ZigBee网络节点基带处理器的设计与实现
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ZigBee 网络节点基带处理器的设计与实现
施汝杰，高佩君，田佳音，闵 昊
(复旦大学专用集成电路和系统国家重点实验室，上海 201203)
摘 要：设计一款新型符合ZigBee 协议的无线传感器网络节点基带处理器。提出一种O-QPSK 非相干解调的同步相关解码方式，解决了解调电路的结构冗余问题，降低了数字接收机的信噪比。设计收发控制器完成发送与接收流程的管理，通过模式切换和软件平台的优化降低了整个节点芯片的工作功耗和面积。通过Altera Stratix S80 FPGA 平台进行测试验证，结果符合设计要求。 关键词：ZigBee 协议；无线传感器网络；基带处理器
Design and Implementation of Baseband-processor
for ZigBee Network Node
SHI Ru-jie, GAO Pei-jun, TIAN Jia-yin, MIN Hao
(State Key Laboratory of ASIC & System, Fudan University, Shanghai 201203)
【Abstract 】This paper presents a new baseband-processor for Wireless Sensor Network(WSN) node based on ZigBee protocol. A dedicated demodulation architecture based on a non-coherent receiver algorithm is proposed to enhance the receive sensitivity and reduce the circuit redundancy. A new transceiver control unit is designed to manage the whole transmit and receive process. Other techniques, such as operation mode switch, power management, software platform optimization etc. are also implemented to reduce the power consumption as well as chip area. The design is implemented and verified in Altera Stratix S80 FPGA platform. Test results prove its expected functionality and its low power consumption.
【Key words 】ZigBee protocol; Wireless Sensor Network(WSN); baseband-processor
计 算 机 工 程Computer Engineering 第34卷 第17期
Vol.34 No.17 2008年9月
September 2008
·工程应用技术与实现·文章编号：1000—3428(2008)17—0219—03
文献标识码：A
中图分类号：TN492
1 概述
随着无线通信技术、智能传感器技术以及分布式计算机技术的高速发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)技术逐渐成熟[1-2]。其特点之一是采用电池供电，如何使有限能量尽可能长时间地维持网络的正常运转成为关键。为了满足WSN 低功耗、低成本的设计目标，ZigBee 联盟推
出了针对WSN 的ZigBee 协议。
ZigBee 协议的物理层(PHY)和媒体接入层(MAC)由IEEE
802.15.4 [3]
工作组制定，定义了900 MHz 和2.4 GHz 两个频段，由于2.4 GHz 在中国属于免费频段，因此本文的工作也基于这个频率展开。协议在2.405 GHz ~
2.480 GHz 的范围内共定义了16个频道，信道间隔为5 MHz ，调制方式为O- QPSK ，其数据传输速率为250 Kb/s ，采用了基于伪随机噪声(PN)码的直接序列扩
频(DSSS)技术，扩频增益为8。
对于无线传感器网络节点的设计已有文献提出，文献[4]
完成了节点模拟射频前端的设计，但缺乏MCU 控制和软件
支持，文献[5]用事件处理器设计实现了无线传感器网络节点的处理芯片，但并不符合ZigBee 协议的基带通讯准则。本文以ZigBee 协议为基础，设计了符合IEEE 802.15.4协议PHY 层和MAC 底层要求的WSN 节点信号基带处理器。工作模式切换、事件中断唤醒等方式有效降低了工作状态的功耗；同
时，解调模块采用了新的非相干同步相关解调算法，进一步提高了解调模块的信号接收灵敏度，降低了电路开销。
2 系统设计 2.1 基带设计结构
无线传感器网络节点基带由3部分组成，分别是微控制器(MCU)、收发机控制器(TCU)和调制解调模块。图1为整个基带处理器的模块设计结构。 图1 WSN 节点基带处理器结构
MCU 通过特殊功能寄存器(SFR)总线发送命令串，控制收发机的工作状态，包括接收、发送、闲置和睡眠等。TCU 作者简介：施汝杰(1983－)，男，硕士研究生，主研方向：无线传感器网络；高佩君，博士研究生；田佳音，硕士研究生；闵 昊， 教授 收稿日期：2007-10-15 E-mail ：shirujie@https://www.360docs.net/doc/618094585.html,
Front End Front End Chip
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—接收MCU 发送的指令，在工作模式间进行切换，并协调基带数字信号处理模块的收发工作。在发送链路中，帧数据处理器将对存于发送缓存(TXFIFO)中的数据进行处理，添加帧头，帧同步字节以及计算CRC 校验位，在接收到TCU 的发送指令后，将数据送入数字信号处理(DSP)模块，由DSP 模块实现DSSS 和O-QPSK 调制，将250 Kb/s 的数据流转换为2 Mchip/s 的片码序列，送入模数转换器。接收链路中，DSP 模块接收从模数转换器送入的信号，对信号进行O-QPSK 解调和片码相关处理，将经过调制的片码序列解码为250 Kb/s 的数据码流，由帧数据处理器实现帧同步及CRC 校验，若校验通过，将数据存入接收缓存(RXFIFO)，并中断提示MCU 接收完成。
