基于物聯(lián)網(wǎng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)

1、摘要物聯(lián)網(wǎng)，簡而言之確實是連接物品的網(wǎng)絡(luò),它是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用擴(kuò)展和延伸。要緊是利用各種傳感設(shè)備和通訊手段，將M2M（即人與人、人與物、物與物）與互聯(lián)網(wǎng)相連接，實現(xiàn)智能化的識不、定位、跟蹤、遠(yuǎn)程監(jiān)控和治理的一種網(wǎng)絡(luò)。它是整合信息治理技術(shù)變革和促進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)的開端和基石，被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)確實是通常我們講的在應(yīng)用智能化感知、識不技術(shù)、普適計算、泛在網(wǎng)絡(luò)（Ubiquitous Network）的基礎(chǔ)上將人與物、人與人、物與物聯(lián)系起來的一種中介。在我們平常能夠看到并感受到的世界里，“物”是普遍存在的并不斷變化的個體，“物”與“物”之間的聯(lián)系，必定“聯(lián)”到“網(wǎng)”中

2、來，那個地點所講的“物”是感知末梢的傳感器設(shè)備、接收感知信息的智能終端或者人。而網(wǎng)關(guān)確實是我們平常所講的網(wǎng)絡(luò)層上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器,它具有高效率、實時響應(yīng)、高可靠性、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等特點,利用其特點有效的融合了基礎(chǔ)通信網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò),這些優(yōu)勢使得傳統(tǒng)的智能家居的區(qū)域監(jiān)控發(fā)生了翻天覆地的產(chǎn)業(yè)變革,即把監(jiān)控區(qū)域中的設(shè)備和無線方式有機(jī)組合,如此就能夠?qū)崿F(xiàn)一個能夠全面感知與治理的系統(tǒng)。本文全面介紹了物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)的總體設(shè)計思路以及各個分模塊的實現(xiàn)過程，并對整個設(shè)計中用到的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)ZigBee及其協(xié)議棧Z-Stack作了概括介紹，同時對網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計、實現(xiàn)及測試也作了較為清晰明了的介紹與分析

3、。以設(shè)計實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)中的近程操縱系統(tǒng)為例,依照物聯(lián)網(wǎng)的原理、概念、應(yīng)用,設(shè)計一個功耗低、成本少的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)。而低成本、低功耗也是該操縱系統(tǒng)的重點和難點所在。本文即是重點論述該網(wǎng)關(guān)是如何實現(xiàn)的、較傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)有什么優(yōu)勢、該網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用意義等方面。首先要實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸，即是將基于TCP/IP協(xié)議的Internet與基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相連接。在硬件設(shè)計上,利用高性能的ARM9系列的smart210微處理器作為主控芯片,外接一個網(wǎng)卡PHY芯片，通過串行通信實現(xiàn)與傳感網(wǎng)協(xié)調(diào)器的通信。接著確實是為了實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的監(jiān)控，這就需要利用WEB遠(yuǎn)程登陸到ARM網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。在軟件方面，

4、為了使程序看起來有層次感，模塊化，在代碼設(shè)計方面力求簡單明了。最后利用嵌入式操作系統(tǒng)Ubuntu實現(xiàn)資源的治理和調(diào)度，借助通信協(xié)議棧實現(xiàn)TCP/IP與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。本文的獨特之處在于實現(xiàn)：嵌入式超文本服務(wù)器端、近程操縱終端與WSN協(xié)調(diào)器三者數(shù)據(jù)同步。應(yīng)用ZigBee協(xié)議棧實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸，實時監(jiān)測并顯示室內(nèi)溫度與系統(tǒng)IP。關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);服務(wù)網(wǎng)關(guān);WSN;ZigBee;嵌入式系統(tǒng)The design of IOT Smart Gateway Based on LoongsonAbstract：Just as its name implies，the Internet of things is

5、 the connection of network and objects.It is the application extension of the Internet. It connects the M2M ( people and people,people and things, things and things) to the Internet through a variety of sensing equipments and a variety of means of communication, so that realize the intelligent ident

6、ification, location, tracking and remote monitoring and management of a network.As a key roleof a new generation of IT and new technology revolution, it is thebeginning and foundation to promote the technological change which includes integration of the information industry and information managemen

7、t .We also call it “the third wave of world information industry development”.The Internet of things is a kind of mediation to link people with things,people with people,things with things on the basic of application of intelligent perception, recognition technology and pervasive computing, Ubiquito

8、us Network (Ubiquitous Network) .In the macroscopic world things have the nature of ubiquity, diversity and mutability. The things can be as the sensor of nerve endings, or the smart terminals or the people.And gateway is a protocol converter based on the network layer , It has the ability of high e

9、fficiency、real-time response、 high reliability、low power consumption and strong anti-interference ability,This makes the better connection of basic communication network and the wireless sensor network .It also brings new industry opportunities to the traditional areas such as smart home monitoring

10、.By this ,we can monitor equipment through wireless way of the area of the organic combination, so as to realize a comprehensive perception and complete management system.In this paper, we discusses the gateway system, the design and implementation of the key technology of Internet of things applica

11、tion, gateway layer and the hardware and software of the system design scheme of home automation systematically.As an example to realize the remote and close range control system of smart home system, starting from the concept of Internet of things, It is the most important and the most difficult of

12、 the control system to design a low power consumption, low cost of Internet service gateway .This paper is focus on how the gateway work, what advantages it have than traditional gateway, the gateway application significance and so on.The most important step isto realize the expansion and extension

13、of the Internet, that is, the Internet based on TCP/IP protocol will be connected to wireless sensor network based on ZigBee protocol.On the hardware design, we use ARM9 series smart210 microprocessor as the master control chip, external a PHY chip, Then realize the communication with sensing networ

