特定的任務(wù)并且向上一層供應(yīng)服務(wù)，數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理服務(wù)實(shí)體則主要負(fù)責(zé)全部的其他管理服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體為其上層供應(yīng)須要的接口都是通過其相應(yīng)的服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)SAP所對(duì)應(yīng)的功能通過服務(wù)原語(yǔ)來(lái)完成，且每個(gè)SAP支持很多種不同的服務(wù)原語(yǔ)。ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1ZigBee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖2.1.1物理層（PHY）物理層定義了物理無(wú)線信道和MAC層之間的接口，供應(yīng)三種不同的通信頻段：868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2400MHz-24835MHz，以與1個(gè)、10個(gè)以與16個(gè)不同的信道。物理層供應(yīng)兩種服務(wù)：物理層數(shù)據(jù)服務(wù)（PD）和物理層管理服務(wù)（PLME）。通過無(wú)線信道的發(fā)送和接收以與物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PPDU）來(lái)實(shí)現(xiàn)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)。PLME主要通過調(diào)用物理層管理功能函數(shù)來(lái)供應(yīng)管理和服務(wù)，其中物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)（PD-SAP）給MAC層供應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，而物理層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（PLME-SAP）給MAC層供應(yīng)管理服務(wù)接口。驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槲锢韺庸?yīng)的接口是無(wú)線射頻服務(wù)接入點(diǎn)（RF-SAP），從外界接收到數(shù)據(jù)包后，從物理層中提取信息并通過PD-SAP上傳給上層協(xié)議。物理層結(jié)構(gòu)與接口示意圖如圖2.2所示。圖2.2物理層結(jié)構(gòu)與接口示意圖物理層的主要功能包括：1)ZigBee系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉；2)當(dāng)前信道的能量檢測(cè)；3)鏈路質(zhì)量信息；4)信道評(píng)估與選擇；5)傳輸和接收數(shù)據(jù)。2.1.2媒體介質(zhì)訪問層（MAC）MAC層限制無(wú)線信道訪問時(shí)運(yùn)用CSMA-CA沖突避開機(jī)制，是全部無(wú)線信道的維護(hù)接口，供應(yīng)兩個(gè)相鄰設(shè)備之間牢靠的鏈路。MAC層由MAC層管理實(shí)體（MLME）供應(yīng)MAC層管理服務(wù)和MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（MCPS）供應(yīng)MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)兩部分構(gòu)成。MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)是指MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（MPDU）通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收，而MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)（MCPS-SAP）給網(wǎng)絡(luò)層供應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)接口。MAC層管理實(shí)體以供應(yīng)可調(diào)用MAC層管理功能接口為目的，MAC層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（MLME-SAP）為網(wǎng)絡(luò)層供應(yīng)管理服務(wù)接口。MAC層的結(jié)構(gòu)接口示意圖如圖2.3所示。圖2.3MAC層結(jié)構(gòu)和接口圖MAC層主要功能包括：1）信標(biāo)的產(chǎn)生與同步；2）信道接入；3）保證系統(tǒng)的平安性；4）管理時(shí)隙(GTS)機(jī)制；5）供應(yīng)牢靠的通信鏈路。2.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK）網(wǎng)絡(luò)層是ZigBee協(xié)議棧的核心部分。網(wǎng)絡(luò)層由網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（NLDE）和網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（NLME）兩部分共同組成，不僅為MAC層供應(yīng)函數(shù)而且為應(yīng)用層供應(yīng)服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）為設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸供應(yīng)必要的服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（NLDE-SAP）為應(yīng)用層供應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的管理服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體接入點(diǎn)（NLME-SAP）實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和接口圖如圖2.4所示。網(wǎng)絡(luò)層主要功能包括：1)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)覺、形成和維護(hù)；2)路由器初始化；3)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址安排；4)允許設(shè)備干脆或間接同網(wǎng)絡(luò)連接；5)斷開網(wǎng)絡(luò)連接；6)復(fù)位配置；7)信息庫(kù)管理。圖2.4網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和接口圖2.1.4應(yīng)用層（APL）ZigBee應(yīng)用層框架由應(yīng)用支持子層（APS）、應(yīng)用程序框架（AF）、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）和用戶定義的應(yīng)用對(duì)象4個(gè)部分組成。ZigBee應(yīng)用層除了供應(yīng)必要的函數(shù)以與服務(wù)接口外，另一個(gè)重要的功能是讓用戶在應(yīng)用層里編輯自己的應(yīng)用對(duì)象。應(yīng)用支持層（APS）具有管理綁定表、在綁定設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的功能。它由主要負(fù)責(zé)為設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸供應(yīng)相應(yīng)服務(wù)的應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（APSDE）和主要負(fù)責(zé)依據(jù)吩咐供應(yīng)相應(yīng)管理和服務(wù)的應(yīng)用支持子層管理實(shí)體（APSME）共同組成。在應(yīng)用層中，應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)接入點(diǎn)（APSDE-SAP）和應(yīng)用支持子層管理服務(wù)接入點(diǎn)（APSME-SAP）分別為上層的應(yīng)用實(shí)體供應(yīng)數(shù)據(jù)和管理服務(wù)。應(yīng)用支持子層結(jié)構(gòu)與接口圖如圖2.5所示。應(yīng)用程序框架（AF）其本質(zhì)就是各個(gè)制造商所自定義的應(yīng)用對(duì)象，并供應(yīng)鍵值對(duì)(KVP)服務(wù)和報(bào)文(MSG)服務(wù)以滿意應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸，用戶自定義應(yīng)用對(duì)象必需遵循在端點(diǎn)1-240上運(yùn)行的規(guī)范（profile）原則。設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（例如是ZigBee協(xié)調(diào)器或是ZigBee終端設(shè)備或是ZigBee路由器）是由ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）定義的，同時(shí)ZigBee設(shè)備對(duì)象還負(fù)責(zé)對(duì)綁定懇求的響應(yīng)和初始化，在設(shè)備間建立牢靠的聯(lián)系。圖2.5應(yīng)用支持子層結(jié)構(gòu)與接口圖2.2ZigBee基本概念ZigBee協(xié)議棧主要包含6個(gè)基本概念：設(shè)備類型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信標(biāo)與非信標(biāo)模式、ZigBee術(shù)語(yǔ)、綁定、ZigBee原語(yǔ)。2.2.1設(shè)備類型ZigBee系統(tǒng)中的設(shè)備可能包含協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器（Router）和終端節(jié)點(diǎn)（EndDevice）3種邏輯類型中的兩種或三種，一個(gè)完整的ZigBee網(wǎng)絡(luò)由至少一個(gè)協(xié)調(diào)器、一個(gè)或多個(gè)路由器和一個(gè)或多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。①協(xié)調(diào)器ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问娇梢远喾N多樣，但是每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)選擇網(wǎng)絡(luò)的信道、啟動(dòng)并建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器也可以幫助網(wǎng)絡(luò)中平安服務(wù)和應(yīng)用層的綁定服務(wù)的建立。