在设计中，为了使软件程序能够更方便地被开发和移植，MCU 采用了Synopsys 的DesignWare 8051 IP 核。该MCU 兼容业界标准8051结构，有128 Byte SRAM 、64 KB RAM 和ROM ，并有计时计数器及RS232串口接口等周边模块，易于实现软件的C-51开发，它通过SFR 总线控制各周边模块，以命令串方式访问并改写收发控制器的状态寄存器，实现对基带工作模式的控制。
2.2 基带调制解调
IEEE 802.15.4协议使用了带Sine 成形的O-QPSK 调制方式。DSSS 扩频是通过将每4 bit 数据映射为一个Symbol 来选择16个准正交的PN 序列完成，每个PN 序列由32个片码组成。片码速率为2 Mb/s ，由此得到的数据率为250 Kb/s 。每个32位码被分成I-Q 两路16位子码。
有多种接收机结构可以实现对O-QPSK 调制类型的解 调[6]，但通常要采用电路代价较大(增大电路面积和门数)的波形成形匹配滤波器和载波恢复电路的相干解调方式，信号必须通过16路并行32位片码相关器。
为了使解调电路尽可能精简和有效，本文提出了一种基于非相干接收解调算法和特定相关同步模块的电路结构。该方法利用了半波Sine 成形O-QPSK 信号的相位连续性。根据接收信号的相位变化可以推出发射片码及它们的时钟同步信息。特别是电路跟随输入信号向量的旋转方向，它的变化可表示为
sgn()sgn()I Q Q I t t
θ???=
×?×?? (1) 相位增量信号(θ?)可以被用于重构发射片码，而它的过零点可以作为时序参考(最小的2个过0点间的周期即半个片
码周期)。相比传统的通过扩频码相关接收信号的方法，本文
提出的方法可以直接产生一组新的用于θ?信号的编码(见 表1)。
可以发现它们保留了原扩频码的特性，可以从一组编码通过旋转和反向得到。这种特性可以使得相关模块的设计更为简单，可以通过如图2所示的一个16组编码的位相关器实
现，每组编码通过位旋转即可得到，在一个片码周期内 (32个片码)线性的与片码进行相关运算。相关运算结果最大的编码被选出，并输出相应的4位解码后数据。在每帧数据的帧头部分，相关器也可以被用来得到时序和相位参考信息，
并传递给后续的处理模块。通过Matlab 的误码率(BER)模型
仿真验证，数字接收信道可以解调最小信噪比为0.5 dB 的输入信号，达到并超过了协议[3]
中的标准，进一步减少对前端模拟电路的灵敏度的要求。与传统的并行相关方法相比，本文的解码方法使硬件消耗也得到有效地降低。 表1 相位增量信号编码
Data Symbols
Chip values (c 0, c 1,…, c 31)
0000 00111111000100001010001100100110 0010 01100011111100010000101000110010 0100 00100110001111110001000010100011 0110 00110010011000111111000100001010 1000 10100011001001100011111100010000 1010 00001010001100100110001111110001 1100 00010000101000110010011000111111
1110 11110001000010100011001001100011 0001 11000000111011110101110011011001 0011 10011100000011101111010111001101 0101 11011001110000001110111101011100 0111 11001101100111000000111011110101 1001 01011100110110011100000011101111
1011 11110101110011011001110000001110 1101 11101111010111001101100111000000 1111
00001110111101011100110110011100
图2 ZigBee 片码解码电路
2.3 低功耗模式管理
在WSN 节点电路中，MCU 及模拟前端电路的功耗约占系统总功耗的80%。而系统进行收发工作时，降低这部分电路的电流会影响电路功能，因此，通过程序控制TCU 对MCU 及模拟前端电路的工作模式进行切换是比较合理的降低功耗的方法。
有多种途径可以实现TCU 工作状态间的切换：通过命令协处理器发送指令给TCU ，或者产生了内部事件，如接收模式中检测到SFD 位等。电路状态切换流程如图3所示。
图3 处理器模式切换流程 在正常工作状态下，电路处于闲置(IDLE)状态，该状态
下数字电路正常工作，利用使能信号，关闭模拟前端，此时可以实现对各个寄存器、存储器的访问操作。电路根据MCU 命令进入发送接收(TX, RX)状态，该状态下各访问操作被禁
止，模拟前端上电工作，信号处理基带在TCU的控制下按流程发送或接收数据。收发流程结束，TCU产生中断告知MCU，通过程序使MCU及基带电路进入睡眠状态，并关断模拟前端电源，整个电路进入低功耗模式。数字电路的睡眠状态是通过时钟门控将除计时器外的所有数字模块时钟关断实现的，这样彻底停止了模块空闲时钟的冗余翻转，降低时钟瞬时负载电容。
根据协议要求，通信通常仅在竞争访问周期的一个时间片内完成[3]，通过有效的程序设计，可以使整个节点90%以上处于睡眠模式，进一步延长了节点电池的使用寿命。
2.4 软件平台设计
本设计用标准C语言来生成有效的8051程序码，C语言应用较为广泛，对于简单的程序易于开发，也可使ZigBee 协议栈的移植更方便快捷。
在测试中，C程序经C51-编译器(如Keil-C51)编译为MCU可识别的机器码，输出为标准Intel-hex格式，写入外部ROM。设计中8051 MCU的程序取自外部ROM，系统上电复位后，从0x0000地址开始，逐条执行指令。
本文采用特殊功能寄存器(SFR)的控制管理机制，模块各个主要功能通过特殊功能寄存器实现。SFR寄存器主要分为命令寄存器和状态寄存器。访问命令寄存器可以改变工作模式，状态寄存器用于存取当前工作状态。部分寄存器功能如表2所示。
表2 控制寄存器表(部分)
寄存器名地址类型功能
SRESET D1
命令基带复位命令
SSLEEP D2
命令进入睡眠状态命令SRFOFF D3
命令关闭模拟前端命令，控制器回到闲置状态SRXON D4
命令接收命令，也是接收模拟前端的开关STXON D5
命令发送命令，也是发送模拟前端的开关SNOOP D9
命令不操作，可用于控制器延时TXFIFO A9
状态发送FIFO写入口，可写不可读RXFIFO AB
状态接收FIFO读出口，可读不可写RXLENGTH 96 状态接收帧数据长度
TXLENGTH 97 状态发送帧数据长度
SYNC_WORD 9A 状态 SFD同步字节内容
