融合GPRS技術(shù)的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

主控制微處理器連接有CAN總線收發(fā)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(guò)CAN總線協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局域數(shù)據(jù)交換或者通過(guò)GPRS進(jìn)行廣域數(shù)據(jù)交換。CAN總線模塊采用Microchip公司的MCP2515和MCP2551組合實(shí)現(xiàn)，通過(guò)CAN總線模塊可以和本地控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用工業(yè)控制或者科學(xué)醫(yī)療樓宇自動(dòng)化控制等應(yīng)用，CAN應(yīng)用符合CAN2．0B總線規(guī)范。

對(duì)于射頻電路來(lái)說(shuō)，器件的相互干擾成為一種敏感的負(fù)面因素，本混合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由于包含了兩種射頻單元因而這個(gè)考慮變得更加重要，在PCB設(shè)計(jì)中，兩個(gè)射頻部分在布線的時(shí)候采取了分開(kāi)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(shè)計(jì)時(shí)避免兩種射頻的同時(shí)發(fā)射或接收。
本混合系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)為RFD器件，RFD器件只進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，并通過(guò)CAN總線收發(fā)器和局部控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。RFD器件的收發(fā)頻率和混合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的ZigBee單元的收發(fā)頻率一致，應(yīng)用802．15．4標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)初始化和接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)。
3．3 GPRS-ZigBee混合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)
3．3．1 ZigBee模塊軟件結(jié)構(gòu)
ZigBee協(xié)議棧是基于OSI模型分層設(shè)計(jì)，分為驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層主要提供硬件控制和相應(yīng)的接口，協(xié)議層主要包括基于802．15．4協(xié)議的物理層數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層調(diào)用協(xié)議層提供的服務(wù)，完成系統(tǒng)操作并和其他模塊通訊。
3．3．1．1 驅(qū)動(dòng)層的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)層的設(shè)計(jì)主要是CCl000的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，CCl000可以由PDATA、PCLK和PALE實(shí)現(xiàn)通信配置，并由DIO和DCLK完成數(shù)據(jù)的傳輸。一個(gè)完整的CCl000配置要求發(fā)送29個(gè)數(shù)據(jù)幀，每個(gè)16位(7個(gè)地址位、1個(gè)讀／寫(xiě)位和8個(gè)數(shù)據(jù)位)。驅(qū)動(dòng)層的CCl000驅(qū)動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)層和協(xié)議層的接口在AtMegal28中軟件實(shí)現(xiàn)。
3．3．1. 2 協(xié)議層的設(shè)計(jì)
協(xié)議層主要完成網(wǎng)絡(luò)的組成和網(wǎng)絡(luò)成員的管理，其中物理層主要負(fù)責(zé)物理層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，MAC層主要負(fù)責(zé)幀控制和數(shù)據(jù)校驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建和網(wǎng)絡(luò)成員管理，本設(shè)計(jì)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的星型網(wǎng)絡(luò)，在組建網(wǎng)絡(luò)前網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先檢查網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，掃描網(wǎng)絡(luò)信道，發(fā)送組網(wǎng)廣播，通告網(wǎng)絡(luò)的PAN ID以及自己的64位MAC地址，等待網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的連接請(qǐng)求，并依次登錄網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)掃描信道，向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)出登錄或者離開(kāi)請(qǐng)求，等待網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將該節(jié)點(diǎn)加入或刪除出網(wǎng)絡(luò)。
節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入時(shí)搜索信道空閑狀態(tài)，發(fā)送信標(biāo)幀，在接收到多個(gè)帶有鏈路質(zhì)量信號(hào)參數(shù)的信標(biāo)幀后，選取鏈路質(zhì)量較好的節(jié)點(diǎn)并向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求幀，協(xié)調(diào)器準(zhǔn)許后會(huì)分配網(wǎng)內(nèi)短地址給該節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)鄰居表，并且可以對(duì)其動(dòng)態(tài)維護(hù)，在該鄰居表中含有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)地址(除了根節(jié)點(diǎn)外)和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)地址(除了葉結(jié)點(diǎn)外)，如此依次處理，則所有節(jié)點(diǎn)都登錄形成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同理，一個(gè)節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求幀，父節(jié)點(diǎn)在接收到請(qǐng)求后會(huì)將該節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中摘除并向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送響應(yīng)幀。

網(wǎng)內(nèi)傳播的信息幀有四種類(lèi)型，分別為信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、命令幀和確認(rèn)幀。以通用NWK幀為例，信息幀的格式為：