但是協(xié)調(diào)器的角色只涉與網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配置，之后整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行就不再依靠于協(xié)調(diào)器是否存在。②路由器在樹形和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，須要有路由器節(jié)點(diǎn)的加入，它是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延長(zhǎng)的必要部分。路由器節(jié)點(diǎn)的功能是允許其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，幫助各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。③終端設(shè)備終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)信息的接收和發(fā)送，不須要維持特定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以依據(jù)須要進(jìn)入休眠或喚醒狀態(tài)以降低功耗。終端設(shè)備一般由電池供電，對(duì)存儲(chǔ)空間要求比較小。2.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee支持3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)、樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。如圖2.6所示。其中，全功能設(shè)備（FFD，Router）可以支持任何一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和一般協(xié)商者運(yùn)用，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行相互通信。精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）只支持星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不能成為任何一種協(xié)商者運(yùn)用，但是可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者相互通信。圖2.6ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)①星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是最簡(jiǎn)潔的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)終端設(shè)備組成，只存在協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備的通信，而沒有路由節(jié)點(diǎn)的參加，終端設(shè)備之間的相互通訊必需通過協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。②樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以理解為由一個(gè)協(xié)調(diào)器和一個(gè)或多個(gè)星型結(jié)構(gòu)連接而成，干脆通信只能在父子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，而非父子節(jié)點(diǎn)之間的通信只能通過樹狀路由器間接完成。③網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)具有敏捷、削減消息延時(shí)和牢靠的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中全部具有路由功能的節(jié)點(diǎn)干脆互聯(lián)，隨意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間可相互傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)路徑通過路由器中的路由表依據(jù)算法選擇。2.2.3信標(biāo)與非信標(biāo)模式ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以分為信標(biāo)（Beacon）和非信標(biāo)(Non-beacon)兩種工作模式。為最大限度的節(jié)約能源消耗，信標(biāo)模式可以使全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同步工作和同步休眠；而在非信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器和路由器必需長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，只允許終端設(shè)備周期性進(jìn)入休眠模式。在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器向網(wǎng)絡(luò)廣播16個(gè)相同時(shí)間槽間隔的信標(biāo)幀一般以15ms-4min之間的時(shí)間為間隔。時(shí)間槽被分為網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)和網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)兩個(gè)部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)內(nèi)發(fā)送。在非信標(biāo)模式下，采納終端節(jié)點(diǎn)向父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)，父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)的機(jī)制，使終端設(shè)備可以周期性進(jìn)入休眠模式以達(dá)到低功耗。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，子節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間通常都處于休眠工作狀態(tài)，但須要周期性醒來(lái)確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并可在15ms的延時(shí)后轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，提取數(shù)據(jù)。2.2.4ZigBee術(shù)語(yǔ)圖2.7ZigBee術(shù)語(yǔ)結(jié)構(gòu)圖①屬性反映物理數(shù)量或狀態(tài)的數(shù)據(jù)值稱為屬性，如開關(guān)值（On/Off）,溫度值、百分比等。②群集群集就是屬性的集合，每一個(gè)群集都被系統(tǒng)安排一個(gè)獨(dú)有的的群集ID且每個(gè)群集至多可以有65536個(gè)屬性。③設(shè)備描述設(shè)備描述包含一個(gè)或多個(gè)集群，指定集群是輸入或輸出，描述符有4種，分別是簡(jiǎn)潔描述符、節(jié)點(diǎn)描述符、電源描述符、端點(diǎn)描述符。④端點(diǎn)端點(diǎn)是協(xié)議棧應(yīng)用層的入口，是為實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備描述而定義的一組群集。用戶可以在每個(gè)設(shè)備上自定義240個(gè)應(yīng)用對(duì)象（也就是端點(diǎn)1-240）。每個(gè)ZigBee設(shè)備必需運(yùn)用端點(diǎn)0用于與ZDO接口，而被保留用于廣播的端點(diǎn)是255，端點(diǎn)241-254則被保留下來(lái)為了將來(lái)做擴(kuò)展時(shí)運(yùn)用。⑤節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)信道運(yùn)用，包含一組ZigBee設(shè)備，也可以理解為是一個(gè)特地的ZigBee設(shè)備的容器。2.2.5綁定通過運(yùn)用ClusterI使不同的節(jié)點(diǎn)上的獨(dú)立端點(diǎn)之間能夠建立一個(gè)邏輯上的連接的特殊操作被稱為綁定。綁定操作的實(shí)現(xiàn)是協(xié)調(diào)器在接收到兩個(gè)端點(diǎn)的綁定懇求之后，通過建立綁定表使端點(diǎn)間建立一種邏輯鏈路。在兩個(gè)端點(diǎn)建立綁定表后，端點(diǎn)間的通信是由一個(gè)端點(diǎn)將信息傳遞給協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器通過查找已有綁定表將收到的信息發(fā)送給所綁定的另一個(gè)端點(diǎn)，這樣實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)間的間接通信。2.2.6ZigBee原語(yǔ)ZigBee協(xié)議棧各層之間是通過各自所關(guān)聯(lián)的服務(wù)訪問點(diǎn)來(lái)供應(yīng)服務(wù)的，各層依據(jù)各自的功能獨(dú)立運(yùn)行，但ZigBee協(xié)議棧又是一個(gè)有機(jī)的整體，各層之間須要共同協(xié)作以便完成任務(wù)。因此，層與層之間的信息交互通過服務(wù)“原語(yǔ)”的操作實(shí)現(xiàn)，“原語(yǔ)”分為4種類型，分別是懇求（Request）、指示（Indication）、響應(yīng)（Response）和證明（conform）。原語(yǔ)的操作概念如圖2.7所示。①懇求（Request）：懇求原語(yǔ)從N+1實(shí)體發(fā)送到N實(shí)體，懇求發(fā)起一個(gè)服務(wù)，如懇求建立連接、數(shù)據(jù)傳送等。②指示（Indication）：指示原語(yǔ)從N實(shí)體發(fā)送到到N+1實(shí)體，指示一個(gè)對(duì)N+1實(shí)體有外部N層事務(wù)發(fā)生，這個(gè)事務(wù)可能由內(nèi)部事務(wù)產(chǎn)生或與遠(yuǎn)程服務(wù)懇求有關(guān)。③響應(yīng)（Response）：響應(yīng)原語(yǔ)由N+1實(shí)體向N實(shí)體傳遞，用來(lái)響應(yīng)上一個(gè)指示原語(yǔ)。④證明（conform）：確認(rèn)原語(yǔ)由N實(shí)體向N+1實(shí)體傳遞，對(duì)前面一個(gè)或多個(gè)服務(wù)懇求相關(guān)的執(zhí)行結(jié)果予以確認(rèn)。圖2.7原語(yǔ)操作概念圖