14、k communications coordinator through serial communication. Remote login to ARM gateway server.Followed by,in order to realize the monitoring of wireless sensor network, which requires using remote login to ARM gateway WEB server.On the designer of software , to increase the system application flexib

15、ility,we put forward a hierarchical, modular design thought. Using Ubuntu embedded operating system for resource management and scheduling and with the help of a communication protocol stack ,we realize TCP/IP and network interconnection.This article is unique inachieving the data synchronization am

16、ong the embedded Web server-side, short-range control terminals the WSN gateway.The system achieved the wireless transmission of data based on ZigBee protocol stack, realized the real-time monitoring of indoor temperature and system IP.Key Words: The Internet of Things; service gateway; Wireless sen

17、sor networks; ZigBee; Embedded system目錄第一章前言 11.1課題研究的背景與意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 3第二章系統(tǒng)總體設(shè)計與相關(guān)技術(shù)分析 52.1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)概述 52.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案 62.2.1網(wǎng)關(guān)設(shè)計的差不多要求 72.2.2網(wǎng)關(guān)功能模塊的組成 72.2.3網(wǎng)關(guān)軟件總體構(gòu)架 72.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 92.4.1無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 92.4.2核心支撐技術(shù) 112.5嵌入式系統(tǒng) 122.5.1嵌入式處理器 122.5.2 嵌入式 TCP/IP 122.6本章小結(jié) 13第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 143.1物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)的硬件整體

18、結(jié)構(gòu) 143.1.1系統(tǒng)電路設(shè)計方案概述 143.1.2系統(tǒng)硬件的整體結(jié)構(gòu)框圖 143.2主操縱模塊 153.2.1 ARM 微操縱器 S5PV210 153.2.2主操縱模塊電路設(shè)計 173.2.3網(wǎng)絡(luò)接口電路 173.2.4串行接口電路 183.2.5 USB 接口電路 193.3以太網(wǎng)接口模塊 193.4 WSN協(xié)調(diào)器接口模塊 213.5本章小結(jié) 22第四章三個模塊的連通性測試 234.1 ZigBee內(nèi)部模塊通信實現(xiàn) 234.2 ZigBee模塊與網(wǎng)關(guān)通信實現(xiàn) 304.3網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)通信模塊實現(xiàn) 36第五章系統(tǒng)功能測試 41結(jié)論 43致謝 45參考文獻(xiàn) 46第一章前言1.1課題研究的背

19、景與意義目前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)展已成為國家戰(zhàn)略議程之一。為了在以后物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革命中搶占絕大部分市場，部分國家和地區(qū)紛紛加大對其資金投入力度。美國總統(tǒng)奧巴馬對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)展相當(dāng)重視，一度與開發(fā)綠色能源技術(shù)相提并論，并已將其提上國家戰(zhàn)略議程。2009 年世界IT巨頭 IBM 公司 CEO彭明盛提出了構(gòu)建智慧地球的方法，其戰(zhàn)略核心確實是物聯(lián)網(wǎng)。前國務(wù)院總理溫家寶在2009年首次提出感知中國這么一個概念后，我們也在積極的把握這次難得的機(jī)遇，從而使得物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展在我國引起了新一輪的進(jìn)展高潮。國家工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人對外也表示出我國物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系已差不多形成了,同國際的標(biāo)準(zhǔn)化組織也逐漸靠攏，近年提交

20、的部分提案都給予了良好的反饋。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)早已在各個領(lǐng)域開枝散葉，如環(huán)保、交通、家居、農(nóng)業(yè)等。值得關(guān)注的是在一些危險程度比較高的領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用就更體現(xiàn)出其重要的科研價值和有用價值，如鐵路及高速公路突發(fā)災(zāi)難預(yù)警、危險區(qū)域環(huán)境監(jiān)控、搶險、救災(zāi)、防火防盜等。如圖1-1所示：圖1-1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖其中,物聯(lián)網(wǎng)的感知層是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)。它處于三層架構(gòu)的最底層，能夠?qū)崿F(xiàn)精確度更高、感知更全面，還能夠幫我們解決成本低、功耗小、體積小的問題，要緊解決人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獵取問題。感知層包括兩部分，分不是：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸，此處的短距離傳輸技術(shù)，尤指中低速無線短距離傳輸技術(shù)，如藍(lán)牙、Z

21、igBee等，這類技術(shù)傳輸距離均小于100m，速率低于1M bit/s。而物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層,要緊負(fù)責(zé)把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送。它在物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中是具有最強(qiáng)產(chǎn)業(yè)能力、最高標(biāo)準(zhǔn)化程度且最成熟的,而其關(guān)鍵的地點確實是如何優(yōu)化和改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特征,以形成協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)展的好與劣關(guān)鍵取決于其應(yīng)用層。它要緊對信息處理和人機(jī)界面的問題進(jìn)行一系列處理，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求，對感知和傳輸來的信息進(jìn)行及時的分析和處理，做出正確的操縱和決策，從而實現(xiàn)真正意義上智能化的治理、應(yīng)用和服務(wù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由傳感器網(wǎng)絡(luò)和公共傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)

22、網(wǎng)關(guān)，目前研究的熱點問題是傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)關(guān)如何接入公共網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前,世界各國對物聯(lián)網(wǎng)的研究仍然呈上升之勢，美國、歐盟、中國等國家都投入巨額資金在此項研究上。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整合,因此其研究中最重要的一環(huán)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生與我們的現(xiàn)實生活息息相關(guān)，這就決定其必將在以后的物聯(lián)網(wǎng)時代迅速搶占制高點。物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)人類通信的重要樞紐，要緊是基于它的以下三個重要功能：1、具有感知網(wǎng)絡(luò)接入的能力，即能有效的收集傳感器數(shù)據(jù)；具有異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互相通信的能力，即能完成數(shù)據(jù)協(xié)議之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；3、具有自動監(jiān)測并能夠操縱治理的能力，即能自定義網(wǎng)關(guān)服務(wù)使其智能化。1.3論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)本文著重介紹的是智能