在程序设计中，要实现对应功能需要将各寄存器地址用宏定义加入头文件中，在主程序中用#include引用。对比传统针对底层硬件的机器码或汇编码开发方式，本文采用的基于特殊寄存器的高级语言设计方法易于实现对硬件功能的管理，可大大缩短上层软件的开发周期。
3 电路验证与实现
本文的硬件实现采用Verilog HDL硬件语言描述，在Altera Stratix-S80平台上得到完整的功能验证，图4为基带发射信号chip码经ADC采样模块得到的测试结果。其中，D0为复位触发信号，D5为Chip码5位精度的MSB位。信号的带宽为1.5 MHz，在直流处没有能量，是完整的正交信号。该信号处理基带实现了完整的ZigBee协议MAC层和PHY层，包括MCU程序控制、工作模式切换、直接序列扩频及相关解码、O-QPSK调制解调、帧同步和CRC校验。电路最终规模约为18 000门，逻辑单元8 024个，芯片管脚数为51个，系统时钟工作在16 MHz，图5为系统测试实图。
D0
D1
D2
D3
D4
D5
Signal
图4 O-QPSK调制波形
图5 FPGA的实现
4 结束语
随着ZigBee技术进一步的推广和应用，无线传感器网络节点单芯片实现日渐成为必然的趋势。本文对基于IEEE802.15.4协议的WSN节点基带处理器做了积极的探索和设计，然而仍留下许多值得改进之处，今后的工作可从以下2个方面展开：
(1)无线传感器网络节点的标准协议为ZigBee协议，而作为其底层协议的IEEE802.15.4协议中，尚有许多功能未加完成，例如信道接收能量强度检索、干净信道分配等，可以在后续设计中逐步加入。
(2)作为相当重要的无线传感器网络节点指标之一的功耗，还有很多想法有待实现，比如双晶振的引入、主芯片进入睡眠状态后由副晶振提供时钟用于唤醒等可以进一步降低节点的功耗。
参考文献
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A题_无线运动传感器节点设计
2020年TI杯大学生电子设计竞赛 无线运动传感器节点设计（A题） 1. 任务 基于TI模拟前端芯片ADS1292和温度传感器LMT70设计制作无线运动传感器节点，节点采用电池供电，要求能稳定采集和记录使用者的心电信息、体表温度和运动信息。 2. 要求 （1）基于ADS1292模拟前端芯片设计心电检测电路，完成使用者的心电信号实时测量，要求：（30分） ①实时采集和记录使用者的心电信号，实现动态心电图的测试与显示； ②分析计算使用者的心率，心率测量相对误差不大于5%。 （2）基于LMT70温度传感器测量使用者体表温度，要求：（20分） ①实时采集和记录使用者的体表温度，温度采样率不低于10次/分钟； ②体表温度测量误差绝对值不大于2℃。 （3）基于加速度计等传感器检测使用者运动信息，实现运动步数和运动距离的统计分析，要求：（20分） ①运动距离记录相对误差不大于10%； ②运动步数记录相对误差不大于5%。 （4）无线运动传感器节点能通过无线上传使用者的基本心电信号、体表温度和运动信息，并在服务器（手机）端实时显示动态心电图、体表温度和运动信息，要求传输时延不大于1秒。（25分） （5）其他。（5分） （6）设计报告。（20分）
3. 说明 （1）作品进行心电信号测试时，可以通过直接输入心电信号模拟器进行校准，在确认作品达到题目要求的测量精度后，再对具体的使用者进行心电信号测试。目前市面上有多种心电信号模拟器产品，各赛区可以自行选择心电信号模拟器作为标准信号，对作品进行测试。 （2）作品设计中进行体表温度测量的温度传感器LMT70，需要使用引线连接并裸露在外，便于测试。在进行测试校验和实测时，可以通过使用标准体温计来测量使用者掌心温度，与本作品测量使用者掌心温度来进行比对。 （3）本作品测量的使用者运动信息，可以通过使用者在标定5米长的直线上来回运动进行测试，统计运动步数和运动距离。 （4）本作品的无线运动传感器节点需要实现无线上网、上传节点传感数据到服务器中，然后在服务器中实现数据管理和数据显示。参赛者可以使用手机或笔记本电脑作为服务器端。如果使用笔记本电脑作为服务器端，则必须将电脑作为本作品的组成部分，在作品封存时一并封存。
Zigbee协议栈原理基础
1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。 ◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。 为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备
无线传感器网络的特点
无线传感器网络的特点 大规模网络 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在原始大森林采用传感器网络进行森林防火和环境监测，需要部署大量的传感器节点；另一方面，传感器节点部署很密集，在一个面积不是很大的空间内，密集部署了大量的传感器节点。 传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。 自组织网络在 传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的原始森林中，或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在传
感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，
从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。动态性网络传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。 可靠的网络 传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域，传感器节点可能工作在露天环境中，遭受太阳的暴晒或风吹雨淋，甚至遭到无关人员或动物的破坏。传感器节点往往采用随机部署，如通过飞机撒播或发射炮弹到指定区域进行部署。这些都要求传感器节点非常坚固，不易损坏，适应各种恶劣环境条件。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，不可能人工“照顾每个传感器节点，网络的维护十分困难甚至不可维护。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。
基于ZigBee技术的智能家居系统
