第6章_嵌入式ZigBee无线网络通信ppt课件

1、第六章第六章 嵌入式嵌入式ZigBee无线网络通信无线网络通信主要内容主要内容vZigBee无线网络通信基础无线网络通信基础v基本软硬件体系设计基本软硬件体系设计 vZigBee网络编程应用实例网络编程应用实例 6.1 ZigBee6.1 ZigBee无线网络通信基础无线网络通信基础6.1.1 ZigBee6.1.1 ZigBee技术的由来与发展技术的由来与发展 ZigBeeZigBee是是IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4协议协议的代名词，（的代名词，（IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4负责开发负责开发ZigBeeZigBee网络层次中的下两层，即网络层次

2、中的下两层，即MACMAC层和层和PHYPHY层。层。ZigBeeZigBee联盟负责网络层以上的协议的开发联盟负责网络层以上的协议的开发本文中使用本文中使用ZigBeeZigBee作为该无线技术的总称。作为该无线技术的总称。 6.1.2 ZigBee的技术特征及优势1、ZigBee的技术特征2、ZigBee的技术优势（1低功耗。 （2低成本。 （3低速率。 （4近距离。 （5短时延。 （6高容量。 （7高安全。 （8免执照频段。 6.1.3 ZigBee6.1.3 ZigBee通信协议体系及其实现通信协议体系及其实现1 1、消费电子设备领域、消费电子设备领域2 2、工业领域、工业领域3 3、

3、智能交通、智能交通4 4、农业自动化、农业自动化5 5、医学辅助控制、医学辅助控制v6.1.4 ZigBee组网与帧格式组网与帧格式v1、ZigBee协议规范协议规范图6-1 ZigBee协议层次结构图（1PHY层层（2MAC层层（3网络层网络层（4应用层应用层2、ZigBee帧结构帧结构 （1物理层协议数据单元物理层协议数据单元PPDU格式格式（2MAC层帧格式层帧格式3、ZigBee安全机制安全机制4、ZigBee网络组织方式网络组织方式5、ZigBee传感器网络传感器网络6、ZigBee的实现的实现6.2 基本软硬件体系设计基本软硬件体系设计6.2.1 含含ZigBee技术的通信部件技术

4、的通信部件1、ZigBee ASIC2、ZigBee无线通信模块无线通信模块3、含有、含有ZigBee片内模块的微处理器片内模块的微处理器4、ZigBee无线通信实现方式无线通信实现方式6.2.2 ZigBee通信的软硬件设计通信的软硬件设计1、ZigBee无线通信的硬件体系设计无线通信的硬件体系设计以下给出了以下给出了TI-Chipcon两个典型收发器的电路两个典型收发器的电路图供设计参考图供设计参考 2、ZigBee无线通信的软件体系设计无线通信的软件体系设计（1CC2420内部寄存器的设置内部寄存器的设置 （2初始化初始化 （3缓冲发送模式缓冲发送模式 （4缓冲接收模式缓冲接收模式 3、

5、ZigBee软件开发工具及其使用软件开发工具及其使用 6.3 ZigBee网络编程应用实例网络编程应用实例6.3.1 火灾报警系统设计火灾报警系统设计1、系统方案设计、系统方案设计 无线传感器将探测到的火灾信号通过无线传感器将探测到的火灾信号通过ZigBee无无线通信方式发送至数据集中器；数据集中器将收集线通信方式发送至数据集中器；数据集中器将收集的数据送至火灾监控中心，再由火灾监控中心对这的数据送至火灾监控中心，再由火灾监控中心对这些数据进行计算处理和统计评估。些数据进行计算处理和统计评估。 2、系统硬件设计、系统硬件设计 系统主要由数据采集端和数据接收端构系统主要由数据采集端和数据接收端构

6、成。数据采集端由传感器、成。数据采集端由传感器、MCU和无线收发和无线收发芯片等组成。芯片等组成。MCU与无线收发芯片通过与无线收发芯片通过SPI总线连接，二者构成无线传输模块。数据接总线连接，二者构成无线传输模块。数据接收端使用相同的无线收发模块，并利用收端使用相同的无线收发模块，并利用RS232异步串口与异步串口与PC机通信。其功能相当于机通信。其功能相当于一个接入点，一方面将主机向数据采集端发一个接入点，一方面将主机向数据采集端发送的控制信号以无线的方式发射出去，另一送的控制信号以无线的方式发射出去，另一方面接收采集数据并上传给主机。系统硬件方面接收采集数据并上传给主机。系统硬件结构框图