23、網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)及其如何實現(xiàn)。要緊包含以下部分：1、研究傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)；研究嵌入式系統(tǒng)；研究UDP協(xié)議與其他協(xié)議的轉(zhuǎn)換；研究軟件設(shè)計模式與人機(jī)互相通信的模式。小型家居系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)用的方案設(shè)計。本文以嵌入式技術(shù)為應(yīng)用平臺,利用Zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)良好性能與優(yōu)勢并借助傳統(tǒng)的Internet基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)設(shè)計的一個在室內(nèi)環(huán)境下實現(xiàn)溫度監(jiān)測的智能網(wǎng)關(guān)。本文要緊工作和研究的要緊內(nèi)容如下:第一章緒論：要緊闡述本課題的國內(nèi)外研究背景、研究意義及本論文的差不多框架。第二章系統(tǒng)設(shè)計與相關(guān)技術(shù)分析：首先分析物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的功能需求，然后對網(wǎng)關(guān)總體框架進(jìn)行了設(shè)計，接著論述了無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議并介紹了其支撐技術(shù)，最后介紹了

24、嵌入式處理器和相關(guān)操作系統(tǒng)。第三章物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件電路設(shè)計：要緊介紹主操縱器、外圍芯片的選擇和接口電路的設(shè)計。第四章三個模塊的分塊調(diào)試：要緊介紹ZigBee內(nèi)部通信模塊、ZigBee與網(wǎng)關(guān)通信模塊、網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)通信模塊及各模塊的分塊調(diào)試。第五章系統(tǒng)性能測試：對三個模塊進(jìn)行整機(jī)調(diào)試,通過對結(jié)果進(jìn)行分析得出了該設(shè)計方案具有一定的科學(xué)性、可行性。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計與相關(guān)技術(shù)分析2.1物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)概述物聯(lián)網(wǎng)差不多網(wǎng)絡(luò)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。感知層以傳感器網(wǎng)絡(luò)為載體，要緊用來識不物體和采集相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)層要緊有傳感層網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)治理操縱、信息的智能化幾部分，它介于感知層和應(yīng)用層之間，要緊職能是

25、將感知層獵取的信息進(jìn)行傳遞和處理。物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)處于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的匯聚層，其兩端連接的分不是傳感網(wǎng)絡(luò)和公共傳輸網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)傳感設(shè)備種類少、數(shù)量不多時，直接將其接入公共網(wǎng)絡(luò)就行。但是當(dāng)感知層中傳感設(shè)備種類和數(shù)量比較多時，為了不白費接入資源，我們只需要將感知層中的設(shè)備獨立的接入網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)崿F(xiàn)。但感知層網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的作用范圍是特不有限，這就要求我們必須先將傳感器數(shù)據(jù)先匯聚到統(tǒng)一的設(shè)備進(jìn)行融合處理，然后再把數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層。如此就在現(xiàn)有的條件下既節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源又實現(xiàn)了傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。通過查閱資料知，在感知層和網(wǎng)絡(luò)層之間添加的一層能夠?qū)崿F(xiàn)感知層

26、數(shù)據(jù)的匯聚，這層稱為匯聚層。如圖 2-1 所示。網(wǎng)關(guān)作為異構(gòu)網(wǎng)之間的紐帶,要緊體現(xiàn)在匯聚層。如此就可實現(xiàn)感知層和網(wǎng)絡(luò)層的無縫銜接。而匯聚層要緊是實現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控的WEB服務(wù)和作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)中心。它通過網(wǎng)絡(luò)，將從感知層的傳感器設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到傳輸網(wǎng)絡(luò)中，同時將數(shù)據(jù)融合處理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù),借助終端那個平臺，就能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測、治理感知層的設(shè)備狀態(tài)和信息，以提供更為便捷的近程監(jiān)控。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案本課題研究設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)要通過串口處理來自WSN節(jié)點的數(shù)據(jù),這就決定了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件平臺必須能夠提供足夠強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持,而且還需要支持TCP/IP協(xié)議。綜上，

27、總體設(shè)計框圖如圖2-2所示：圖2-2 總體設(shè)計框圖下面將對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的整體設(shè)計思路和方案進(jìn)行詳細(xì)的討論分析。2.2.1網(wǎng)關(guān)設(shè)計的差不多要求物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是介入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間實現(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與基礎(chǔ)通信網(wǎng)之間的橋梁。它既要實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)通信中轉(zhuǎn)作用，又要能實現(xiàn)對感知網(wǎng)絡(luò)的治理,并有效的結(jié)合廣域互聯(lián)與局域互聯(lián)，因此，網(wǎng)關(guān)的協(xié)作能力也應(yīng)該較強(qiáng)。另外，網(wǎng)關(guān)在移動過程中應(yīng)始終保持與網(wǎng)絡(luò)的連接，因此，網(wǎng)關(guān)的移動能力也應(yīng)該較強(qiáng)。因此，考慮到網(wǎng)關(guān)應(yīng)該要實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)間的交互信令、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，因此，網(wǎng)關(guān)的信令處理能力也應(yīng)該較強(qiáng)。最后不可忽略的一點，網(wǎng)關(guān)應(yīng)能夠迎合需要適時保留終端節(jié)點所處的位置、路由、