一、智能家居的背景 从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点 二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能： (1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。 (2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对
无线传感器网络节点介绍
基于系统集成技术的节点类型和特点 在节点的功能设计和实现方面，目前常用的节点均为采用分立元器件的系统集成技术。已出现的多种节点的设计和平台套件，在体系结构上有相似性，主要区别在于采用了不同的微处理器，如AVR系列和MSP430系列等；或者采用了不同的射频芯片或通信协议，比如采用自定义协议、802.11协议、ZigBee[1]协议、蓝牙协议以及UWB通信方式等。典型的节点包括Berkeley Motes [2，3], Sensoria WINS[4], MIT μAMPs [5], Intel iMote [6], Intel XScale nodes [7], CSRIO研究室的CSRIO节点[8]、Tmote [9]、ShockFish公司的TinyNode[10]、耶鲁大学的XYZ节点[11] 、smart-its BTNodes[12]等。国内也出现诸多研究开发平台套件，包括中科院计算所的EASI系列[13-14]，中科院软件所、清华大学、中科大、哈工大、大连海事大学等单位也都已经开发出了节点平台支持网络研究和应用开发。 这些由不同公司以及研究机构研制的无线节点在硬件结构上基本相同，包括处理器单元、存储器单元、射频单元，扩展接口单元、传感器以及电源模块。其中，核心部分为处理器模块以及射频通信模块。处理器决定了节点的数据处理能力和运行速度等，射频通信模块决定了节点的工作频率和无线传输距离，它们的选型能在很大程度上影响节点的功能、整体能耗和工作寿命。 目前问世的传感节点（负责通过传感器采集数据的节点）大多使用如下几种处理器：ATMEL公司AVR系列的ATMega128L处理器，TI公司生产的MSP430系列处理器，而汇聚节点（负责会聚数据的节点）则采用了功能强大的ARM处理器、8051内核处理器、ML67Q500x系列或PXA270处理器。这些处理器的性能综合比较见表1。 表1、无线传感器网络节点中采用的处理器性能比较
ZigBee和短距离通信的那些事
基于ZigBee的短距离无线通信网络技术 近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大提高了人们的工作效率和生活质量。然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，能否在近距离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也比较高，并不适用于短距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得短距离无线通信成为可能，但是其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短距离无线接入技术——ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出，它能够满足小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等）的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。 二、ZigBee技术的特点及应用 ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（MediaAccess Control，MAC）层；ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点： 低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。 低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZigBee协议是免专利费的。
无线传感器网络节点硬件
1 系统结构概述 本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。 根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。 图1-1 传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。 2 节点核心模块设计： 2-1电源模块设计： 电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了 图2-1-1 提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V和1.8V的数字与模拟电压，电路如图2-1-1所示。 2-2传感器 模块设计： 温度传感器设 计：本设计采用 LM75DM-33R2串行 可编程温度传感 器，这种传感器在 环境温度超出用户 变成设置时通知主 控制器。滞后也是 可以编程解决。它 采用2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。它是数字型温度传感器，直接从
寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。 图2-2-1是其功能图，因为设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片 LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2所示。 图2-2-1 图2-2-2 因为cc2431本身带有A/D模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3。
ZigBee的工作原理