3.基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與整體結(jié)構(gòu)本文的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，采納CC2530芯片為核心設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)中所應(yīng)用的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常須要一個(gè)或多個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)或多個(gè)終端設(shè)備，往往是一個(gè)特別浩大的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有特別困難的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但是由于在試驗(yàn)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)數(shù)量、制作成本、技術(shù)實(shí)力等多方面因素，無(wú)法構(gòu)成像現(xiàn)實(shí)中的大型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，目前只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中的溫度監(jiān)測(cè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。本文中所設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采納點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的模式，可以理解為簡(jiǎn)化的星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。協(xié)調(diào)器具有無(wú)線收發(fā)通信部分、處理器部分、與PC機(jī)通信的串口部分和電源供電部分。終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器相比不具有串口通信部分而是增加了溫度采集傳感器部分。當(dāng)須要溫度采集時(shí)，協(xié)調(diào)器向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送限制吩咐，終端節(jié)點(diǎn)通過溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度的采集，之后終端節(jié)點(diǎn)將采集的溫度數(shù)據(jù)通過無(wú)線發(fā)送給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過串口將溫度數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，通過上位機(jī)軟件對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、分析、存儲(chǔ)等處理。由于ZigBee的特點(diǎn)是低功耗，因此本設(shè)計(jì)中為使節(jié)點(diǎn)滿意低功耗要求，終端節(jié)點(diǎn)還能進(jìn)入休眠模式，采納定時(shí)器喚醒模式每10秒喚醒一次，以最大限度的降低功耗。系統(tǒng)總體方案圖，如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)總體方案圖3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.2.1ZigBee開發(fā)套件本設(shè)計(jì)所用ZigBee開發(fā)套件由節(jié)點(diǎn)（底板和核心板）2套、仿真器1個(gè)、10pin排線1條、USB線2條、2db天線2條和DS18B20溫度傳感器1個(gè)構(gòu)成。此開發(fā)套件具有以下特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)小巧，布局合理。底板尺寸5*5cm，核心板尺寸2.5*2.5cm；②采納底板加核心板的設(shè)計(jì)，便于更換模塊或板載天線模塊；③板上接口資源豐富，傳感器即插即用；④板載USB轉(zhuǎn)串口電路，便利筆記本以與沒有串口的電腦用戶；⑤傳輸距離遠(yuǎn)；⑥具備USB高速下載功能，支持IAR集成開發(fā)環(huán)境；ZigBee開發(fā)套件節(jié)點(diǎn)底板實(shí)物圖，如圖3.2所示。圖3.2節(jié)點(diǎn)底板實(shí)物圖ZigBee開發(fā)套件底板電路示意圖，如圖3.3所示。圖3.3節(jié)點(diǎn)底板電路示意圖在本溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由底板和核心板所組成的兩套節(jié)點(diǎn)分別作為協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)。①協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要由CC2530芯片、射頻天線電路、供電模塊、晶振電路以與串口通訊電路五部分組成。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的功能是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，再接收終端節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的的數(shù)據(jù)信息，并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)顯示。協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)如圖3.4所示。圖3.4協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)②終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)主要由CC2530芯片、射頻天線電路、供電模塊、晶振電路以與溫度傳感器DS18B20五部分組成。終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集，并且將溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)周期性的發(fā)送給協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)除了節(jié)點(diǎn)外還有仿真器，仿真器供應(yīng)連接PC的USB接口，通過Download程序至協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)單步調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試、觀測(cè)調(diào)試、數(shù)據(jù)流調(diào)試和視察寄存器。ZigBee開發(fā)套件仿真器實(shí)物圖，如圖3.6所示。圖3.6仿真器實(shí)物圖3.2.2CC2530概述CC2530芯片是由TI公司設(shè)計(jì)開發(fā)的一款支持IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)/ZigBee/ZigBeeRF4CE的新一代SOC芯片，是真正的片上系統(tǒng)解決方案。CC2530是志向的ZigBee專業(yè)應(yīng)用，因?yàn)槠鋼碛卸噙_(dá)256KB的快閃記憶體。CC2530擁有一個(gè)高性能無(wú)線收發(fā)器、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)增加型8051微處理器、8KB的RAM、32/64/128/256KB閃存、4種供電模式以與包括12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、2個(gè)通用串口模塊和21個(gè)通用GPIO等的強(qiáng)大外設(shè)支持。此外，CC2530還通過TI的標(biāo)準(zhǔn)兼容網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧Z-Stack來(lái)簡(jiǎn)化開發(fā)。①特性描述CC2530具有強(qiáng)大的無(wú)線前端：采納2.4GHzIEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)RF放射器，可編程輸出功率為+4.5dbm，總體無(wú)線連接102dbm，6*6mm的QFN40封裝。CC2530還具有低功耗的特點(diǎn)：接收模式24mA，發(fā)送模式29mA，4微秒喚醒0.2mA，睡眠計(jì)時(shí)器運(yùn)行1mA，外部中斷0.4mA，電源電壓范圍2-3.6V。CC2530的微限制器包括：高性能的8051MCU內(nèi)核，32/64/128/256KB閃存，8KB內(nèi)存。CC2530還具有強(qiáng)大的外設(shè)集：五通道DMA，21個(gè)通用I/O引腳，3個(gè)通用定時(shí)器，32kHz睡眠計(jì)時(shí)器和定時(shí)捕獲，CSMA/CA硬件支持，8通道12為ADC，AES加密平安協(xié)處理器，WatchDog定時(shí)器，兩個(gè)USART等。②應(yīng)用范圍CC2530廣泛應(yīng)用于RF4CE搖桿限制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、工業(yè)限制和監(jiān)控、電子消費(fèi)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。③引腳描述CC2530采納40引腳的QFN封裝，其引腳如圖3.7所示：圖3.7CC2530引腳頂視圖

