ZigBee无线传感器网络入门

雨点打透心脏的1/2处 2023-10-04 15:06 71阅读 0赞

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#### 目录 ####

*  1.物联网的体系结构简介
 *   *  1.1.物理层
     *  1.2.介质访问控制层
     *  1.3.网络/安全层
     *  1.4.应用层
 *  2.最低需求估算
 *  3.硬件资源
 *   *  3.1.节点芯片选型
     *  3.2.CC2530简介
     *   *  3.2.1.CPU和内存
         *  3.2.2.时钟和电源管理
         *  3.2.3.外设
         *  3.2.4.无线设备
 *  4.ZigBee协议栈选型
 *  5.软件应用IAR
 *   *  5.1.协议栈Z-Stack目录
     *  5.2.协议栈的基本操作

## 1.物联网的体系结构简介 ##

### 1.1.物理层 ###

定义无线信息和MAC子层之间的接口，在驱动程序的基础上，实现数据传输和管理

提供两个服务：

> **数据服务：** 从无线信道上收发数据  
> **管理服务：**
> 
> 1.  信道能量检测
> 2.  链接质量指示
> 3.  载波检测
> 4.  空闲信道评估

### 1.2.介质访问控制层 ###

提供两个服务：

> **MAC层数据服务：** 保证MAC层协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发  
> **MAC层管理服务：** 保证MAC层的活动，并维护一个数据信息库

### 1.3.网络/安全层 ###

1.  管理设备加入和退出网络，申请安全结构、路由管理
2.  在设备之间发现和维护路由，发现邻设备、存储邻设备信息

### 1.4.应用层 ###

**应用支持子层（APS）：** 负责维持绑定表，在绑定的设备之间传送信息  
**ZigBee设备对象（ZDO）：** 定义设备在网络中的角色，发起响应和绑定请求，在网络设备之间建立安全机制

## 2.最低需求估算 ##

**打包：** 由上层协议到底层协议  
**解包：** 底层协议到上层协议

ZigBee协议套件紧凑而简单，并且实现其的要求很低

> 1.  8位处理器，如8051
> 2.  32KB的ROM，最小4KB的ROM
> 3.  主节点需要更多的RAN（节点的设备信息、转发表、关联表以及密钥存储）

## 3.硬件资源 ##

### 3.1.节点芯片选型 ###

CPU：数据总线宽度4位、8位、16位机、32位机和64位选择合适的即可

> 4位单片机主要应用于工业控制领域  
> 16位和32位单片机主要应用于视频采集、图形处理等方面

### 3.2.CC2530简介 ###

硬件内部模块大致可分为三大类：

1.  CPU和内存相关的模块
2.  外设、时钟和电源管理相关的模块
3.  无线电相关的模块

#### 3.2.1.CPU和内存 ####

> 1.  CPU内核是一个单周期的8051兼容内核
> 2.  三个不同的存储器访问总线（SFR、DATA和CODE/XDATA )，以单周期访问SFR 、DATA和主SRAM
> 3.  一个调试接口
> 4.  一个18源输入的扩展中断控制单元，18个中断源分为6组，每个中断与4个优先级之一相关

#### 3.2.2.时钟和电源管理 ####

> 1.  内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电
> 2.  CC2530由5中不同的复位源来复位设备

#### 3.2.3.外设 ####

> 1.  CC2530包含多种外设，允许程序设计者开发先进的应用
> 2.  调试接口执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试

#### 3.2.4.无线设备 ####

> CC2530具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令、读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块

## 4.ZigBee协议栈选型 ##

非开源、半开源和开源的协议栈

> 非开源：Freescale、Microchip  
> 半开源：Z-Stack（支持ZigBee和ZigBeePro）  
>     Z-Stack内联了OSAL操作系统，标准的C语言代码，使用IAR开发平台，是一款适合工业级应用的ZigBee协议栈  
> 开源：Freakz配合contiki操作系统  
>     适合学习

## 5.软件应用IAR ##

### 5.1.协议栈Z-Stack目录 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzU0MzU1MTcy_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

1.  **APP：应用层目录**
2.  **HAL：硬件层目录**
3.  **MAC：介质访问控制层**
4.  **MT：监控调试层目录**
5.  **NWK：网络层目录**
6.  **OSAL：协议栈的操作系统**
7.  **AF：应用框架层目录**
8.  **Security：安全层目录**
9.  **Tools：工程配置目录**
10. **ZDO：ZigBee设备对象**
11. **ZMAC：Z-Stack MAC**
12. **ZMain：ZigBee协议栈的主程序**

### 5.2.协议栈的基本操作 ###

1.  **移除、增加**  
    移除：右键-remove  
    增加：右键-add
2.  **查看函数宏定义**  
    选中函数，右键-Go to definition of …
3.  **信道选择和修改网络ID号**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzU0MzU1MTcy_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

f8w2530.cxl：包含了CC2530单片机的**连接控制指令**，包括堆栈的大小、内存分配等（一般情况不需要）  
f8wConfig.cfg：包含了**信道选择**、**网络ID号**等有关的链接命令  
f8wCoord.cfg：配制无线网络中的**协调器设备类型**、**CPU的运行频率**  
f8wEndev.cfg：配置无线网络中的**终端节点CPU和运行频率**及**MAC设定**  
f8wRouter.cfg：配置无线网络中的**路由设备的CPU运行频率**、**MAC设定**、**路由设定**等

1.  **设置ZigBee网络的拓扑结构**  
    ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzU0MzU1MTcy_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

在NWK-nwk\_globals.h中，将`NWK_MODE_MESH`（网状图）改为`NWK_MODE_START`（星状图，最简单、最稳定）或`NWK_MODE_TREE`(树状图)

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