一種ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)
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網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。主要由MCU CF5213及支撐電路和外部模塊組成。CF5213的支撐電路包括電源電路，晶振電路和復(fù)位電路。串行通信接口主要用來進(jìn)行通訊和配置數(shù)據(jù)的設(shè)置，而液晶模塊則用來實時反映協(xié)調(diào)者當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。射頻通信模塊則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者與網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點及其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者的無線通信。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者的MCU是32位的Coldfire5213。CF5213具有多種低功耗模式，成本十分低廉，用于價格比較敏感的低端控制場合。它帶有MAC單元的V2核，CPU在80MHz的工作頻率下達(dá)到66MIPS；32K字節(jié)的片上SRAM，256K字節(jié)的片上FLASH；12位精度的ADC模塊；帶有緩沖隊列的SPI模塊；支持最多達(dá)63個中斷源的中斷控制器；具有方便的背景調(diào)試模塊；另外它還有豐富的第三方RTOS支持。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/188855.htm
CF5213和射頻通信模塊中MC13192的接口電路與終端節(jié)點的MCU和MC13192的接口電路類似，只需將通用I/O端口做相應(yīng)的修改即可，在此不再細(xì)述。
4.3 射頻電路
射頻芯片MC13192的支撐電路包括電源電路，濾波電路和晶振電路，其邏輯連接如圖5。VBATT和VDDINT是電源輸入引腳，MC13192的正常工作電壓為2.0-3.6V。VDDA，VDDLO1和VDDLO2為經(jīng)過整流的模擬電壓。VDD為經(jīng)過內(nèi)部整流的數(shù)字電壓。VDDVCO為VCO電路供電。XTAL1和XTAL2外接16MHz的專用于2.4GHz射頻電路的晶振。
5 軟件結(jié)構(gòu)
如圖6所示，軟件設(shè)計分為三層：系統(tǒng)平臺層、協(xié)議層和應(yīng)用層，為此定義了3個API接口：HW-API、SYS-API和PS-API。HW-API定義了硬件的寄存器映射，這樣就能通過直接訪問硬件寄存器來控制硬件。系統(tǒng)平臺層通過SYS-API接口來給協(xié)議層提供服務(wù)。應(yīng)用層通過PS-API來調(diào)用協(xié)議層提供的服務(wù)。
系統(tǒng)平臺層建立在μC/OS-II實時操作系統(tǒng)上，為協(xié)議層提供系統(tǒng)服務(wù)。一般來說，由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點要求很強(qiáng)的成本控制，可以不使用RTOS。而對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，由于協(xié)議本身的復(fù)雜性增加，而且微控制器有足夠的性能來支持RTOS，需要使用RTOS 。雖然終端設(shè)備可以無RTOS工作，但考慮到GT60有足夠豐富的資源，為了設(shè)計的統(tǒng)一性，避免在兩個平臺切換，本方案中統(tǒng)一使用了免費的RTOS μC/OS-II。μC/OS-II是一個完整的，可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務(wù)內(nèi)核，在V2.52版本之前，是免費的（非商業(yè)用途）且源代碼公開，提供了實時系統(tǒng)的基本功能。
系統(tǒng)平臺層本身又分為二個模塊：DBM和HWD。DBM主要實現(xiàn)一個基于FLASH的小型數(shù)據(jù)庫，用來存儲IEEE 802.15.4的PHY層、MAC層和ZigBee的NWK層的屬性數(shù)據(jù)。HWD模塊提供硬件驅(qū)動程序，包括了MCU的寄存器訪問接口、 MCU和MC13192的SPI通信以及MC13192的驅(qū)動，所有對硬件的控制都通過該模塊提供的服務(wù)。
協(xié)議層則實現(xiàn)了基于802.15.4的物理層和鏈路層以及基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。應(yīng)用層通過PS-API來調(diào)用協(xié)議層提供的服務(wù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)。應(yīng)用配置模塊既會調(diào)用協(xié)議層提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也會直接對系統(tǒng)進(jìn)行配置和查詢，該模塊會調(diào)用PS-API和SYS-API提供的服務(wù)。
6 結(jié)束語
本文選擇IEEE 工作組為低速個人無線網(wǎng)制定的802.15.4為切入點，配合ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層規(guī)范，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文作者的創(chuàng)新點在于采用Freescale公司新推出的ZigBee芯片MC13192和超低功耗控制器MC9S98GT60、CF5213，實現(xiàn)了硬件和軟件的一體化設(shè)計，為進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究提供一個良好的起點。實驗表明，該方案具有良好的可靠性和通信速率，同時，良好的性能價格結(jié)合點使其具有廣闊的市場推廣前景。
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