引腳描述CC2530外圍主電路圖如圖3.8所示。圖3.8CC2530外圍主電路3.2.3DS18B20概述DS18B20是最常用的溫度傳感器之一，具備體積小、成本低、抗干擾實(shí)力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。DS18B20由4個(gè)主要部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、配置寄存器和非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL。DS18B20有效工作電壓3-5.5V之間，測(cè)溫范圍在-55℃-+125℃（測(cè)溫誤差1℃）之間，單線接口方式，無(wú)需任何外圍元件。DS18B20運(yùn)用范圍廣泛，包括：測(cè)溫限制領(lǐng)域、狹小的工業(yè)設(shè)備測(cè)溫柔限制等。3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)所運(yùn)用的軟件開發(fā)平臺(tái)是CC2530適用的IAR-EB8051-V8.1，采納ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0協(xié)議棧。3.3.1軟件開發(fā)環(huán)境IAR簡(jiǎn)介IAR的C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是目前世界上最簡(jiǎn)潔利用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。IAR由嵌入式C/C++優(yōu)化編譯器和調(diào)試器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，狀態(tài)機(jī)建模工具，硬件仿真器組成，是一套完整的集成開發(fā)工具集合，包含嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段。IAR支持30多種ARM微處理器結(jié)構(gòu)，供應(yīng)統(tǒng)一的用戶界面，運(yùn)用戶在開發(fā)和調(diào)試的過程中僅僅運(yùn)用統(tǒng)一的開發(fā)界面就能夠滿意多種工作須要。IAR集成編譯器主要產(chǎn)品特征：高效PROMable代碼、完全標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言兼容、內(nèi)建對(duì)應(yīng)芯片的程序速度和大小優(yōu)化器、目標(biāo)特性擴(kuò)充、版本限制和擴(kuò)展工具支持良好、便捷的中斷處理和模擬、瓶頸性能分析、高效浮點(diǎn)支持、內(nèi)存模式選擇和工程中相對(duì)路徑支持。利用IAR編譯器能夠大量節(jié)約硬件資源，極大限度地降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。3.3.2Z-Stack體系架構(gòu)與工作流程Z-Stack協(xié)議棧是由TI公司在2007年4月推出的Zigbee無(wú)線通訊協(xié)議，是一種半開源式的協(xié)議棧，很多關(guān)鍵代碼都是以庫(kù)文件的形式給出的，歷經(jīng)多年發(fā)展，功能不斷完善。Z-Stack協(xié)議棧體系架構(gòu)示意圖如圖3.9所示。圖3.9Z-Stack協(xié)議棧體系架構(gòu)示意圖①Z-Stack軟件架構(gòu)Z-Stack協(xié)議棧首先從main()函數(shù)起先執(zhí)行，main()位于ZMain.c文件中。main()函數(shù)中全部?jī)?nèi)容包含有：關(guān)閉全部中斷，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，檢查芯片電壓是否正常，初始化I/O、LED、Timer等，初始化芯片各硬件模塊，初始化Flash存儲(chǔ)器，初始化MAC層，確定IEEE地址，初始化非易失變量，調(diào)用AF初始化程序，初始化操作系統(tǒng)，使能全部中斷，初始化按鍵，顯示設(shè)備信息，執(zhí)行操作系統(tǒng)。但是main()函數(shù)最主要做兩件事：一是系統(tǒng)初始化，二是起先執(zhí)行操作系統(tǒng)，如圖3.10所示。圖3.10main()函數(shù)主要流程ZMain.c文件中main()函數(shù)主要內(nèi)容：intmain(void){……osal_init_system();//初始化操作系統(tǒng)……osal_start_system();//執(zhí)行操作系統(tǒng)}//main()②Z-Stack操作系統(tǒng)初始化在main()函數(shù)中的重點(diǎn)之一就是osal_init_system()系統(tǒng)初始化函數(shù)。該函數(shù)在初始化任務(wù)系統(tǒng)中創(chuàng)建任務(wù)表中定義任務(wù)(osal_task.h)。osal_init_system()函數(shù)中包含須要初始化的內(nèi)容有：內(nèi)存安排系統(tǒng)初始化、消息隊(duì)列初始化、定時(shí)器初始化、電源管理初始化、系統(tǒng)任務(wù)初始化，其中重點(diǎn)是初始化系統(tǒng)任務(wù)。在OSAL.c文件中osal_init_system()函數(shù)主要內(nèi)容：uint8osal_init_system(void){……osalInitTasks();//初始化系統(tǒng)任務(wù)……}在osal_init_system()函數(shù)中重點(diǎn)是osalInitTasks()任務(wù)初始化函數(shù)，函數(shù)中每個(gè)任務(wù)都是調(diào)用初始化函數(shù)對(duì)協(xié)議棧每一層進(jìn)行初始化。osalInitTasks()函數(shù)中主要進(jìn)行了內(nèi)存的安排、設(shè)置內(nèi)存空間單元、依據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)由高向低（高優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)taskID值?。┻M(jìn)行任務(wù)初始化3件事，而對(duì)用戶應(yīng)用的初始化是關(guān)鍵。在OSAL_SampleApp.c文件中osalInitTasks()函數(shù)主要內(nèi)容：voidosalInitTasks(void){……SampleApp_Init(taskID);//用戶應(yīng)用任務(wù)初始化}③執(zhí)行操作系統(tǒng)在main()函數(shù)中的另一重點(diǎn)就是osal_start_system()執(zhí)行操作系統(tǒng)函數(shù)。Z-Stack協(xié)議棧中的操作系統(tǒng)是基于優(yōu)先級(jí)的輪詢式操作系統(tǒng)。此函數(shù)將全部的任務(wù)事務(wù)和調(diào)用task_event_processor()事務(wù)的任務(wù)功能，假如沒有事務(wù)（任務(wù)），這一功能使處理器進(jìn)入睡眠狀態(tài)。此函數(shù)沒有返回值。函數(shù)中包括：掃描事務(wù)設(shè)置標(biāo)記位，輪詢定時(shí)器和串口，打算任務(wù)，在臨界區(qū)中提取、處理、清除、保存事務(wù)，使系統(tǒng)休眠。