專業(yè)組先進(jìn)控制華東師范zigbee-wi fi無線網(wǎng)關(guān)

目 嵌入式ZigBee–Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實針對目前WSN/ZigBee設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（、電腦）無法直接通信的問WSN/ZigBee設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的全無線無縫通信。該設(shè)LM3S9B96+CC2520+Wi-FiZ–Stack協(xié)議棧為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了WSN的組網(wǎng)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、流量控制等通信功能。經(jīng)過功能和性能測試，證明系ThissystemisaZigBee-to-Wi-FiwirelessgatewaythatimplementsaWSN/ZigBeeseamless,wirelessconnectivitytoWLAN.ItwillhelpZigBeedevicescommunicatewithstandardequipmentsviawirelessmedium,viceversa.HardwaresystemiscomposedofLM3S9B96,CC2520andWi-Fimodule.Z-StackisTI’sZigBeesolutionthatmanagesnetworkformation,protocolconversion,flowcontrol,etc.ItrunsinLM3S9B96,andusesCC2520asthetransceiver.BothCC2520andWi-FimodulearecontrolledbyLM3S9B96.Functionaltestingandperformancetestingprovethatthissystemhasapracticalvalue.Itcanworkinmanyscenarios,suchashomeautomation.無線傳感網(wǎng)（WirelessSensorNetworks，WSNs）綜合了傳感器技術(shù)、嵌入各種集成化的微型傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和各種環(huán)境或監(jiān)測對式（串口232、485或者USB電纜）與PC相連，由PC完成數(shù)據(jù)的、轉(zhuǎn)相結(jié)合作為外部網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備具有較度ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳802.15.4WSN應(yīng)用的主要瓶WSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，特別是移動設(shè)備進(jìn)行無線通信成為了一個行之有效的解決方法就是設(shè)計一積小、功耗和成本較低且可以靈活部署的無線傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處理所獲得的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)工作。另外，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中引入無線數(shù)據(jù)傳輸方式（GR、CDMAWi-i），來降低開發(fā)成本和周期，很容易地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與控制，從而實ZigBee設(shè)備到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的無縫無線通信。Wi-Fi是目前最成功的無線局域網(wǎng)（WLAN）IEEE802.11技（如PAD、）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。通常，WLAN的帶寬和傳輸延遲比許多其他類型的用戶互聯(lián)網(wǎng)連接（ADSL、GPRS3G）要好得多，因為WLAN既提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，也提供本地通信服務(wù)。Wi-Fi在許多場合速度是受到共享連接和用戶人數(shù)的限制，而非技術(shù)本身。Wi-FiWi-Fi已成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的必備功能。ZigBeeWi-FiZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)能夠通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳遞給筆記本電腦、等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，反之，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備也可以發(fā)送命令給ZigBee設(shè)備，使其實現(xiàn)控制、等功能。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)、處理。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)把從傳感器Wi-Fi模Wi-FiPC端的軟件。本文設(shè)計的無線網(wǎng)關(guān)可以極大地改善無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸問題，使管理人員能夠及時準(zhǔn)確地在終端上獲取無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息，并對12圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流ZigBeeSensorLM3S9B96+CC2520、MSP430+CC2520CC2530。無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計在硬件上主要包含三個模塊：LM3S9B96、CC2520EMW-380Wi-Fi3。3LM3S9B96微控制器具有ARMCortex-M3處理器核，80MHz主頻，100DMIPS性能；片上256KB單周期Flash，96KB單周期SRAM，片上ROMSlarisWare軟件；8/16/32位獨(dú)立外設(shè)并行總線，支持SDRAM、SRAM/Flash、FPGA、CPLD；另外還具有非常豐富的外設(shè)資源。LM3S9B96微處理器的目標(biāo)應(yīng)用有工業(yè)、測試測量儀器、網(wǎng)絡(luò)裝置、醫(yī)療器械、能 CC2520TIZigBee?IEEE802.15.4RF2.4GHzISM頻帶。它可應(yīng)用于工業(yè)級產(chǎn)品中。CC2520提供了硬件上的幀處理，EMW-380Wi-FiWLAN功能的。