基于Zigbee技術(shù)的家用無線網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)
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根據(jù)課題要求，選擇的系統(tǒng)硬件組成：采用S3C4480嵌入式開發(fā)板，該開發(fā)自帶2M FLASH和8M RAM。網(wǎng)絡(luò)芯片采用RTL8019 10M網(wǎng)絡(luò)芯片，Zigbee通信模塊采用TI的CC2420芯片(兩片)。
選用的系統(tǒng)軟件組成：uCOS-Ⅱ+基本功能Zigbee協(xié)議棧+LWIP TCP／IP協(xié)議棧。
Zigbee無線網(wǎng)關(guān)基本功能為將基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)與基于Zigbee協(xié)議棧的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而可以將基于常用的以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，也可以將Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)中。開啟Zigbee無線網(wǎng)關(guān)，其它的RFD節(jié)點(diǎn)通過與其通信，加入到該無線網(wǎng)絡(luò)中。這樣Zigbee無線網(wǎng)關(guān)就可以管理所有節(jié)點(diǎn)。
這里涉及兩個(gè)主要協(xié)議棧：Zigbee協(xié)議棧和TCP／IP協(xié)議棧。
TCE／IP協(xié)議棧這里選擇適合嵌入式應(yīng)用的LWIP協(xié)議棧，具有良好的移植性并且開放源代碼。
考慮到目前還沒有完全可以用的Zigbee協(xié)議棧，在這里定義并實(shí)現(xiàn)了―個(gè)基本功能的Zigbee協(xié)議棧。其基本結(jié)構(gòu)為：
(1)phy層：該層主要實(shí)現(xiàn)與具體Zigbee模塊硬件有關(guān)的操作。
(2)mac層：基于phy層提供的接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的基本初始化，設(shè)置PAID，設(shè)置IEEE 64位地址，選擇通信通道，實(shí)現(xiàn)接收和發(fā)送Zigbee數(shù)據(jù)包功能。
(3)nwk層：該部分用來從mac獲得接收到的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)行一系列的操作。根據(jù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，如果是應(yīng)用層的數(shù)據(jù)，向上傳遞接收到的數(shù)據(jù)。如果是網(wǎng)絡(luò)層命令，則進(jìn)行具體操作。
實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)層命令有：
a)終端節(jié)點(diǎn)(RFD)請(qǐng)求加入該網(wǎng)絡(luò)：進(jìn)行驗(yàn)證，并為加入的終端節(jié)點(diǎn)分配地址。
b)終端節(jié)點(diǎn)(RFD)請(qǐng)求離開該網(wǎng)絡(luò)：進(jìn)行驗(yàn)證，并將該節(jié)點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)信息列表中刪除。
c)終端節(jié)點(diǎn)(RFD)加入該網(wǎng)絡(luò)成功。
d)終端節(jié)點(diǎn)(RFD)離開該網(wǎng)絡(luò)成功。
除此之外還包括針對(duì)這些請(qǐng)求的FFD響應(yīng)命令。
(4)app層：該層從nwk層獲得數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行操作，與具體應(yīng)用有關(guān)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157333.htm
3 家用網(wǎng)關(guān)的具體操作流程及其偽代碼
Zigbee協(xié)議棧與TCP／IP協(xié)議棧，分別作為uCOS-II系統(tǒng)的兩個(gè)任務(wù)，這兩個(gè)任務(wù)之間通過消息隊(duì)列或者郵箱的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，用以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的數(shù)據(jù)交換。
在啟動(dòng)主機(jī)軟件時(shí)，用戶通過設(shè)定要連接的Zigbee網(wǎng)關(guān)IP，從而使用Zigbee網(wǎng)關(guān)的連接。在連接成功以后，PC主機(jī)請(qǐng)求Zigbee網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的信息，Zigbee網(wǎng)關(guān)將Zigbee網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)軟件顯示所有可能的節(jié)點(diǎn)。獲得所有節(jié)點(diǎn)信息以后，用戶就可以選擇要通信的節(jié)點(diǎn)，并通過TCP將所有的操作信息發(fā)送給該節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)控制和監(jiān)控。
這里寫出Zigbee協(xié)議棧任務(wù)基本流程偽代碼。
4 網(wǎng)關(guān)調(diào)試方法
具體的操作過程：
(1)打開串口調(diào)試助手軟件，設(shè)置波特率為57 600，8位，l位停止，無奇偶校驗(yàn)和流量控制協(xié)議。
(2)連接好Zigbee與PC的串口，同時(shí)連接電源。
(3)在串口調(diào)試助手軟件中將顯示有關(guān)設(shè)備啟動(dòng)的信息和Zigbee網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息。這時(shí)說明Zigbee網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初始化完成，并形成了一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)。
(4)打開主機(jī)軟件，設(shè)置好連接的網(wǎng)關(guān)IP地址，然后點(diǎn)擊“連接”按鈕，這時(shí)在軟件左邊的列表框中顯示所有的Zigbee節(jié)點(diǎn)信息，也可以通過下面的“刷新節(jié)點(diǎn)信息”來獲得最新的節(jié)點(diǎn)信息列表。
主機(jī)軟件最下面的只讀編輯框，里面顯示的是一些日志信息，方便調(diào)試。圖3顯示了網(wǎng)關(guān)調(diào)試情況：
5 結(jié)論
通過網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)關(guān)具有實(shí)用性和可行性。在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)過程中，遇到不少困難，比如目前還沒有適用于ARM平臺(tái)的Zigbee協(xié)議棧，只能對(duì)現(xiàn)有的各種Zigbee協(xié)議棧進(jìn)行修改和移植，以適合ARM平臺(tái)，這一步實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。另外，為了節(jié)省設(shè)備成本，測試中兩個(gè)RFD設(shè)備同時(shí)接在一個(gè)Zigbee無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，距離較近，在實(shí)際生產(chǎn)測試中并不適用。
評(píng)論