采用IEEE1451標準的無線變送器模塊的設計

　　2.3 ZigBee協議的NWK層

圖2 NWK幀格式

　 ZigBee聯盟在IEEE 802.15.4標準的PHY層基礎上制定了NWK層協議。其主要功能包括：網絡層協議數據單元處理、組網管理和路由功能。NWK幀格式如圖2所示。

　　2.4 ZigBee協議的APS層

　　應用層包括應用支持層(APS)、應用框架(AF)和ZigBee設備對象。

　　支持層(APS)：主要包括APS層協議數據單元APDU的處理、APS數據傳輸機制和節(jié)點間的應用對象綁定。

　　應用框架(AF)：為各個用戶自定義的應用對象提供了模板式的活動空間，為每個應用對象提供了鍵值對服務和報文服務供數據傳輸使用。

　　ZigBee設備對象：主要包括設備服務發(fā)現。

　　3 系統(tǒng)設計

　　本文設計了WTIM模塊。該模塊用于采集和處理數據，并通過SPZB260模塊將數據發(fā)送給NCAP，同時實現了 TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）、IEEE1451.5標準。SPZB260是專門用于嵌入式開發(fā)的低功耗ZigBee模塊。

　　3.1 WTIM模塊

　　WTIM模塊主要包括STM32F103C微控制器、SPZB260模塊、信號調理器和傳感器。其架構圖如圖3所示。其中，SPZB260模塊是與NCAP通信的模塊。

圖3 WTIM模塊架構圖

　　ADC在數據采樣中，使用了一階濾波算法：Y(n)=αX(n) (1-α)+Y(n-1)。式中：α為濾波系數；X(n)為本次采樣值；Y(n-1)為上次濾波輸出值；Y(n)為本次濾波輸出值。

　　3.2 TEDS

　　IEEE1451每一層中都有與之對應的TEDS。本文實現了PHYTEDS、MetaTEDS和TransducerChannel TEDS。其通用格式為：

　　structXXX_TEDS {

　　UInt32 TEDSlength;

　　TLV;

　　……

　　TLV;

　　UInt16 Checksum;

　　}

　　TEDSlength：XXX_TEDS結構體中除了TEDSlength之外所有字段的長度和。

　　TLV：一種包含類型(Type)、長度(Length)、值(Value)三個字段的結構體。

　　Type：XXX_TEDS各個TLV的ID。對于不同的TEDS，即使TLV的ID相同，代表的實際意義也不同。

　　Length：表示TLV結構體中Value字段的長度。

　　Value：該字段填充的是具體的TEDS信息。

　　Checkum：提供了對XXX_TEDS中之前字段（包括TEDSlength和所有TLV字段）的校驗和。

　　校驗和計算公式如下：Checksum=0xFFFF-∑TEDSlength+2i=1TEDSOctet(i)

　　3.3 IEEE1451.5標準的實現

　　IEEE1451支持3類無線通信協議，本文中實現的是ZigBee協議。IEEE1451.5標準中的ZigBee協議定義了模塊功能、接口函數，以及NCAP和WTIM之間的無線通信協議。其定義的協議棧如圖4所示。

圖4 IEEE1451.5標準的協議棧