EMW-380Wi-Fi模塊是Wi-Fi（802.11b/g）ARM處理器和Wi-Fi射頻組成，軟件集成了Wi-Fi、TCP/IP、UDP、DHCP等網(wǎng)UART/SPIMCU相連，并由一個簡單的API802.3幀格式的鏈路層數(shù)據(jù)服務(wù)。該模塊主LM3S9B96TCPWLAN，同時還可以將從WLAN發(fā)送過來令傳送給LM3S9B96。PRO)SmartEnergyHomeAutomation公共應(yīng)用模板，具有良好的LM3S9B96+CC2520。ZigBeemesh網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。低成本使得這項技術(shù)可以廣泛部署于無線應(yīng)用中。低功耗使得電池供電的設(shè)備具有更長的。Mesh網(wǎng)絡(luò)提供高可靠性和可擴(kuò)展范圍。ZigBee操作于工業(yè)、科技、醫(yī)療(ISM)頻帶：歐洲為868MHz，和澳大915MHz2.4GHz20250Kb/s。ZigBeemesh網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)必須有一個協(xié)調(diào)器，用來形成網(wǎng)絡(luò)，控制其參數(shù)，進(jìn)行基本。在星型網(wǎng)meshZigBee路由器擴(kuò)ZigBee圖 ZigBee協(xié)議ZigBee建立于IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.15.4(2003版本)的物理層和介質(zhì)控制層之4個主要組件：網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)和制造除了在底層結(jié)構(gòu)上增加了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層外，ZigBee最重要的改進(jìn)是引入ZDO。ZDO負(fù)責(zé)執(zhí)行多個任務(wù)，如執(zhí)行設(shè)備角色功能、管理加入網(wǎng)絡(luò)、設(shè)牙等設(shè)備相比，ZigBeeZigBee節(jié)點(diǎn)大多數(shù)時間都可以處于睡眠狀態(tài)，所以平均功耗很低，從而具有更長的電池。ZigBee產(chǎn)品主要應(yīng)用于需要低數(shù)據(jù)率、低功耗的嵌入式應(yīng)用中。整個網(wǎng)絡(luò)典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括家居和控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、、醫(yī)療數(shù)NYWi-Fi模5首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，配置板級時鐘和所需外設(shè)。然后初始化EMW-380模塊，通過UART向380模塊發(fā)送配置、復(fù)位、啟動等命令，然后等待380和PC端的服務(wù)器連接。當(dāng)380連上服務(wù)器后，就啟動 macEventLoop：ZigBeeMACnwk_event_loop：ZigBeeNWKMT_ProcessEvent：EMW-380APSF_ProcessEvent：ZigBeeAPSZDApp_event_loop：ZigBee其中EMW-380通信服務(wù)將負(fù)責(zé)是否收到了380模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。380EMSP命令的控制之下。EMSPEMSP_CMD_GET_CONFIGTCP/IPWi-Fi配置信息。EMSP_CMD_START：啟動模塊的Wi-Fi連接和TCPTCPWi-Fi的工作狀態(tài)。EMSP1所示。格式中包含一個協(xié)議頭（8個字節(jié)）和數(shù)據(jù)段（256個字節(jié)）。EMW-380模塊的響應(yīng)數(shù)據(jù)包格式也是按照1中的格式。octet:2222 表 EMSP數(shù)據(jù)包格1中也可以看出，所有請求和應(yīng)答都進(jìn)行了校驗和計算，從而保證了在數(shù)據(jù)透明傳輸模式下，模塊將通過Wi-Fi把主控發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝成TCP/UDPTCP/UDP數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)載荷通過UART發(fā)送給主控。在本系統(tǒng)中，EMW-380Wi-FiMode：Ad-hocTransferProtocol：TCPIPaddress：10.0.0.5NetMask:255.255.255.0Port在GenericApp_ProcessEvent任務(wù)中，每隔5秒鐘就發(fā)送廣播“oWorld”給ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。傳感器?jié)點(diǎn)收到廣播后就在LCD上顯示“oWorldreceived”，然后發(fā)送應(yīng)答命令給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在LCD上顯示“copythat”。此外，當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到服務(wù)器發(fā)送令后，ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行命令后，發(fā)送回復(fù)信Wi-Fi發(fā)送回復(fù)信息給服務(wù)器。ZigBeePanID0x123411Wi-Fi2octet:12表 Wi-Fi數(shù)據(jù)載荷格ZigBee3octet:412表 ZigBee數(shù)據(jù)載荷格目前我們實現(xiàn)了一個模板應(yīng)用：Wi-Fi設(shè)備（具有無線網(wǎng)卡的PC、、ipad等）服務(wù)器發(fā)送“cmd1”（開燈命令）或“cmd2”（關(guān)燈命令），網(wǎng)關(guān)節(jié)LCD上顯示“turnonthelight”或“turnoffthelight”，并發(fā)送相同命令給LCD上顯示“turnonthelight”或“turnoffthelightLCD上顯示“xxxxturnon”或“xxxxturnoff”，xxxxID。之后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)把回復(fù)給服務(wù)器，服務(wù)器顯示“xxxxisdone”。圖 家居燈控系我們的設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)在于：該無線網(wǎng)關(guān)是一積小、功耗低、成本低的ZigBee-Wi-FiZigBeeWSNWSNWSN中各個終端傳感器節(jié)點(diǎn)和路由傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將這些傳感數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)包Wi-FiWLAN中，Wi-FiAP方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器端。從WLAN到WSN的反向通訊也是可以的。該無線LM3S9B96開發(fā)板+Wi-FiWi-F