28、認(rèn)證、數(shù)據(jù)信息等，因此，網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)儲備能力也應(yīng)該較強(qiáng)。2.2.2網(wǎng)關(guān)功能模塊的組成網(wǎng)關(guān)是廣域網(wǎng)和外部網(wǎng)絡(luò)中間的一個節(jié)點，作為入口節(jié)點的它，一方面,要能同意同意客戶的遠(yuǎn)程訪問，即要支持TCP/IP協(xié)議議并能提供WEB服務(wù)。另一方面，從用戶體驗角度來看，用戶要能通過遠(yuǎn)端PC對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操縱。在本文網(wǎng)關(guān)設(shè)計中，硬件平臺是ARM微處理器,它對外確實是把以太網(wǎng)接入公共網(wǎng)絡(luò),對內(nèi)確實是把無線傳感器節(jié)點組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一體。通俗的講確實是網(wǎng)關(guān)不僅要具有他本身應(yīng)有的功能，還應(yīng)具有服務(wù)器的功能。2.2.3網(wǎng)關(guān)軟件總體構(gòu)架物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)處于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的匯聚層，其兩端連接的分不是傳感網(wǎng)絡(luò)和公共傳輸網(wǎng)絡(luò)。在

29、本設(shè)計中，采納RS-232/485與Wi-Fi接入的方式實現(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的通信，公共網(wǎng)絡(luò)端采納的是基于以太網(wǎng)接入的方式。網(wǎng)關(guān)整體框架如圖 2-3所示:圖2-3 網(wǎng)關(guān)整體框架圖ZigBee內(nèi)部連通確實是一個星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個負(fù)責(zé)分配ID和地址、并對其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳送的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝的協(xié)調(diào)器(PAN)構(gòu)成，其他節(jié)點也只能通過那個協(xié)調(diào)器來和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。ZigBee網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)的通信要緊是通過串口,當(dāng)協(xié)調(diào)器收到來自鏈路節(jié)點的數(shù)據(jù)時,就把信息傳送到應(yīng)用層,應(yīng)用層再調(diào)用串口API傳送到網(wǎng)關(guān),網(wǎng)絡(luò)要緊確實是依照內(nèi)部協(xié)議轉(zhuǎn)換機(jī)制把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠同意的數(shù)據(jù),然后再發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)到互聯(lián)網(wǎng)通

30、信機(jī)制是雙向的,因此完成其中一步的通信即可。它們的通信用串口就能夠?qū)崿F(xiàn),互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到協(xié)調(diào)器，數(shù)據(jù)封裝后,依照ZigBee的短地址（MAC地址與物理地址）發(fā)送出去。2.3網(wǎng)關(guān)硬件總體構(gòu)架本文在綜合考慮兼容性、成本、性價比等方面后,CPU采納基于ARM9 smart 210,ZigBee模塊核心芯片采納CC2530,其網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示：圖2-4 網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖2.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由許多在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)分布的大量廉價微型傳感器節(jié)點，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，它使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與處理

31、，最終將其報告給用戶。2.4.1無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議關(guān)于WSN的應(yīng)用來講,綜合考慮實現(xiàn)時軟硬件的各個方面，通信協(xié)議的選取就顯得尤為重要。WSN通信協(xié)議特點如下：節(jié)點的通信協(xié)議要求簡單。幸免受到如傳感器節(jié)點的能源儲備、計算與處理能力、存儲量、通信能力等限制。2.通信協(xié)議應(yīng)具有對應(yīng)的處理體系。防止拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨著外界環(huán)境變化而變化。3.采納模塊化設(shè)計。為了使傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議針對不同的應(yīng)用有不同的配置。目前,在WSN的應(yīng)用中,ZigBee技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，它要緊優(yōu)勢是低速、低耗電、低成本、支援大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。它的

32、傳輸速率為10kbit/s-250kbit/s，有效覆蓋范圍為10m-75m，可同時支持65536個設(shè)備。ZigBee協(xié)議棧：ZigBee協(xié)議棧由層模塊組成。每一層都執(zhí)行一組特定的服務(wù)：如數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸，治理實體提供所有其他的服務(wù)。每個SAP都能支持多種服務(wù)原語來實現(xiàn)要求的功能，而那個SAP則是由上一層提供的接口。圖2-5 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)概覽2.4.2核心技術(shù)核心支撐技術(shù)確實是建立在通信協(xié)議的基礎(chǔ)之上的一個具有具體應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),同時通過操作協(xié)議的應(yīng)用層服務(wù)接口來封裝對底層的操作。WSN的核心支撐技術(shù)如下：(1)拓?fù)洳倏v。路由協(xié)議的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)時刻受其阻礙比較大。為了有效

33、的減少通信間的通信干擾，必須選擇符合要求的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功率。(2)節(jié)點定位。原理是依照一定的算法在已知節(jié)點基礎(chǔ)上定位未知節(jié)點。節(jié)點定位在有些場合是比較重要的，如森林火災(zāi)。(3)時刻同步。節(jié)點間時刻的必須是同步的，因為WSN中是分布式協(xié)同工作。(4)數(shù)據(jù)治理與融合。為更好地治理傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，需要將用戶屏蔽在技術(shù)之外且能夠友好地操縱WSN,使物理網(wǎng)絡(luò)邏輯化。2.5嵌入式系統(tǒng)目前，應(yīng)用最廣泛的專用電子系統(tǒng)非嵌入式系統(tǒng)莫屬。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)展與延伸,對技術(shù)廣度和深度的要求也越來越苛刻，要緊體現(xiàn)在智能操縱的應(yīng)用與處理信息的能力,以及對設(shè)備的成本的高低、性能好壞、開發(fā)周期長短和可靠性高低等的關(guān)注。2.5.