7、如图结构框图如图6-11所示。所示。 图图6-113、软件设计、软件设计图6-12 接收端软件流程图图6-13 接收端软件流程图（1串口初始化程序如下 （2SPI初始化程序如下： （3SPI发送程序：（4中断程序如下 （5主程序如下 4、结语、结语 经实验证明，以经实验证明，以STC89LE516AD单片机单片机为核心，基于为核心，基于ZigBee技术的火灾报警系统，技术的火灾报警系统，可以准确地进行早期的火灾探测，实现火灾可以准确地进行早期的火灾探测，实现火灾预报警。相信通过努力，一个功能完善，基预报警。相信通过努力，一个功能完善，基于于ZigBee技术的无线火灾报警系统将得到推技术的无线火

8、灾报警系统将得到推广和应用。广和应用。6.3.2 无线片上系统设计无线片上系统设计1、无线温度检测终端的设计、无线温度检测终端的设计（1CC2430芯片概述芯片概述 CC2430芯片为芯片为Chipcon公司生产的公司生产的2.4GHz射频系统单芯片，其结构框图如图射频系统单芯片，其结构框图如图6-14所示。所示。 图6-14 CC2430芯片的结构框图（2SHT11结构与基本操作指令 SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSensTM技术的新型温湿度传感器。该传感器将CMOS芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。 传感器共有5条用户命令，具体命令格式

9、见表6-1 （3终端软硬件设计终端软硬件设计 CC2430芯片只需少量外围部件配合就能实现芯片只需少量外围部件配合就能实现信号的收发功能，非常简便实用。图信号的收发功能，非常简便实用。图6-15为为该温度检测终端的硬件结构。该温度检测终端的硬件结构。终端软件设计图6-16 发送程序流程图图6-17 接收程序流程图（4终端工作原理和试验结果显示终端测试到的温度和湿度值，首先传输给网关如图6-18所示），然后通过RS232口和PC机相连，在PC机上显示温度和湿度测试的结果如图6-19所示）。温度在22度左右波动，湿度在40%左右波动。温湿度的波动是因为温湿度本身都不是恒定值，受到周围环境的影响很大

10、 图6-18 网关示意图图6-19 PC机上显示温度和湿度测试的结果（5结束语 SmartRFCC2430是一款符合ZigBee技术的高集成度商业用射频收发器件，其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范。工作于免授权的2.4GHz频段，利用此芯片开发的无线传感器网络节点成本低，功耗小，适用于电池长期供电具有硬件加密安全可靠，组网灵活，抗毁性强等特点，为无线传感网络的广泛应用提供了理想的解决方案。本文设计的温度检测终端，其外围设备简单、功耗低、传输无线化，可以用在诸如温室、仓库和野外环境检测等场合。和传统检测方法相比，非常方便实用。 2、Z-Stack协议栈及其应用协议栈及其应用（1认识

11、协议栈认识协议栈 打开协议栈，在工程文件的左边打开协议栈，在工程文件的左边Workspace中可以看到整个协议栈的构架，中可以看到整个协议栈的构架，如图如图6-20所示，所示，图6-20 整个协议栈的构架（2建立自己的项目建立自己的项目 任务初始化函数任务初始化函数 任务初始化函数的功能是将该任务需要任务初始化函数的功能是将该任务需要完成的功能的功能部件初始化，在每一个任完成的功能的功能部件初始化，在每一个任务的初始化函数中，必须完成的功能是要得务的初始化函数中，必须完成的功能是要得到设置任务的任务到设置任务的任务ID。任务处理函数任务处理函数是对任务发生后的事件进行处理，在这个项目中主要完成

12、的功能是通过协调器上的按键发送一个数据，控制路由器的小灯。所以里面就应该设计到按键的事件处理，网络状态的判断判断设备的类型，是协调器还是路由器或者是终端设备和接收到信息后的处理。处理函数为：按键子函数接收处理函数发送函数（3完成任务的添加（4其他定义（5小结 通过上面的介绍，可以知道协议栈的一个简单的使用流程，由于整个协议栈已经将数据通讯的代码做好，我们只需要调用里面的函数就可以了，所以就没有具体介绍网络层里面的东西。完成任务添加后，在编译下载，就可以运行协议栈了，下载后，按协调器按键1对应无线龙扩展板UP键），会发送一个数据给路由器，路由器红灯闪烁，然后路由器也会发送一个数据回来，导致协调器红灯闪烁。课后习题课后习题6.1 ZigBee的技术特征及优势都包括哪些内容？的技术特征及优势都包括哪些内容？6.2 ZigBee通信协议体系的典型应用领域都有通信协议体系的典型应用领域都有哪些？哪些？6.3 ZigBee组网与帧格式都有哪些内容？组网与帧格式都有哪些内容？6.4 ZigBee无线通信部件有哪几种存在形式？无线通信部件