在OSAL_SampleApp.c文件中osal_start_system()函數(shù)主要內(nèi)容：voidosal_start_system(void){……events=tasksEvents[idx];//提取須要處理的任務(wù)中的事務(wù)……events=(tasksArr[idx])(idx,events);//通過指針調(diào)用任務(wù)處理函數(shù)……osal_pwrmgr_powerconserve();//使進(jìn)程/系統(tǒng)休眠}程序中重點(diǎn)是events=tasksEvents[idx];進(jìn)入tasksEvents[idx]數(shù)組，是osalInitTasks()函數(shù)里初始化的tasksEvents。taskID把任務(wù)聯(lián)系起來(lái)一一對(duì)應(yīng)，數(shù)組中事務(wù)的依次必需與任務(wù)初始化函數(shù)中的依次相同，以達(dá)到初始化和調(diào)用的目的。④用戶應(yīng)用系統(tǒng)初始化函數(shù)SampleApp_Init()對(duì)于通用應(yīng)用程序系統(tǒng)初始化函數(shù)，就是初始化過程中應(yīng)當(dāng)包含任何特定于應(yīng)用程序的初始化（即硬件初始化設(shè)置，表的初始化等）。在osalInitTasks()任務(wù)初始化函數(shù)中，包含用戶應(yīng)用系統(tǒng)初始化函數(shù)SampleApp_Init()，由此進(jìn)入由用戶創(chuàng)建的任務(wù)。在SampleApp_Init()函數(shù)中主要包含6個(gè)部分工作：安排任務(wù)ID，串口初始化，注冊(cè)串口任務(wù)，溫度傳感器引腳初始化，設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)的方式和目的的地址尋址模式，定義端點(diǎn)描述符。在SampleApp.c文件中，SampleApp_Init()函數(shù)主要內(nèi)容如下：voidSampleApp_Init(uint8task_id){SampleApp_TaskID=task_id;//osal安排的任務(wù)ID隨著用戶添加任務(wù)的增多而變更……MT_UartInit();//串口初始化MT_UartRegisterTaskID(task_id);//注冊(cè)串口任務(wù)P0SEL&=0x7f;//DS18B20的I/O口初始化p0.7……//發(fā)送模式：點(diǎn)播發(fā)送SampleApp_P2P_DstAddr.addrMode=(afAddrMode_t)Addr16Bit;//點(diǎn)播SampleApp_P2P_DstAddr.endPoint=SAMPLEAPP_ENDPOINT;//指定端點(diǎn)號(hào)SampleApp_P2P_DstAddr.addr.shortAddr=0x0000;//發(fā)給協(xié)調(diào)器//定義本設(shè)備用來(lái)通信的APS層端點(diǎn)描述符SampleApp_epDesc.endPoint=SAMPLEAPP_ENDPOINT;SampleApp_epDesc.task_id=&SampleApp_TaskID;//SampleApp描述符的任務(wù)IDSampleApp_epDesc.simpleDesc//SampleApp簡(jiǎn)潔描述符=(SimpleDescriptionFormat_t*)&SampleApp_SimpleDesc;SampleApp_epDesc.latencyReq=noLatencyReqs;//延時(shí)策略……}⑤用戶應(yīng)用任務(wù)的事務(wù)處理函數(shù)SampleApp_ProcessEvent()通用應(yīng)用程序任務(wù)事務(wù)處理器。這個(gè)函數(shù)被調(diào)用來(lái)處理任務(wù)的全部事務(wù)活動(dòng)，包括定時(shí)器信息和其他用戶定義的事務(wù)。SampleApp_ProcessEvent()函數(shù)主要負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)消息并對(duì)消息進(jìn)行處理，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)完成對(duì)協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備的設(shè)置，周期性發(fā)送消息，返回未處理事務(wù)，處理周期性事務(wù)。在SampleApp.c文件中，SampleApp_ProcessEvent()函數(shù)主要內(nèi)容如下：uint16SampleApp_ProcessEvent(uint8task_id,uint16events){……caseZDO_STATE_CHANGE://只要網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變更，就通過ZDO_STATE_CHANGE事務(wù)通知全部任務(wù)。同時(shí)完成對(duì)協(xié)調(diào)器、終端的設(shè)置SampleApp_NwkState=(devStates_t)(MSGpkt->hdr.status);if((SampleApp_NwkState==DEV_END_DEVICE)){//啟動(dòng)初始化后起先有規(guī)律的發(fā)送周期信息osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT);}……if(events&SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT){//處理周期性事務(wù)，每10s喚醒1次SampleApp_Send_P2P_Message();osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,10000);……}3.3.3網(wǎng)絡(luò)通信過程開發(fā)板A作為協(xié)調(diào)器，上電啟動(dòng)后自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)并周期性向終端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包；開發(fā)板B作為終端設(shè)備，上電啟動(dòng)后加入網(wǎng)絡(luò)，并且也周期性向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)包。①啟動(dòng)過程分析無(wú)論是協(xié)調(diào)器還是終端設(shè)備，啟動(dòng)過程和網(wǎng)絡(luò)初始化的步驟都是一樣的，只是配置文件在編譯時(shí)會(huì)依據(jù)設(shè)備的不同類型而有所區(qū)分。啟動(dòng)過程如下：A.操作系統(tǒng)初始化；B.系統(tǒng)任務(wù)初始化；C.設(shè)備對(duì)象初始化和用戶應(yīng)用任務(wù)初始化；D.ZDApp_init()設(shè)備對(duì)象初始化函數(shù)主要內(nèi)容包括：保存任務(wù)ID，安排地址，初始化ZDO，為設(shè)備注冊(cè)端點(diǎn)描述符；E.ZDOInitDevice()函數(shù)在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)中，會(huì)完成初始化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，初始化RAM項(xiàng)目表，初始化限制邏輯，確定設(shè)備類型，初始化設(shè)備平安屬性，形成網(wǎng)絡(luò)這些工作；F.ZDApp_NetworkInit()函數(shù)用于啟動(dòng)連接網(wǎng)絡(luò)；G.ZDApp_event_loop()函數(shù)是主函數(shù)循環(huán)的ZigBee設(shè)備對(duì)象的任務(wù)，功能是網(wǎng)絡(luò)初始化事務(wù)處理；②協(xié)調(diào)器建網(wǎng)在設(shè)備初始化結(jié)束后，由協(xié)調(diào)器建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。