34、1嵌入式處理器嵌入式處理器核心是嵌入式系統(tǒng)，縱觀整個嵌入式處理器應(yīng)用市場,單片機(jī)的成功案例盡管尤為顯著，而單純的單片機(jī)或微操縱器技術(shù)顯然差不多無法滿足需求。而ARM芯片憑借處理能力強(qiáng)和功耗低等優(yōu)勢一舉搶占市場先機(jī),并逐步滲透到我們生活的各個領(lǐng)域?；贏RM芯片的優(yōu)勢考慮，本設(shè)計選取了Cortex-A8系列中的互聯(lián)型產(chǎn)品S5PV210作為總操縱芯片。因為它的片內(nèi)外設(shè)特不豐富，大可不必再對存儲器再擴(kuò)展,從而開發(fā)成本也減少了，開發(fā)難度也降低了。2.5.2 嵌入式 TCP/IP在Internet上所使用的TCP/IP協(xié)議是一個分層設(shè)計的協(xié)議集合,每一層有每一層的功能。在嵌入式系統(tǒng)中的TCP/IP具有其

35、顯著的特點：(1)存儲使用量減少。為了不阻礙到系統(tǒng)性能和成本，在實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)該想盡方法減少存儲空間的使用量。(2)高度可裁剪性。為滿足不同應(yīng)用的需求，在協(xié)議棧的實現(xiàn)必須高度模塊化,以方便更好地實現(xiàn)對目標(biāo)系統(tǒng)的可栽剪。通?？刹眉舫潭韧a實現(xiàn)的模塊化程度成正比。(3)可移植性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)硬件平臺盡管專門多，但我們平常在設(shè)計時應(yīng)注意在實現(xiàn)的過程中應(yīng)幸免語言的不協(xié)調(diào)性。同時為了提高代碼的復(fù)用率，在硬件驅(qū)動層我們必須進(jìn)行高精度的抽象和封裝,使協(xié)議獨立于平臺。2.6本章小結(jié)本章對物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)與它在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的功能作了深入分析,依照需求設(shè)計出系統(tǒng)總體方案，并分析了實現(xiàn)該設(shè)計系統(tǒng)所需要的核

36、心技術(shù)，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計本章要緊是介紹系統(tǒng)硬件的各模塊電路設(shè)計原理。在功能上,物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)既要作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的操縱中心，又要實現(xiàn)一個嵌入式WEB服務(wù)器，即既要滿足到遠(yuǎn)程操縱的需要,又要考慮到室內(nèi)近程操縱的便捷性。故硬件電路中應(yīng)包含以下的功能電路:能實現(xiàn)通信、操縱和治理,能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,能執(zhí)行射頻模塊的無線收發(fā)信息,能實現(xiàn)近程操縱的差不多輸入輸出。3.1物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)的硬件整體結(jié)構(gòu)本設(shè)計，事實上確實是一個智能型電子系統(tǒng)，因為它廣泛涉及到多任務(wù)通信、通信協(xié)議操縱、數(shù)據(jù)傳輸與處理等方面。3.1.1系統(tǒng)電路設(shè)計方案概述本系統(tǒng)采納以ARM為代表的高性能微操縱器(MPU)

37、為核心,其優(yōu)勢是有強(qiáng)大的處理器、豐富的片內(nèi)外設(shè),要緊適用于的應(yīng)用場合確實是那些需要操作系統(tǒng)、支持多任務(wù)、良好人機(jī)交互功能的情形。3.1.2系統(tǒng)硬件的整體結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)采納ARM Cortex-A8內(nèi)核的S5PV210的微處理器為主操縱芯片來實現(xiàn)設(shè)計。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。在該圖中，要緊分為兩部分，一部分是ARM處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其片內(nèi)外設(shè)，位于藍(lán)色粗線框內(nèi)部；另一部分最小系統(tǒng)電路及外圍應(yīng)用電路，位于藍(lán)色粗線框外部。圖3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)依據(jù)功能要緊劃分以下三個模塊:主操縱模塊、以太網(wǎng)接口模塊、WSN協(xié)調(diào)器接口模塊?，F(xiàn)在簡單闡述下其功能:(1)主操縱模塊:該模塊以ARM作為系統(tǒng)

38、的主處理器,芯片運行所必須的外接電路模塊包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路，而這些便組成了最小系統(tǒng)電路。除此之外還有本地應(yīng)用電路，如：輸入輸出的LCD、KEY和LED電路、存儲擴(kuò)展數(shù)據(jù)的SD卡接口、5V電源接入和程序下載的MINI USB接口電路、與PC機(jī)通信的電平轉(zhuǎn)換電路等。(2)以太網(wǎng)接口模塊:因為主操縱器差不多能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入對MAC層的支持,因此在外部只接以太網(wǎng)的PHY以及網(wǎng)絡(luò)接口就行。(3)WSN協(xié)調(diào)器接口模塊:該接口模塊是局部無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總調(diào)度中心，通常接WSN的協(xié)調(diào)器,如:CC1110、CC2430、CC2530等模塊,通過串行接口實現(xiàn)與主控模塊的通信。3.2主操縱模塊本節(jié)首先

39、詳細(xì)介紹系統(tǒng)所使用的芯片，然后再對各個電路子模塊分不進(jìn)行介紹。3.2.1 ARM 微操縱器S5PV210因為在整個設(shè)計中，系統(tǒng)對以太網(wǎng)MAC的需求、嵌入式操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議和大量的應(yīng)用程序，都需要占用大量的存儲空間，基于這些考慮，我們選擇S5PV210作為整個設(shè)計的微操縱器。S5PV210的要緊技術(shù)指標(biāo)如下內(nèi)核：ARM Cortex-A8主頻：1GHz內(nèi)存：512MB DDR2Flash：256MB SLC NAND FLASH最高可支持1080p30fps硬件解碼視頻流暢播放，格式可為：MPEG-4/MPEG2、H.264/H263、VC-1支持流暢的2D/3D圖形加速支持HDMI顯