ZigBee 的工作原理_ZigBee 组网技术ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee 数传模块类 似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee 技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全的数据传输等。其中低功耗是Zigbee 技术最重要的特点。由于Zigbee 的传输速率相对较低发射功率较小，使得Zig bee 设备很省电，这是Zigbee 技术能够广泛应用的基石。 ZigBee 协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee 的基础是IEEE 802.15.4 。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee 联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API 进行了标准化。Zigbee 是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee 组网概述 组建一个完整的zigbee 网状网络包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。 ZigBee 网络初始化预备 Zigbee 网络的建立是由网络协调器发起的，任何一个zigbee 节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求： （1）节点是FFD节点，具备zigbee 协调器的能力; （2）节点还没有与其他网络连接，当节点已经与其他网络连接时，此节点只能作为该网络的子节点，因为一个zigbee 网络中有且只有一个网络协调器。 FFD：Full Func TIon Device 全功能节点 RFD：Reduced Func TI onDevice 半功能节点
第三章 ZigBee 无线网络技术
第三章ZigBee 无线网络技术 3.1 ZigBee无线网络技术的特点 ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（Media Access Control，MAC）层；ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点： (1)低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、传输速率低，发射功率仅为lmw，以及采用了休眠机制，因此ZigBee设备功耗很低，非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。 (2)低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。(3)时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。这样一方面节省了能量消耗，另一方面更适用于对时延敏感的场合，例如一些应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获取信息，以及安装在厨房内的烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻止火灾的发生。 (4)传输范围小：在不使用功率放大器的前提下，ZigBee节点的有效传输范围一般为10-75m，能覆盖普通的家庭和办公场所。 (5)网络容量大:根据ZigBee协议的16位短地址定义，一个ZigBee网络最多可以容纳65535个节点，而且还可以通过64位的IEEE地址进行扩展，因此ZigBee网络的容量是相当大的。 (6)数据传输速率低：2.4GHz频段为250kb/s，915MHz频段为40kb/s，868MHz频段只有20kb/s。 (7)可靠:采取了免冲撞机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。媒体接入控制子层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包
ZIGBEE无线定位技术
ZIGBEE无线定位技术 大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间，需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换，或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。 当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时，就需要考虑到市场化解决方案(market solution)。这些具体的计算方法是：节点首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点，对节点位置进行计算，最后，再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算，并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。 这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有 限的节点数量，是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此，高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。 针对上述问题，CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。因此，网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外，由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增，因此，C C2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。 本文所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的，然