假如協(xié)調(diào)器新建網(wǎng)絡(luò)勝利，允許協(xié)調(diào)器設(shè)定為綁定。此時(shí)協(xié)調(diào)器檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)，假如有，協(xié)調(diào)器建立綁定表，建立綁定，同時(shí)發(fā)出懇求，節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后，協(xié)調(diào)器起先接收數(shù)據(jù)，最終通過串口發(fā)送給上位機(jī)。協(xié)調(diào)器程序流程圖如圖3.11所示。圖3.11協(xié)調(diào)器流程圖③終端設(shè)備入網(wǎng)設(shè)備初始化后，終端節(jié)點(diǎn)會(huì)依據(jù)ZigBee協(xié)議棧搜尋旁邊的網(wǎng)絡(luò)，并懇求加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)懇求得到協(xié)調(diào)器確認(rèn)后，終端設(shè)備會(huì)將自己的地址發(fā)給協(xié)調(diào)器，并自動(dòng)與協(xié)調(diào)器建立綁定。在接受到數(shù)據(jù)傳送懇求之后，終端設(shè)備就會(huì)將所測(cè)量的溫度值周期性的傳送給協(xié)調(diào)器。終端設(shè)備流程圖如圖3.12所示。圖3.12終端設(shè)備流程圖3.3.4溫度測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸①DS18B20驅(qū)動(dòng)程序DS18B20驅(qū)動(dòng)程序包括兩個(gè)文件ds18b20.c和ds18b20.h。在文件ds18b20.c中主要有以下幾部分工作：A.設(shè)置溫度傳感器引腳：#defineDs18b20IOP0_7；B.設(shè)置時(shí)鐘頻率：voidDs18b20Delay(unsignedintk){while(k--){asm("NOP");……（省略31次asm("NOP");）}}C.設(shè)置輸入端口：P0DIR&=0x7f；D.設(shè)置輸出端口：P0DIR&=0x7f；E.初始化DS18B20；F.溫度讀取函數(shù)：//溫度讀取函數(shù)帶1位小數(shù)位unsignedintfloatReadDs18B20(void){unsignedcharV1,V2;//定義凹凸8位緩沖unsignedinttemp;//定義溫度緩沖寄存器floatfValue;Ds18b20Initial();Ds18b20Write(0xcc);//跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作Ds18b20Write(0x44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換Ds18b20Initial();Ds18b20Write(0xcc);//跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作Ds18b20Write(0xbe);//讀取溫度寄存器等（共可讀9個(gè)寄存器）前兩個(gè)就是溫度V1=Ds18b20Read();//低位V2=Ds18b20Read();//高位temp=V2*0xFF+V1;fValue=temp*0.625;return(unsignedint)fValue;}②初始化串口和溫度傳感器引腳在文件SampleApp.c中的SampleApp_Init()處寫入語(yǔ)句：VoidSampleApp_Init(uint8task_id){……MT_UartInit();//串口初始化；MT_UartRegisterTaskID(task_id);//注冊(cè)串口任務(wù)；POSEL&=0x7f;//DS18B20的I/O口初始化p0.7……}③讀取溫度數(shù)據(jù)在文件SampleApp.c中有SampleApp_Send_P2P_Message()函數(shù)負(fù)責(zé)溫度的讀取和傳輸：voidSampleApp_Send_P2P_Message(void){charstr[4];unsignedinttemp;temp=floatReadDs18B20();//讀取溫度數(shù)據(jù)str[0]=temp%1000/100+48;str[1]=temp%100/10+48;str[2]='.';str[3]=temp%10+48;if(AF_DataRequest(&SampleApp_P2P_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,4,str,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS)==afStatus_SUCCESS)}④接收數(shù)據(jù)在文件SampleApp.c中有SampleApp_MessageMSGCB()函數(shù)負(fù)責(zé)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的接收，并且發(fā)送給上位機(jī)顯示：voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t*pkt){uint16flashTime;switch(pkt->clusterId){caseSAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID:HalUARTWrite(0,"$",1);HalUARTWrite(0,pkt->cmd.Data,pkt->cmd.DataLength);//輸出接收到的數(shù)據(jù)HalUARTWrite(0,"#",1);break;……}}3.3.5節(jié)點(diǎn)休眠由于在實(shí)際應(yīng)用中終端節(jié)點(diǎn)是由電池供電，所以為保證低功耗，必需設(shè)計(jì)程序使節(jié)點(diǎn)能夠休眠，本設(shè)計(jì)中采納定時(shí)器中斷方式，一次休眠時(shí)間10秒。在OSAL中是運(yùn)用睡眠定時(shí)器來(lái)限制睡眠時(shí)間的，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候要將電源限制結(jié)構(gòu)體中的pwrmgr_device設(shè)備屬性設(shè)置為PWRMGR_BATTERY（電源管理設(shè)備屬性有有PWRMGR_ALWAYS_ON和PWRMGR_BATTERY兩種，選擇PWRMGR_ALWAYS_ON的話將不會(huì)進(jìn)入睡眠模式，選擇PWRMGR_BATTERY將允許HAL管理CPU進(jìn)入SLEEPLITE或者SLEEPDEEP狀態(tài)）。初始化電源管理函數(shù)在OSAL.C里面的osal_init_system()調(diào)用，將電源管理模式調(diào)成可以進(jìn)入睡眠模式：voidosal_pwrmgr_init(void){pwrmgr_attribute.pwrmgr_device=PWRMGR_BATTERY;//設(shè)置睡眠模式pwrmgr_attribute.pwrmgr_task_state=0;

