融合GPRS技術的ZigBee無線網絡

主控制微處理器連接有CAN總線收發器和CAN總線控制器，它們可以和本地控制單元有線連接，并且通過CAN總線協議和網絡協調器進行數據交換，再通過網絡協調器與ZigBee網絡進行局域數據交換或者通過GPRS進行廣域數據交換。CAN總線模塊采用Microchip公司的MCP2515和MCP2551組合實現，通過CAN總線模塊可以和本地控制單元實現數據交互以實現應用工業控制或者科學醫療樓宇自動化控制等應用，CAN應用符合CAN2．0B總線規范。

對于射頻電路來說，器件的相互干擾成為一種敏感的負面因素，本混合系統網絡協調器由于包含了兩種射頻單元因而這個考慮變得更加重要，在PCB設計中，兩個射頻部分在布線的時候采取了分開布局的考慮，而且在射頻部分各自加裝了金屬板屏蔽以避免射頻的相互干擾，并在軟件設計時避免兩種射頻的同時發射或接收。
本混合系統的測試系統為RFD器件，RFD器件只進行數據的收發，并通過CAN總線收發器和局部控制單元進行數據交互。RFD器件的收發頻率和混合系統網絡協調器的ZigBee單元的收發頻率一致，應用802．15．4標準實現初始化和接入ZigBee網絡，實現ZigBee網絡的組網和數據收發。
3．3 GPRS-ZigBee混合系統網絡協調器的軟件設計
3．3．1 ZigBee模塊軟件結構
ZigBee協議棧是基于OSI模型分層設計，分為驅動層、協議層和應用層。驅動層主要提供硬件控制和相應的接口，協議層主要包括基于802．15．4協議的物理層數據鏈路層和網絡層，應用層調用協議層提供的服務，完成系統操作并和其他模塊通訊。
3．3．1．1 驅動層的設計
驅動層的設計主要是CCl000的驅動設計，CCl000可以由PDATA、PCLK和PALE實現通信配置，并由DIO和DCLK完成數據的傳輸。一個完整的CCl000配置要求發送29個數據幀，每個16位(7個地址位、1個讀／寫位和8個數據位)。驅動層的CCl000驅動以及驅動層和協議層的接口在AtMegal28中軟件實現。
3．3．1. 2 協議層的設計
協議層主要完成網絡的組成和網絡成員的管理，其中物理層主要負責物理層數據的發送和接收，MAC層主要負責幀控制和數據校驗，網絡層主要負責網絡的組建和網絡成員管理，本設計為一個網絡協調器和多個網絡節點組成的星型網絡，在組建網絡前網絡協調器首先檢查網絡環境，掃描網絡信道，發送組網廣播，通告網絡的PAN ID以及自己的64位MAC地址，等待網絡節點設備的連接請求，并依次登錄網絡節點設備。網絡節點掃描信道，向網絡協調器發出登錄或者離開請求，等待網絡協調器將該節點加入或刪除出網絡。
節點申請加入時搜索信道空閑狀態，發送信標幀，在接收到多個帶有鏈路質量信號參數的信標幀后，選取鏈路質量較好的節點并向協調器發出入網請求幀，協調器準許后會分配網內短地址給該節點。每個節點都有一個鄰居表，并且可以對其動態維護，在該鄰居表中含有一個父節點地址(除了根節點外)和多個子節點地址(除了葉結點外)，如此依次處理，則所有節點都登錄形成無線網絡，同理，一個節點離開網絡時，將向其父節點發送請求幀，父節點在接收到請求后會將該節點從網絡中摘除并向子節點發送響應幀。

網內傳播的信息幀有四種類型，分別為信標幀、數據幀、命令幀和確認幀。以通用NWK幀為例，信息幀的格式為：