基于IEEE1451標準的無(wú)線(xiàn)變送器模塊的設計

　?、?IEEE1451.3：包括分布式多點(diǎn)系統數字通信與TEDS格式的定義，主要用于點(diǎn)對多點(diǎn)分布式智能傳感器系統的同步數據采集與通信。

　?、?IEEE1451.4：包含混合模式通信協(xié)議與TEDS格式的定義。其主要針對已存在的模擬量變送器通信協(xié)議，一方面支持數字接口對TEDS數據的讀寫(xiě)，另一方面支持模擬接口對現場(chǎng)儀器的測量。

　?、?IEEE1451.5：定義智能傳感器的無(wú)線(xiàn)通信接口，通過(guò)指定的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議在無(wú)線(xiàn)變送器接口模塊(WTIM)和NCAP進(jìn)行通信。目前支持WiFi、藍牙、ZigBee協(xié)議。IEEE1451.5也定義與無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議相關(guān)的TEDS。

　　2 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議

　　IEEE1451.5標準為使用不同通信協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器提供一個(gè)統一的接口，不是開(kāi)發(fā)一種新的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，而是采用已經(jīng)成熟的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為接口標準。IEEE 1451.1標準提議了3種無(wú)線(xiàn)通信方式：WiFi、藍牙和ZigBee。本論文中采用的是ZigBee協(xié)議，其主要包括IEEE 802.15.4的PHY層和MAC層，以及ZigBee的NWK層和APS層。

　　2.1 IEEE 802.15.4的PHY層

　　PHY層采用DSSS技術(shù)，不同的載波行道提供不同的傳輸速率，2.4 GHz提供250 kbps傳輸速率。PHY層用來(lái)在兩個(gè)設備之間提供透明的比特流傳輸。其主要功能包括：信道選擇和信道能量檢測、空閑信道*估、無(wú)線(xiàn)信道數據收發(fā)、接收包鏈路質(zhì)量。

　　2.2 IEEE 802.15.4的 MAC層

　　MAC層負責將NWK層發(fā)送來(lái)的數據包進(jìn)行封裝，并向下發(fā)送給PHY層，并對PHY層發(fā)送上來(lái)的幀進(jìn)行分解，將分解后的數據包向上發(fā)送給NWK層。

　　MAC層提供了信標和非信標兩種傳輸模式。其中，信標傳輸模式通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器以一定的時(shí)間間隔向網(wǎng)絡(luò )廣播信標幀，網(wǎng)絡(luò )內的所有節點(diǎn)以該信標幀作為同步信號，實(shí)現整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的同步。非信標傳輸模式采用CSMA/CA機制避免傳輸碰撞。

　　MAC層的主要功能為MPDU數據處理。其幀格式包括幀頭、MAC凈荷和幀尾3個(gè)部分。 幀頭中的幀控制域提供了幀類(lèi)型、安全使能、目標地址模式、源地址模式等相關(guān)控制信息。MAC凈荷域為MAC層的有效數據，即NWK數據包。幀尾為幀頭和MAC幀凈荷域的16位CRC校驗序列。

　　2.3 ZigBee協(xié)議的NWK層

圖2 NWK幀格式

　　ZigBee聯(lián)盟在IEEE 802.15.4標準的PHY層基礎上制定了NWK層協(xié)議。其主要功能包括：網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議數據單元處理、組網(wǎng)管理和路由功能。NWK幀格式如圖2所示。