//清零}osal_pwrmgr_powerconserve()這個(gè)函數(shù)在OSAL循環(huán)中假如沒有任何事務(wù)須要執(zhí)行的話將被調(diào)用，將設(shè)備進(jìn)入睡眠模式，不行以在其他地方調(diào)用該函數(shù)。須要打開POWER_SAVING的宏定義：voidosal_pwrmgr_powerconserve(void){

uint16

next;

halIntState_t

intState

if(pwrmgr_attribute.pwrmgr_device!=PWRMGR_ALWAYS_ON)

//首先檢查是否支持低功

{

if(pwrmgr_attribute.pwrmgr_task_state==0)

//是否全部任務(wù)支持低功耗

{

HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);//關(guān)中斷

next=osal_next_timeout();//查詢軟件定時(shí)器鏈表得到最近一次溢出時(shí)間

HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);

//開中斷

OSAL_SET_CPU_INTO_SLEEP(next);

//將系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式

}

}}在檢查完全部的任務(wù)事務(wù)之后發(fā)覺沒有事務(wù)須要處理，這樣在POWER_SAVING宏定義打開的狀況下將在OSAL的主循環(huán)中voidosal_start_system()調(diào)用osal_pwrmgr_powerconserve()這個(gè)函數(shù)，在這函數(shù)中將會(huì)依據(jù)選擇系統(tǒng)進(jìn)入休眠：voidosal_start_system(void){……#ifdefined(POWER_SAVING)else{osal_pwrmgr_powerconserve();//設(shè)置系統(tǒng)睡眠}#endif}在休眠定時(shí)器中斷時(shí)候?qū)?huì)退出休眠。假如是IO中斷或者休眠定時(shí)器中斷退出之后將回到進(jìn)入休眠的地方接著向下執(zhí)行，復(fù)位退出的話進(jìn)入程序的初部分執(zhí)行：uint16SampleApp_ProcessEvent(uint8task_id,uint16events){……if(events&SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT)……osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,10000);//定時(shí)10s喚醒終端，并向串口寫吩咐，然后進(jìn)入休眠……}3.3.6上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)本上位機(jī)軟件采納MicrosoftVisualBasic6.0開發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。VB6.0簡(jiǎn)潔易學(xué)，功能強(qiáng)大，可以支撐上位機(jī)軟件的開發(fā)和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，采集到的數(shù)據(jù)通過串口讀入，同時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)施的顯示在文本框中。上位機(jī)軟件工作流程圖如圖3.13所示。圖3.13上位機(jī)工作流程圖由于以上功能的須要，設(shè)計(jì)中共采納了3個(gè)Label控件、1個(gè)test控件、1個(gè)Combo控件、1個(gè)CmdOpen控件等。上位機(jī)軟件界面如圖3.14所示。圖3.14上位機(jī)軟件界面由于波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位等都在上位機(jī)程序中進(jìn)行設(shè)置，在開啟軟件后，只須要對(duì)串口號(hào)進(jìn)行設(shè)置，然后點(diǎn)擊起先測(cè)溫便能顯示出所測(cè)溫度值。上位機(jī)主要程序如下：①PrivateSubCmdOpen_Click()IfCmdOpen.Caption="停止測(cè)溫"ThenMSComm1.PortOpen=FalseCmdOpen.Caption="起先測(cè)溫"'按鈕文字變更Shape1.FillColor=&HFFFFC0'燈顏色變更ElseMSComm1mPort=Combo1.ListIndex+1MSComm1.PortOpen=TrueCmdOpen.Caption="停止測(cè)溫"Shape1.FillColor=&HFFEndIfExitSub②PrivateSubForm_Load()IfMSComm1.PortOpen=TrueThenMSComm1.PortOpen=FalseEndIfCombo1.AddItem"COM1"……Combo1.AddItem"COM8"Combo1.ListIndex=0MSComm1mPort=Combo1.ListIndex+1MSComm1.Settings="115200,n,8,1"'設(shè)置波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位flag=FalseEndSub③PrivateSubMSComm1_OnComm()DimstrAsStringSelectCaseMSComm1mEvent'事務(wù)發(fā)生Case2MSComm1.InputLen=1'讀入緩沖區(qū)全部?jī)?nèi)容str=MSComm1.Input'讀入到緩沖區(qū)……EndSelectPOINT:EndSub