而，这些测量结果同样适用于基于IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。 定位引擎技术 定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(R SSI)，计算所需定位的位置。在不同的环境中，两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。例如，当两个射频之间有一位行人时，接收信号将会降低30dBm。为了补偿这种差异，以及出于对定位结果精确性的考虑，定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值，进行相关的定位计算。其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。 在RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点，而需要计算定位位置的节点称为待测节点。 要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。定位引擎根据接收到的X 和Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值，计算定位位置。 将定位技术纳入网络协议 一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点，以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多，ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。
zigbee网络中的信息传输方式
Zigbee网络中的消息传输方式 1、广播 广播是zigbee网络中的一种数据传输方式，它是由网络中的一个节点向其它节点发送消息的过程。在zigbee网络中协调器，路由器和macRxOnWhenIdle域值为TRUE的终端设备可以参与广播转发，其余节点不参与。能够接受广播帧的目的节点由广播帧中的目的地址来确定，不同的广播地址及其对应接收节点类型如下表所示： 在所有参与广播的节点中都需要维护一个包含若干条广播事务记录（Broadcast Transaction Rcord，BTR）的广播事务表（Broadcast Transaction Table，BTT），该表用来记录哪些节点已经成功转发了广播帧。 一个节点接收到一个广播帧时首先检查帧中的目的地址和自己的设备类型是否相符。不相符则丢弃；相符的话设备从本地BTT中查找相应的BTR，若干存在，则对其进行更新；若不存在，则检查BTT 中是否有空的或者过期的BTR项。如果没有，则丢弃广播帧；若有则添加新的BTR项并将广播帧提交到高层进行处理。若节点属性中radius值不为0或者该设备不是终端设备则转发该帧。BTT表中每个BTR都有有效期，在有效期过后，设备会将该BTR定义为失效以便后续写入新的BTR。MAC PIB属性macRxOnWhenIdle值为FALSE的zigbee路由器接收到广播帧后将会以单播的形式将该帧发送到其邻居节点。如果一个节点接收到一个广播帧后节点查找BTT中的广播帧序列号发现其另外一个邻居已经广播了该帧，则节点将忽略该广播帧。为了方便重发广播帧，每个zigbee路由器的NWK层至少能够缓存1帧数据。Zigbee中广播的主要用于路由发现。广播过程如下图所示：
CAN总线智能传感器节点设计
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN 总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel 和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程2.0B标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。 （3）82527的寄存器结构[2]
无线传感器网络复习总结
复习 题型：共计38～39题，计算题较少，原理题很多 （1）选择题15’ （2）填空题10’ （3）名词解释3’x5 （4）作图题10’x1 （5）问答题20’x1（根据原理应用自主进行选择作答） 第1章 1.P3 图1.1无线网络的分类 2.无线传感器的定义P3 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户。 无线传感器网络的三个基本要素：传感器、感知对象、用户； 无线传感器网络的基本功能：协作式的感知、采集、处理和发布感知信息。
3.P4 图1.2现代信息技术与无线传感器网络之间的关系 无线传感器网络三个功能：数据采集、处理和传输； 对应的现代信息科技的三大基础技术：传感器技术、计算机技术和通信技术；对应的构成了信息系统的“感管”、“大脑”和“神经”。 4.P5P6 ★图1.3无线传感器网络的宏观架构 传感器网络网关原理是什么？
无线传感器通常包括传感器节点（sensor node），汇聚节点（sink node）和管理节点（manager node）。汇聚节点有时也称网关节点、信宿节点。 传感器节点见后2要点介绍。 Sink node：网关节点通过无线方式接收各传感器节点的数据并以互联网、移动通信网等有线的或无线的方式将数据传送给最终用户计算机。网关汇聚节点只需要具有处理器模块和射频模块、通过无线方式接收探测终端发送来的数据信息，再传输给有线网络的PC或服务器。汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力，它既可以是一个具有足够能量供给和更多内存资源与计算能力的增强型传感器节点，也可以是一个带有无线通信接口的特殊网关设备。汇聚节点连接传感器网络和外部网络。通过协议转换实现管理节点与传感器网络之间的通信，把收集到的数据信息转发到外部网络上，同时发布管理节点提交的任务。 5.传感器网络节点的组成P5 图1.4传感器网络节点的功能模块组成 传感器网络节点由哪些模块组成？－－－作图、简答 传感器模块负责探测目标的物理特征和现象，计算机模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发布和接受，电源模块负责节点供电，节点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。 6.传感器网络的协议分层P5 1.5传感器网络的协议分层 每一层的作用是什么？－－－作图、简单
ZigBee无线网络和收发器(葵花宝典中文版)
