融合GPRS技術(shù)的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

主控制微處理器連接有CAN總線(xiàn)收發(fā)器和CAN總線(xiàn)控制器，它們可以和本地控制單元有線(xiàn)連接，并且通過(guò)CAN總線(xiàn)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器進(jìn)行數據交換，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器與ZigBee網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行局域數據交換或者通過(guò)GPRS進(jìn)行廣域數據交換。CAN總線(xiàn)模塊采用Microchip公司的MCP2515和MCP2551組合實(shí)現，通過(guò)CAN總線(xiàn)模塊可以和本地控制單元實(shí)現數據交互以實(shí)現應用工業(yè)控制或者科學(xué)醫療樓宇自動(dòng)化控制等應用，CAN應用符合CAN2．0B總線(xiàn)規范。

對于射頻電路來(lái)說(shuō)，器件的相互干擾成為一種敏感的負面因素，本混合系統網(wǎng)絡(luò )協(xié)調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設計中，兩個(gè)射頻部分在布線(xiàn)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，并在軟件設計時(shí)避免兩種射頻的同時(shí)發(fā)射或接收。
本混合系統的測試系統為RFD器件，RFD器件只進(jìn)行數據的收發(fā)，并通過(guò)CAN總線(xiàn)收發(fā)器和局部控制單元進(jìn)行數據交互。RFD器件的收發(fā)頻率和混合系統網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器的ZigBee單元的收發(fā)頻率一致，應用802．15．4標準實(shí)現初始化和接入ZigBee網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現ZigBee網(wǎng)絡(luò )的組網(wǎng)和數據收發(fā)。
3．3 GPRS-ZigBee混合系統網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器的軟件設計
3．3．1 ZigBee模塊軟件結構
ZigBee協(xié)議棧是基于OSI模型分層設計，分為驅動(dòng)層、協(xié)議層和應用層。驅動(dòng)層主要提供硬件控制和相應的接口，協(xié)議層主要包括基于802．15．4協(xié)議的物理層數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )層，應用層調用協(xié)議層提供的服務(wù)，完成系統操作并和其他模塊通訊。
3．3．1．1 驅動(dòng)層的設計
驅動(dòng)層的設計主要是CCl000的驅動(dòng)設計，CCl000可以由PDATA、PCLK和PALE實(shí)現通信配置，并由DIO和DCLK完成數據的傳輸。一個(gè)完整的CCl000配置要求發(fā)送29個(gè)數據幀，每個(gè)16位(7個(gè)地址位、1個(gè)讀／寫(xiě)位和8個(gè)數據位)。驅動(dòng)層的CCl000驅動(dòng)以及驅動(dòng)層和協(xié)議層的接口在A(yíng)tMegal28中軟件實(shí)現。
3．3．1. 2 協(xié)議層的設計
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，其中物理層主要負責物理層數據的發(fā)送和接收，MAC層主要負責幀控制和數據校驗，網(wǎng)絡(luò )層主要負責網(wǎng)絡(luò )的組建和網(wǎng)絡(luò )成員管理，本設計為一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器和多個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(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 )節點(diǎn)設備的連接請求，并依次登錄網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設備。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)掃描信道，向網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器發(fā)出登錄或者離開(kāi)請求，等待網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器將該節點(diǎn)加入或刪除出網(wǎng)絡(luò )。
節點(diǎn)申請加入時(shí)搜索信道空閑狀態(tài)，發(fā)送信標幀，在接收到多個(gè)帶有鏈路質(zhì)量信號參數的信標幀后，選取鏈路質(zhì)量較好的節點(diǎn)并向協(xié)調器發(fā)出入網(wǎng)請求幀，協(xié)調器準許后會(huì )分配網(wǎng)內短地址給該節點(diǎn)。每個(gè)節點(diǎn)都有一個(gè)鄰居表，并且可以對其動(dòng)態(tài)維護，在該鄰居表中含有一個(gè)父節點(diǎn)地址(除了根節點(diǎn)外)和多個(gè)子節點(diǎn)地址(除了葉結點(diǎn)外)，如此依次處理，則所有節點(diǎn)都登錄形成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，同理，一個(gè)節點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，將向其父節點(diǎn)發(fā)送請求幀，父節點(diǎn)在接收到請求后會(huì )將該節點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò )中摘除并向子節點(diǎn)發(fā)送響應幀。

網(wǎng)內傳播的信息幀有四種類(lèi)型，分別為信標幀、數據幀、命令幀和確認幀。以通用NWK幀為例，信息幀的格式為：