40、示接口支持1個USB HOST2.0，1個USB OTG2.0接口支持1個SDIO接口（Micro SD卡接口）支持1路RS232串口接口（調(diào)試串口）支持2個獨立CAMERA接口支持100M以太網(wǎng)卡支持AC97立體聲音頻輸入/輸出接口支持RTC實時時鐘保存支持2個用戶按鍵、88矩陣鍵盤接口(外擴(kuò)鍵盤接口)支持LED 燈顯示 （1個電源顯示，2個用戶 LED 燈）支持標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口支持用戶擴(kuò)展接口 （2路SPI接口， 2路IIC接口 ，3路PWM ，4路UART，6路ADC，1路 SDIO接口和其它用戶擴(kuò)展 IO ）支持4.3寸、7寸、10.2寸、10.4寸、12.1寸LCD顯示，多款液晶模塊

41、接口產(chǎn)品尺寸：105mm x 85mmPCB板層：8層電源供電：+5V /2A調(diào)試接口：20-pin，2.54mm標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口工作溫度：-20+70（電氣指標(biāo)：符合CE，F(xiàn)CC，CCC規(guī)范要求）3.2.2主操縱模塊電路設(shè)計整個網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的核心部件是主操縱器。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、任務(wù)調(diào)度、存儲轉(zhuǎn)發(fā)等系統(tǒng)任務(wù)都由它負(fù)責(zé)，如圖 3-2 所示為主操縱器原理圖:圖 3-2 主操縱器原理圖3.2.3網(wǎng)絡(luò)接口電路本開發(fā)板的有線網(wǎng)絡(luò)采納了DM9000網(wǎng)卡芯片，它能夠自適應(yīng)10/100M網(wǎng)絡(luò)，RJ45連接頭內(nèi)部差不多包含了耦合線圈，因此使用一般的網(wǎng)線即可連接本開發(fā)板至路由器或者交換機(jī)，而不必另接網(wǎng)絡(luò)變壓器。網(wǎng)

42、絡(luò)接口原理圖如圖3-3所示：圖3-3 網(wǎng)絡(luò)接口原理圖3.2.4串行接口電路S5PV210本身總共有4個串口，其中UART1為四線的功能串口，UART0、2、3為兩線串口。在本開發(fā)板上，UART0和UART1差不多通過RS232電平轉(zhuǎn)換，它們分不對應(yīng)于COM0和COM1，能夠通過附帶的交叉串口線和PC互相通訊。串口原理圖如圖3-4所示：圖3-4串口原理圖3.2.5 USB 接口電路本開發(fā)板具有兩種USB接口，一種是USB Host(2.0)接口，它和一般PC的USB接口是一樣的，能夠接USB攝像頭、USB鍵盤、USB鼠標(biāo)、優(yōu)盤等常見的USB外設(shè)；另外一種是miniUSB(2.0)，要緊用于軟件安

43、裝和程序調(diào)試，常用于Android系統(tǒng)的ADB功能。USB原理圖如圖3-5所示：圖3-5 USB原理圖3.3以太網(wǎng)接口模塊處理器S5PV210能適應(yīng)以太網(wǎng)連接的需求。它內(nèi)部集成的以太網(wǎng)MAC模塊性能高、靈活度高。該模塊支持獨立于介質(zhì)的接口(Mil)和精簡的獨立于介質(zhì)的接口(RMII)，而Mil和RMII是兩種連接到外接PHY模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口,可廣泛應(yīng)用于路由器、交換機(jī)、網(wǎng)卡等。以太網(wǎng)連接框圖如圖3-6所示。其中用于站點治理的要緊是：周期性時鐘信號 (MDC)和數(shù)據(jù)的輸入輸出線(MDIO),通過它們我們能夠?qū)ｉT方便地訪問網(wǎng)卡芯片的寄存器,具體連接見圖3-6：圖3-6 以太網(wǎng)連接方案框圖以太網(wǎng)模塊功

44、能闡述如下:MC操縱器:要緊是為以太網(wǎng)鏈路層提供服務(wù)。在這部分里，定義了 MAC幀的格式以及在介質(zhì)上是如何樣進(jìn)行傳輸?shù)?還有可用于多種事件的發(fā)生而產(chǎn)生的MAC中斷,通過應(yīng)用程序的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行MAC地址過濾,還定義了物理尋址、邏輯拓?fù)洹?2) DMA:要緊是支持AHB主從接口下的突發(fā)傳輸,在這部分中有兩套獨立的FIFO(每套2K)收發(fā)操縱器，它們的作用分不處理數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖,與MCIJ之間的通信通過操縱狀態(tài)寄存器和描述符列表兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。(3) PTP:要緊是設(shè)置接收和發(fā)送頓的時刻戳,以及粗調(diào)和細(xì)調(diào)的校正方法,假如發(fā)覺系統(tǒng)時刻比目標(biāo)時刻大時，這時就會觸發(fā)中斷,通過MCU的復(fù)用功能I/O輸出秒脈沖。

45、本設(shè)計選用的是一款集成度高、成本低、效益高的單芯片快速以太網(wǎng)MAC操縱器PHY芯片DM9000。它由一個處理接口，一個10/100M自適應(yīng)的PHY和4K DWORD值的SRAM組成。DM9000物理協(xié)議層接口完全支持使用10MBps下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100MBps下5類非屏蔽雙絞線。能夠自動完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。其端口驅(qū)動程序可方便移植。圖3-7 以太網(wǎng)接口電路3.4 WSN協(xié)調(diào)器接口模塊該模塊是實現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，其作用確實是方便CC2530模塊的接入。采納擁有32/64/128 KB可選閃存、8KB SRAM的增強(qiáng)型8051 MCU等高性能模塊