由于国内暂时还没有该文献的中文版本，而ZigBee Wireless Networks and Transceivers又是ZigBee界的葵花宝典，为了自己更好的学习，所以决定将比较多的蛋疼的时间拿出来做点有意义的事，虽然翻译水平不是很高，但是在翻译的过程中肯定能得到进步，最关键的就是检验自己的毅力，看看能否坚持。在这个过程中，如果还能帮到一些正在入门ZigBee的朋友那就更好了。废话不多说，开始 ZigBee Wireless Networks and Transceivers ZigBee无线网络和收发器 1第一章ZigBee基础 本章主要介绍了短距离无线网络通信的ZigBee标准，本章的主要目的就是对ZigBee的基础特性进行一下简单的概述，包括它的网络拓扑、信道访问机制和每个协议层所扮演的角色，在后续章节中对本章所讨论的内容有详细的解释。 1.1 什么是ZigBee? ZigBee是为低数据速率、短距离无线网络通信定义的一系列通信协议标准。基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ, 915MHZ和2.4Z频带。其最大数据速率是250Kbps. ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。 ZigBee的其中一个应用就是室内病人监控。例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析。 另一个ZigBee的应用例子就是大型楼宇结构安全的监控。在此应用中，一个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如加速度计），所有的这些传感器形成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。而传感器收集到的数据有助于加速和减少检测的花费。在第二章中还提供了一些其他ZigBee的应用例子。 ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件开发者到原始设备生产商、安装商。ZigBee联盟是2002年创立的
ZigBee的工作原理
ZigBｅｅ得工作原理_ZigBee组网技术ZigBee就是一种高可靠得无线数传网络,类似于CDMA与GSＭ网络。ZiｇBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准得７5m到几百米、几公里,并且支持无限扩展。Zｉg ｂee技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全得数据传输等。其中低功耗就是Zigbee技术最重要得特点。由于 Zigbee得传输速率相对较低发射功率较小,使得Ｚｉg beｅ设备很省电,这就是 Zigbee技术能够广泛应用得基石。 ＺｉｇＢeｅ协议适应无线传感器得低花费、低能量、高容错性等得要求。Zigｂｅe 得基础就是IＥEE 80２.１5。4、但ＩＥEE仅处理低级MAC层与物理层协议,因此Zigbeｅ联盟扩展了IEEE,对其网络层协议与API进行了标准化。Zigbee就是一种新兴得短距离、低速率得无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己得协议标准,在数千个微小得传感器之间相互协调实现通信。 ZigBeｅ组网概述 组建一个完整得zigbｅe网状网络包括两个步骤:网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤:通过与协调器连接入网与通过已有父节点入网。 ＺiｇＢeｅ网络初始化预备 Zigｂee网络得建立就是由网络协调器发起得,任何一个ziｇbee节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求: (1)节点就是FFD节点,具备ｚiｇbeｅ协调器得能力; (2)节点还没有与其她网络连接,当节点已经与其她网络连接时,此节点只能作为该网络得子节点,因为一个zigｂee网络中有且只有一个网络协调器。 FFＤ:Full Func TI on Dｅｖｉｃe 全功能节点 RFD:Rｅｄuceｄ FｕｎｃTI onDevicｅ半功能节点
无线传感器网络知识点归纳
一、无线传感器网络的概述 1、无线传感器网络定义，无线传感器网络三要素，无线传感器网络的任务，无线传感器网 络的体系结构示意图，组成部分（P1-2） 定义：无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）是由部署在监测区域内大量的成本很低、微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息，并发送给观察者或者用户 另一种定义：无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户 三要素：传感器，感知对象和观察者 任务：利用传感器节点来监测节点周围的环境，收集相关的数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测 体系结构示意图： 组成部分：传感器节点、汇聚节点、网关节点和基站 2、无线传感器网络的特点（P2-4） （1）大规模性且具有自适应性 （2）无中心和自组织 （3）网络动态性强 （4）以数据为中心的网络 （5）应用相关性 3、无线传感器网络节点的硬件组成结构（P4-6） 无线传感器节点的硬件部分一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块4部分组成。
4、常见的无线传感器节点产品，几种Crossbow公司的Mica系列节点（Mica2、 Telosb） 的硬件组成（P6） 5、无线传感器网络的协议栈体系结构（P7） 1.各层协议的功能 应用层：主要任务是获取数据并进行初步处理，包括一系列基于监测任务的应用层软件 传输层：负责数据流的传输控制 网络层：主要负责路由生成与路由选择 数据链路层：负责数据成帧，帧检测，媒体访问和差错控制 物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能 2.管理平台的功能 （1）能量管理平台管理传感器节点如何使用能源。 （2）移动管理平台检测并注册传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪邻居的位置。 （3）任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。 6、无线传感器网络的应用领域（P8-9） （1）军事应用 （2）智能农业和环境监测 （3）医疗健康 （4）紧急和临时场合 （5）家庭应用 （6）空间探索
zigbee网络建立与加入
协议栈如何辨别设备类型？
