Zigbee组网原理和应用剖析.docVIP

摘要： HYPERLINK /keyword/ZigBee \t _blank ZigBee技术是基于IEEE802.15.4的一种新兴的短距离、低功耗、低成本和低速率的无线 HYPERLINK /keyword/%B4%AB%B8%D0%C6%F7 \t _blank 传感器 HYPERLINK /keyword/%CD%F8%C2%E7 \t _blank 网络技术。网络节点作为无线传感器网络的物理载体，如何实现众多网络节点的智能化接入成为关键问题之一。本文提出了LM3S9B96+CC2520平台上 HYPERLINK /keyword/%CE%DE%CF%DF%CD%A8%D0%C5 \t _blank 无线通信节点的智能化设计，分析了ZigBee无线组网与 HYPERLINK /keyword/%CA%FD%BE%DD%CD%A8%D0%C5 \t _blank 数据通信技术，并实现了智能泊车引导系统的应用。 引言 基于IEEE802.15.4标准的ZigBee短距离低速无线个域网(LR-WPAN)协议将低速率、低功耗、低成本作为主要研究目标，是目前无线传感器网络的重要支撑协议之一。针对ZigBee无线短距离低功耗解决方案，虽然目前已经有好几家大 HYPERLINK /keyword/%B0%EB%B5%BC%CC%E5 \t _blank 半导体公司设计、生产了相应的无线芯片并提供了对应的支持协议栈，但是目前的ZigBee网络多是采用性能较低、存储容量较小的8/16位微控制器来实现的。然而，ZigBee无线网络的中心控制节点往往要分析、处理网络中通信的大量数据，在一些对实时及高效率有严格要求的应用场合，有必要采用高性能的微处理器作为节点的数据处理单元。TI公司Stellaris MCU内部拥有一个32位 HYPERLINK /keyword/ARM \t _blank ARM Cortex-M3处理器核，ARM Cortex-M3核具有高速的处理速度且支持芯片厂商自己扩展丰富的外设，比如网口、USB口、LCD等。同时，Stellaris系列微控制器包含了100多种可以向全球供货的32位ARM核的MCU。本文选用基于32位ARM Cottex-M3核的微控制器LM3S9B96作为无线芯片CC2520的微控制器单元构成协调器节点，另将8051核的SoC CC2530芯片模块作为终端采集节点。通过配置节点设备环境，实现了ZigBee协议下的终端数据采集及星型、树型下的无线组 HYPERLINK /keyword/%CD%F8%CD%A8 \t _blank 网通信功???，验证了不同规格的ZigBee无线模块在同一协议栈环境下能够正常组网通信，厂商提供的不同ZigBee设备可进行互操作。 1 ZigBee应用体系结构 本平台采用ZigBee标准技术，其具体应用体系结构如图1所示。其中，硬件实体层主要由处理器模块、无线通信模块构成，区别于协调器或 HYPERLINK /keyword/%C2%B7%D3%C9%C6%F7 \t _blank 路由器的全功能设备，作为精简功能设备的终端节点一般还需再配上传感器硬件模块以实现数据采集；OSAL软件功能模块作为TIZ-Stack协议栈中的操作系统抽象层，统一管理协议栈的运行以及各种任务事件的响应；ZigBee协议栈运行于OSAL抽象系统之上，该协议栈是由层来量化表示其整个协议标准的，每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供相应的数据接口及服务；ZigBee技术体系结构主要由物理(PHY)层、媒体访问控制(MAC)层、ZigBee网络(NWK)层以及应用(APL)层构成，其中物理层与媒体访问控制层协议为 HYPERLINK /keyword/IEEE \t _blank IEEE 802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，而应用层的应用则根据用户自己的应用需求进行开发利用。 在应用系统设计过程中，考虑到LM3S9B96的优良特性以及作为协调器对硬件节点的高性能要求，用该开发板来控制CC2520无线传输模块，并把LM3S9B96+CC2520作为协调器节点，这也是TI公司提供的新的32位无线传感器网络节点方案。同时，将集成了一个8051核及 HYPERLINK /keyword/%C9%E4%C6%B5 \t _blank 射频电路的CC2530无线模块作为路由和终端节点，终端节点的传感器则采用E18-D80NKDC-5V反射式接近开关传感器，以此构成ZigBee无线组网的硬件平台。在ZigBee协议栈选择方面，CC2520及CC2530使用的是TI公司设计的符合ZigBee2007/PRO标准系统的