4.系統(tǒng)測(cè)試在測(cè)試中采納點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的模式，由1個(gè)協(xié)調(diào)器和1個(gè)終端設(shè)備（溫度傳感節(jié)點(diǎn)）組成，協(xié)調(diào)器通過串口與PC機(jī)連接，由上位機(jī)軟件顯示測(cè)量結(jié)果，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向協(xié)調(diào)器周期性向協(xié)調(diào)器發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。測(cè)試地點(diǎn)為宿舍，以便可以變更環(huán)境溫度，進(jìn)行多組測(cè)量。4.1系統(tǒng)測(cè)試步驟①編譯文件，編譯勝利后利用IAR輸出文件SampleApp.hex；②連接開發(fā)板A與PC，通過仿真器下載CoodinatorEB-Pro中的SampleApp.hex文件至開發(fā)板A。開發(fā)板A作為協(xié)調(diào)器，通過USB線跟PC連接；③連接開發(fā)板B與PC，通過仿真器下載EndDeviceEB-Pro中的SampleApp.hex文件至開發(fā)板B。開發(fā)板B插入溫度傳感器DS18B20作為終端設(shè)備測(cè)量和發(fā)送數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器，通過電池或插座供電；④檢查開發(fā)板A、B電源、串口線以與溫度傳感器連接是否正常；⑤給兩塊開發(fā)板上電，打開串口調(diào)試助手，設(shè)置串口號(hào)和波特率115200并打開串口。終端聯(lián)網(wǎng)勝利后會(huì)向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)，可在上位機(jī)軟件中視察溫度變更；⑥關(guān)閉串口調(diào)試助手，打開上位機(jī)軟件，選擇串口號(hào)，點(diǎn)擊“起先測(cè)溫”，視察溫度顯示。4.2系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的搭建是在宿舍完成的，由于宿舍溫度相對(duì)比較穩(wěn)定，所以在測(cè)量溫度時(shí)采納了，風(fēng)扇降溫、空調(diào)降溫、室外陽(yáng)光照耀升溫等措施以便溫度測(cè)量。雖然宿舍的環(huán)境溫度沒有太大溫差，但試驗(yàn)的勝利說明這個(gè)系統(tǒng)是能夠達(dá)到溫度監(jiān)測(cè)的目的的，它同樣適用于其他環(huán)境。上位機(jī)軟件顯示溫度結(jié)果如圖4.1所示。圖4.1上位機(jī)顯示結(jié)果手握傳感器溫度發(fā)生變更，由于溫度是連續(xù)變更的，運(yùn)用串口調(diào)試助手視察比較便利，串口調(diào)試助手中顯示如圖4.2所示：圖4.2串口調(diào)試助手中溫度的顯示結(jié)果在各種降溫升溫環(huán)境中，與一款市面上購(gòu)買的電子溫度計(jì)（“科艦”HTC-1）的測(cè)量數(shù)據(jù)比較，比較結(jié)果如表1所示：表1溫度測(cè)量結(jié)果比較表CC2530溫度測(cè)量結(jié)果（度）電子溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果（度）測(cè)量相對(duì)誤差（%）27.827.80.00028.328.30.0000029.829.70.33724.524.70.81030.530.40.32932.432.30.31036.936.70.545924.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析在測(cè)試中，對(duì)程序進(jìn)行過兩次修改：第一次是對(duì)溫度測(cè)量精度的修改，原本測(cè)量精度為1攝氏度，通過修改程序?qū)⑵湫薷臑榫?.1度；其次次是對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行修改。此溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與電子溫度計(jì)顯示溫度基本一樣，由于電子溫度計(jì)本身也可能存在小范圍（±1℃）誤差，所以說基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)已經(jīng)完成，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)和要求。

5.總結(jié)與展望5.1工作總結(jié)基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采納ZigBee技術(shù)，具有近距離、低成本、低功耗、自組網(wǎng)、無(wú)線傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。通過“基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，本人熟識(shí)了ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信工作原理，在軟件和硬件的開發(fā)調(diào)試中獲得了很多珍貴閱歷。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成的過程中進(jìn)行的主要工作以與成果如下：1.了解無(wú)線傳感技術(shù)ZigBee特點(diǎn)；2.學(xué)習(xí)和探討對(duì)系統(tǒng)的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)；3.深化了解ZigBee技術(shù)，探討ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)與每層工作原理，學(xué)習(xí)包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、ZigBee術(shù)語(yǔ)、設(shè)備類型等基本概念；4.了解ZigBee開發(fā)流程，探討開發(fā)套件的硬件電路以與各模塊功能，深化探討CC2530芯片手冊(cè)；5.駕馭開發(fā)軟件IAR的運(yùn)用方法；6.熟識(shí)Z-Stack協(xié)議棧的基本應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)流程，完成組網(wǎng)分析和協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)主程序的設(shè)計(jì)；7.設(shè)計(jì)程序使終端節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)入休眠模式，并采納定時(shí)器喚醒，降低功耗；8.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，找出程序中出現(xiàn)的各種問題并進(jìn)行修改。由于試驗(yàn)時(shí)間和成本條件有限，加之個(gè)人實(shí)力有限。本設(shè)計(jì)還有不足之處，有待改進(jìn)與完善：1.對(duì)于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信距離與通信牢靠性沒有測(cè)試；2.對(duì)于系統(tǒng)的功耗沒有測(cè)試；3.由于設(shè)計(jì)材料有限，目前只能完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信，無(wú)法完成多節(jié)點(diǎn)的要求；4.上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)功能相對(duì)簡(jiǎn)潔，可以完善更多功能以便利運(yùn)用。5.2前景展望目前，基于CC2530的溫度傳感系統(tǒng)應(yīng)用前景是特別廣袤的。ZigBee很簡(jiǎn)潔建立無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，低成本、低功耗是我們探討ZigBee的目的和動(dòng)力?；贑C2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于煤礦采空區(qū)自然發(fā)覺火源位置的探測(cè)和制定采空區(qū)防滅火措施都是特別有效的。正好可以彌補(bǔ)煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在煤礦平安生產(chǎn)中的迫切須要，對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤礦平安高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。另外，由CC2530和DS18B20組成的溫度傳感節(jié)點(diǎn)小巧敏捷，受四周環(huán)境影響較小，可以適用于多種非極限溫度場(chǎng)合和狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫柔限制領(lǐng)域，如：電纜溝測(cè)溫、高爐水循環(huán)測(cè)溫、鍋爐測(cè)溫、機(jī)房測(cè)溫、農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫、彈藥庫(kù)測(cè)溫等。無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，避開了困難的布線的繁瑣，同時(shí)也降低了成本，節(jié)約人力財(cái)力。還有一大優(yōu)點(diǎn)就是成員節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入或退出網(wǎng)絡(luò)，不須要人為管理，這也節(jié)約了人力財(cái)力?；贑C2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)使其在市場(chǎng)上特別具有競(jìng)爭(zhēng)力，隨著ZigBee技術(shù)的發(fā)展，基于CC2530的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必將日趨成熟得到更好的發(fā)展。

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翻譯部分中文譯文基于CC2530的ZIGBEE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)探討和設(shè)計(jì)JIAN-MINGLIAO1,XUE-QINHE1,GUO-MINGLU1,SI-YUZHAN1計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，電子科技高校，中國(guó)電子郵件：hexq127@sina,liaojm@,lugm@,zhansy@摘要ZigBee技術(shù)在很多領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用的低成本，低功率。本文探討了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)備類型對(duì)ZigBee協(xié)議和協(xié)議體系結(jié)構(gòu)介紹了CC2530芯片。然后，我們運(yùn)用Z-Stack協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)是基于從前的一些測(cè)試內(nèi)容