在上图中可以看到协调器建立网络的步骤以及路由器和终端加入网络的过程，但协议栈究竟如何区分设备类型，仅从图中无法看出。 在ZDApp.c文件中，ZDOInitDevice( uint16 startDelay )函数调用了ZDAppDetermineDeviceType()函数，函数原型： /********************************************************************* * @fn ZDAppDetermineDeviceType() * @brief Determines the type of device to start. * * Looks at zgDeviceLogicalType and determines what type of * device to start. The types are: * ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR * ZG_DEVICETYPE_ROUTER * ZG_DEVICETYPE_ENDDEVICE * * @param none * @return none */ void ZDAppDetermineDeviceType( void ) { if ( zgDeviceLogicalType == ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR ) { devStartMode = MODE_HARD; // Start as a coordinator
ZDO_Config_Node_Descriptor.LogicalType = NODETYPE_COORDINATOR; } else { if ( zgDeviceLogicalType == ZG_DEVICETYPE_ROUTER ) ZDO_Config_Node_Descriptor.LogicalType = NODETYPE_ROUTER; else if ( zgDeviceLogicalType == ZG_DEVICETYPE_ENDDEVICE ) ZDO_Config_Node_Descriptor.LogicalType = NODETYPE_DEVICE; // If AIB_apsUseExtendedPANID is set to a non-zero value by commissioning // The device shall do rejoin the network. Otherwise, do normal join if ( nwk_ExtPANIDValid( AIB_apsUseExtendedPANID ) == false ) { devStartMode = MODE_JOIN; // Assume joining } else { devStartMode = MODE_REJOIN; } }
《无线传感器网络》选修课试题
一、填空题（每题4分，共计60分） 1、传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者 2、传感器网络的基本功能：协作地感知、采集、处理和发布感知信息 3、无线传感器节点的基本功能：采集、处理、控制和通信等 4、传感器网络常见的时间同步机制有： 5、无线通信物理层的主要技术包括：介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术 6扩频技术按照工作方式的不同，可以分为以下四种： ：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频扩频 7、定向扩散路由机制可以分为三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建立和路径加强 8、无线传感器网络特点：大规模网络、自组织网络、可靠的网络、以数据为中心的网络、应用相关的网络 9、无线传感器网络的关键技术主要包括：网络拓扑控制、网络协议、时间同步、定位技术、数据融合及管理、网络安全、应用层技术等 10、IEEE 802.15.4标准主要包括：物理层和MAC层的标准 11、简述无线传感器网络后台管理软件结构与组成：后台管理软件通常由数据库、数据处理引擎、图形用户界面和后台组件四个部分组成。 12、数据融合的内容主要包括：多传感器的目标探测、数据关联、跟踪与识别、情况评估和预测 13、无线传感器网络可以选择的频段有：868MHZ、915MHZ、2.4GHZ 5GHZ 14、传感器网络的电源节能方法：休眠机制、数据融合等， 15、传感器网络的安全问题：(1) 机密性问题。 (2) 点到点的消息认证问题。 (3) 完整性鉴别问题。 16、802.11规定三种帧间间隔：短帧间间隔SIFS，长度为 28 μs 、点协调功能帧间间隔PIFS长度是 SIFS 加一个时隙(slot)长度，即78 μs 分布协调功能帧间间隔DIFS ，DIFS长度=PIFS +1个时隙长度，DIFS 的长度为128 μs
基于的CAN总线智能传感器节点设计精修订
基于的C A N总线智能传感器节点设计 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
基于82527的CAN总线智能传感器节点设计 摘要：介绍一种以8051微控制器和82527独立CAN总线控制器为核心组成的CAN总线智能传感器节点的设计方法，并给出其硬件原理图和初始化程序。 关键词：CAN总线 82527 单片机数据采集智能节点 引言 CAN（Controller Area Network，控制局域网）属于工业现场总线，是德国Bosch公司20世纪80年代初作为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器间的数据交换而开发的一种通信协议。1993年11月，ISO正式颁布了高速通信控制局域网（CAN）的国际标准（ISO11898）。CAN总线系统中现场数据的采集由传感器完成，目前，带有CAN总线接口的传感器种类还不多，价格也较贵。本文给出一种由8051单片机和82527独立CAN总线控制器为核心构成的智能节点电路，在普通传感器基础上形成可接收8路模拟量输入和智能传感器节点。
1 独立CAN总线控制器82527介绍 82527是Intel公司生产的独立CAN总线控制器，可通过并行总线与Intel和Motrorola的控制器接口；支持CAN规程标准，具有接收和发送功能并可完成报文滤波。82527采用CHMOS 5V工艺制造，44脚PLCC封装，使用温度为-44～+125℃，其引脚的排列和定义参见参考文献[1]。 （1）82527的时钟信号 82527的运行由2种时钟控制：系统时钟SCLK和寄存器时钟MCLK。SCLK 由外部晶振获得，MCLK对SCLK分频获得。CAN总线的位定时依据SCLK的频率，而MCLK为寄存器操作提供时钟。SCLK频率可以等于外部晶振XTAL，也可以是其频率的1/2；MCLK的频率可以等于SCLK或是其频率的1/2。系统复位后的默认设置是SCLK=XTAL/2，MCLK=SCLK/2。 （2）82527的工作模式 82527有5种工作模式：Intel方式8位分时复用模式；Intel方式16位分时复用模式；串行接口模式；非Intel方式8位分时复用模式；8位非分时复用模式。本文应用Intel方式8位分时复用模式，此时82527的30和44脚接地。