46、,并內(nèi)置了 ZigBee協(xié)議找。因為以CC2530為核心的Zigbee模塊里有無線協(xié)議棧代碼和高頻設(shè)計,如此一來，用戶要緊將精力集中在自己的應(yīng)用代碼開發(fā)。由于自身硬件資源匱乏且對環(huán)境要求較高,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)直接接入傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想便成了天方夜譚。最簡單易行的方法確實是：利用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)WSN與IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),而網(wǎng)關(guān)還需要一個WSN協(xié)調(diào)器對傳感網(wǎng)進(jìn)行總體協(xié)調(diào)調(diào)度。在本設(shè)計中采納現(xiàn)有的20個引腳的接口電路的Zigbee無線模塊。如圖3-8所示為WSN協(xié)調(diào)器接口電路,協(xié)調(diào)器與主操縱器之間能夠通過USART和SPI兩種方式實現(xiàn)通信。圖3-8 WSN協(xié)調(diào)器接口電路3.5本章小結(jié)本小節(jié)對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件

47、系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，選取 S5PV210作為主控器，并完成了對主操縱器和外圍芯片的接口電路設(shè)計。第四章三個模塊的連通性測試本系統(tǒng)將要緊介紹三個模塊功能的實現(xiàn)過程以及測試結(jié)果，即ZigBee內(nèi)部模塊通信的實現(xiàn)、ZigBee模塊與網(wǎng)關(guān)通信的實現(xiàn)、網(wǎng)關(guān)與因特網(wǎng)通信的實現(xiàn)。4.1 ZigBee內(nèi)部模塊通信實現(xiàn)ZigBee內(nèi)部模塊通信連接方式如圖4-1所示:圖4-1 ZigBee內(nèi)部模塊通信連接方式ZigBee CC2530自身集成了片內(nèi)的溫度傳感器。本實驗中路由器（Router）節(jié)點將采集到的室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)無線發(fā)送到協(xié)調(diào)器（Coordinator），協(xié)調(diào)器再通過UART發(fā)送給上位機(jī)并最終顯示出來。部分A

48、PI函數(shù)與功能如表4-2所示：表4-2 API函數(shù)與功能網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的程序流程圖如圖4-3所示,其要緊是編譯、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層初始化、目的地址設(shè)定、注冊端點描述符、注冊按鍵等。其中定義的處理事件的類型包括:按鍵、收到消息、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變，對收到的消息進(jìn)行以下結(jié)構(gòu)體定義:typedefstructosal_event_hdr_t hdr;uint16 groupld:uint16 clusterld;afAddrType_t srcAddr;byte endPoint;byte wasBroadcast;byte LinkQuality;byte SecurityUse;uint32 timestamp;

49、afMSG CommandFormat_t cmd;afIncomingMSGPacket_t在該部分中,要緊包含groupID目的組ID,clusterld目的簇ID,srcAddr源地址,endPoint目的端點號,cmd命令。圖4-3 協(xié)調(diào)器的程序流程圖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與協(xié)調(diào)器的程序流程僅在設(shè)備配置類型有些區(qū)不，其處理事件的機(jī)制是一致的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的程序流程圖如圖4-4所示:圖4-4網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序流程圖ZigBee的協(xié)議棧采納任務(wù)通信機(jī)制,本次實驗采納的任務(wù)機(jī)制如圖4-5所示：圖4-5 ZigBee的協(xié)議棧采納任務(wù)通信機(jī)制部分調(diào)用的函數(shù)及功能如下:uint16 SampleApp_ProcessE

50、vent(uint8 task-id,uint16 events)/定義優(yōu)先級最高的事件switch (MSGpkt-hdr.event)/分情況調(diào)用不同的函數(shù)處理事件void SampleApp_HandleKeys(uint8 shift,uint8 keys)/外部消息事件處理void SampleApp_SendPeriodicMessage(void)/通過OSAL定時器，定時發(fā)送周期信息AF_DataRequest()/用來發(fā)送數(shù)據(jù)下面具體講解CC2530將采集到的溫度信息發(fā)送給上位機(jī)的代碼實現(xiàn)過程。/*/#include#include InitUART_Timer.h /注意在

51、option里設(shè)置路徑#include stdio.h/*溫度傳感器初始化函數(shù)*/void initTempSensor(void)DISABLE_ALL_INTERRUPTS(); /關(guān)閉所有中斷InitClock(); /設(shè)置系統(tǒng)主時鐘為 32MTR0=0X01; /set 1 to connectthe temperature sensorto the SOC_ADC.ATEST=0X01; / Enablesthe temperature sensor/*讀取溫度傳感器 AD 值函數(shù)*/float getTemperature(void)uint value;ADCCON3 = (0

52、x3E); /選擇1.25V為參考電壓；14位分辨率；對片內(nèi)溫度傳感器采樣ADCCON1 |= 0 x30; /選擇ADC的啟動模式為手動ADCCON1 |= 0 x40; /啟動AD轉(zhuǎn)化while(!(ADCCON1 0 x80); /等待 AD 轉(zhuǎn)換完成value = ADCL 4; /ADCL 寄存器低 2 位無效value |= (UINT16)ADCH) 4);return (value-1367.5)/4.5-5; /依照 AD 值，計算出實際的溫度,溫度系數(shù)為4.5 /減去5，進(jìn)行溫度校正/*主函數(shù)*/voidmain(void)char i;char TempValue5;un

53、signed short* bufptr=(unsigned short*)(TempValue+2);float AvgTemp;InitUART0(); /初始化串口initTempSensor(); /初始化 ADCwhile(1)AvgTemp = 0;for(i = 0 ; i 64 ; i+)AvgTemp += getTemperature();AvgTemp=AvgTemp/2; /每次累加后除 2/*溫度轉(zhuǎn)換成ascii碼發(fā)送*/*TempValue0 = (unsigned char)(AvgTemp)/10 + 48; /十位TempValue1 = (unsigned

