基于單片機的Zigbee傳感器節(jié)點硬件設(shè)計

2.1協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計

協(xié)調(diào)器的軟件流程圖如圖1所示。系統(tǒng)剛開始初始化，硬件協(xié)議初始化后開始建立網(wǎng)絡，判斷節(jié)點是否接入網(wǎng)絡，接入網(wǎng)絡成功后運行協(xié)議任務，接收節(jié)點數(shù)據(jù)并發(fā)送到PC上。

建立過程中若超過次數(shù)則接收失敗，繼續(xù)下一次接收。

圖1 協(xié)調(diào)器的軟件流程

2.2成員節(jié)點的軟件設(shè)計

成員節(jié)點主要是采集傳感器數(shù)據(jù)和接受來自協(xié)調(diào)器的控制數(shù)據(jù)。當沒有數(shù)據(jù)收發(fā)時進入休眠狀態(tài)，節(jié)點功耗降到最低，成員節(jié)點的軟件設(shè)計流程圖如圖2所示。系統(tǒng)初始化后進行硬件和協(xié)議初始化，加載成功后進行協(xié)議任務，判斷任務后測量傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)到協(xié)調(diào)器，進入休眠狀態(tài)后再執(zhí)行下一個任務，若超過規(guī)定次數(shù)，網(wǎng)絡建立失敗。

圖2 成員節(jié)點的軟件流程

2.3物理層和MAC層的設(shè)計

CC2420芯片提供了物理層的數(shù)據(jù)服務和管理服務，MAC層點到點通信的服務接口通過程序控制CC2420寄存器完成傳感器數(shù)據(jù)的收發(fā)。IEEE802.15.4定義的MAC幀格式：MAC層頭幀；MAC凈載荷；MAC層幀尾。其中，MHR有固定的順序，并不是所有的幀都包含地址域。

2.4網(wǎng)絡層的設(shè)計

可以根據(jù)實際情況選擇AODV路由或者樹形路由。

ZigBee的網(wǎng)絡層支持多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，針對結(jié)點數(shù)量的限制選擇星形網(wǎng)絡。在星型網(wǎng)絡中，節(jié)點被配置成1個全功能節(jié)點和1個或多個簡化功能節(jié)點所有的RFD都只能和FFD通信。節(jié)點的網(wǎng)絡層協(xié)議采用樹形路由算法與AODV路由算法相結(jié)合的路由算法，其中樹形路由算法指的是在做路由選擇策略時利用樹形結(jié)構(gòu)址；AODV算法則是對AdHoc按需距離矢量路由算法的改進。本文設(shè)計節(jié)點組網(wǎng)測試選擇了星形網(wǎng)絡，一個是協(xié)調(diào)器，另外兩個是光傳感節(jié)點，從可視化后臺軟件SNAMP可以看到節(jié)點組成的網(wǎng)絡拓撲圖和接收來的數(shù)據(jù)包，如圖3所示。

圖3節(jié)點硬件實物圖與組網(wǎng)測試

3 結(jié)論

通過此次設(shè)計，實驗證明了節(jié)點的體積小、集成度高、功耗低，通過多層次布線不僅減少了信號的干擾，而且加大了傳輸?shù)木嚯x。軟件設(shè)計可以通過節(jié)點編程實現(xiàn)協(xié)調(diào)器、路由器和網(wǎng)絡終端的傳輸。硬件中的模塊設(shè)計可以根據(jù)具體的需要更改不同的傳感模塊，具有更高的靈活性。