54、char)(AvgTemp)%10 + 48; /個位TempValue2 = .; /小數(shù)點TempValue3 = (unsigned char)(AvgTemp*10)%10+48; /十分位TempValue4 = (unsigned char)(AvgTemp*100)%10+48; /百分位TempValue5 = 0;*/ /字符串結(jié)束符TempValue0=0 x0EA;TempValue1=0 x55;*(bufptr)=(unsigned short)(AvgTemp*100);unsigned char sum=0;/校驗和for(i=0;i4;i+)sum+=TempV

55、aluei;TempValue4=sum;UartTX_Send_String( TempValue,5);Delayms(2000); /使用32M晶振，故那個地點2000約等于1S將基于ZigBee協(xié)議棧Z-Stack編寫的SampleAPP程序中的router project以及coordinator project分不燒寫到兩個ZigBee模塊中，然后，先給作為協(xié)調(diào)器(Coordinator)的ZigBee模塊上電，再給作為路由器(Router)的ZigBee模塊上電，以保證其能夠正確組網(wǎng)，現(xiàn)在，打開串口調(diào)試界面，我們能夠看到如圖4-6所示的結(jié)果：圖4-6 ZigBee模塊間通信實現(xiàn)結(jié)

56、果分析：我們用計算器將串口顯示的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，并與室內(nèi)的溫度計顯示數(shù)據(jù)作比較，可知在誤差同意范圍內(nèi)，圖中顯示數(shù)據(jù)確實為當(dāng)前室內(nèi)溫度，當(dāng)用手觸摸溫度傳感器芯片時，串口顯示的數(shù)據(jù)也會明顯升高。這講明兩個ZigBee模塊差不多正確組網(wǎng)，且作為路由器（Router）的ZigBee模塊能夠?qū)⒉杉降漠?dāng)前室內(nèi)溫度實時無線傳輸給作為協(xié)調(diào)器（Coordinator）的ZigBee模塊，達(dá)到了預(yù)期效果。4.2 ZigBee模塊與網(wǎng)關(guān)通信實現(xiàn)實現(xiàn)ZigBee連通區(qū)與網(wǎng)關(guān)的通信，事實上質(zhì)確實是實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的通信。因為關(guān)于星形的ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所有的節(jié)點都跟協(xié)調(diào)器交互。首先我

57、們來討論ZigBee模塊與ARM9開發(fā)板是如何實現(xiàn)通信的。ZigBee與ARM9開發(fā)板通過串口相連接，如圖4-7所示：圖4-7 ZigBee與ARM9開發(fā)板通信的方式串口通信滿足嵌入式系統(tǒng)低功耗、高帶寬利用率的差不多硬件要求。串口所調(diào)用的公共函數(shù)結(jié)構(gòu)體列表如表4-8所示：表4-8串口所調(diào)用的公共函數(shù)結(jié)構(gòu)體本文ZigBee模塊采納TI公司生產(chǎn)的CC2530,ZigBee協(xié)議棧對串口進(jìn)行了專門好的封裝并設(shè)計了一套API供用戶對串口進(jìn)行方便的操作,而幸免了直接操作寄存器帶來的苦惱,其功能如表4-9所示：表4-9ZigBee協(xié)議棧一旦ZigBee協(xié)調(diào)器接收到其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)后,就會自動產(chǎn)生一個事件,

58、依照任務(wù)通信機(jī)制，該事件就會告知應(yīng)用層，其串口發(fā)送流程圖如圖4-10所示：圖4-10串口發(fā)送流程圖在接收端采納中斷模式來驗證是否收到字節(jié)，當(dāng)串口接收到一個字節(jié)后,就會產(chǎn)生中斷,調(diào)用接收函數(shù)，接收是否完成是依照收到字節(jié)數(shù)是否等于UARTMessage Type_t結(jié)構(gòu)體中數(shù)據(jù)長度來推斷，串口接收流程如圖4-11所示：圖4-11 串口接收流程圖halUARTCfg_t uartConfig;uartConfig.configured =TRUE; /2530 dont care.uartConfig baudRate =0 x08; /設(shè)置波特率為115200,uartConfig.flowCon

59、trol =FALSE;uartConfig.flowControl Threshold=SERIAL_APP_THRESH;uartConfig.rx.maxBufsize=SERIAL_APP_RX_MAX;uartConfig.tx.maxBufsize=SERIAL_APP_TX_MAX;uartConfig.idleTimeout=SERIAL_APP_IDLE; /2530 dont care.uartCEnable=TRUE; /2530 dont care.一旦網(wǎng)關(guān)收到因特網(wǎng)傳來的數(shù)據(jù)后,依照UARTMessageType格式打包,保存在UART0 SendM

60、essage變量里,假如uartTask()檢查到此變量非空時,就和協(xié)調(diào)器交互后發(fā)送數(shù)據(jù)。程序流程如圖4-12所示:圖4-12 接收流程圖UARTO查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù):void UART0_SendByte(uint8 data)UOTHR=data;while(UOLSR0 x40)=0);采納查詢方式接收一字節(jié)數(shù)據(jù),如:Uint8UART0_RcvByte(void)在ZigBee連通模塊與網(wǎng)關(guān)的串口間要緊是通過三根線相連,一條是接收線（RXD）,一條發(fā)送線（TXD）,另一條地線（GND），本設(shè)計發(fā)送一組數(shù)據(jù)在串口調(diào)試助手中顯示,測試結(jié)果圖如圖4-13所示：圖4-13 ZigBee與ARM9