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\ZigBee\南京\cc2530模块资料(天线杆版本)\cc2530模块资料(天线杆版本)\相关的学习文档\ZstackOSAL详解.pdf\ZigBee\南京\cc2530模块资料(天线杆版本)\cc2530模块资料(天线杆版本)\相关的学习文档\zigbee技术实践教程.pdf\ZigBee\z-stack\Z-Stack_API.pdf配置cc2530的第2功能时,不需要配置方向寄存器,否则可能出错hal_key.c下的HalKeyConfig()函数中/*Rising/Fallingedgeconfiguratinn*/HAL_KEY_JOY_MOVE_ICTL&=~(HAL_KEY_JOY_MOVE_EDGEBIT);/*Cleartheedgebit*//*Forfallingedge,thebitmustbeset.*/#if(HAL_KEY_JOY_MOVE_EDGE==HAL_KEY_FALLING_EDGE)HAL_KEY_JOY_MOVE_ICTL|=HAL_KEY_JOY_MOVE_EDGEBIT;#endif有错,应将HAL_KEY_JOY_MOVE_ICTL改为PICTL1ZigBee协议架构1.1ZigBee简介Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRFLite”或“FireFly”无线技术,主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,因此它们的通信效率非常高。最后,这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。它以IEEE802.15.4协议为基础,使1822006.24计算机工程与应用用全球免费频段进行通讯,能够在三个不同的频段上通讯。全球通用的频段是2.400GHz-2.484GHz,欧洲采用的频段是868.0MHz-868.66MHz美国采用的频段是902MHz-928MHz传输速率分别为250kbps20kbps和40kbps通讯距离的理论值为10m-75m。ZigBee不仅只是802.15.4的名字,IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协议,因此ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。ZigBee技术作为一种无线传感网络的通信协议,按照7层OSI(OpenSystemInterconnectReferenceModel)开放系统互连参考模型来建立,每一层为上层提供一系列特殊的服务,数据实体提供数据传输服务,管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体通过服务接入点(ServerAccessPoint,SAP)为上层提供一个接口,每个SAP都支持一定数量的服务原语来实现所需要的功能。ZigBee标准的协议框架结构如下图所示,其中IEEE802.15.4标准定义了底层即物理层(PhysicalLayer,PHY)和但介质访问控制层(MediumAccessControlSub-Layer,MAC)。ZigBee联盟在此基础上定义了网络层(NetworkLayer,NWK)和应用层(ApplicationLayer,APL)架构。应用层包括应用支持子层(ApplicationSupportSub-Lays,APS),应用架构(ApplicationFramework,AF)、ZigBee设备对象(ZigBeeDeviceObjects,ZDO)以及用户定义应用对象(Manufacturer-DefinedApplicationObjects,MDAO).ZigBee协议栈模型1.2ZigBee的技术优势①低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较,蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。现在,TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的Zigbee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的Zigbee提供电源。②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。③低速率。Zigbee工作在20~250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。④近距离。传输范围一般介于10~100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。⑤短时延。Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10s、WiFi需要3s。⑥高容量。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。⑦高安全。Zigbee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。⑧免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段,2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。1.3ZigBee的主要应用领域◆家庭和楼宇网络:空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等;◆工业控制:各种监控器、传感器的自动化控制;◆商业:智慧型标签等;◆公共场所:烟雾探测器等;◆农业控制:收集各种土壤信息和气候信息;◆医疗:老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。◆水表、电表、气表三表集抄1.4ZigBee实现方案目前ZigBee的实现方案主要有三种:第一种是MCU和RF收发器分离的双芯片方案,ZigBee协议栈在MCU上运行;第二种是集成RF和MCU的单芯片方案;第三种是ZigBee协处理器和MCU的双芯片方案,ZigBee协议栈在ZigBee协处理器上运行。在主要的Zigbee芯片提供商中,德州仪器(TI)的Zigbee产品线覆盖了以上三种方案,飞思卡尔、Ember、Jennic可以提供单芯片方案,Atmel、Microchip等其它厂商大都提供MCU和RF收发器分离的双芯片方案。虽然这三种方案具有各自的优势,比如:外置MCU+收发器方案灵活性高,单芯片解决方案占用空间最小且开发容易,ZigBee协处理器+MCU方案灵活性高且能缩短产品上市时间,但单芯片方案是主要厂商的主推方案,也是重要的发展趋势。由于低功耗是ZigBee系统的关键,所以减少工作电流消耗、具有超低耗电睡眠模式并缩短模式切换时间对每一种方案而言都非常重要。TI的单芯片方案CC2431/CC2430在单个芯片上集成了ZigBee射频前端、内存和微控制器,CC2431还带硬件定位引擎。CC2430芯片工作时的电流损耗为27mA,接收和发射模式下的电流损耗分别低于27mA或25mA,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。CC2430包含8KBRAM内存和外围模块,并有32、64或128KB内置闪存等三种不同组件可供选择,方便设计人员在复杂性与成本之间做出最佳选择。在MCU和RF收发器分离的双芯片方案方面,TI采用的是CC2420RF收发器和超低功耗MCUMSP430。该公司最新推出的高度集成2.4GHzRF前端CC2591集成了可将输出功率提高+22dBm的功率放大器,以及可将接收机灵敏度提高+6dB的低噪声放大器,可显著扩大无线系统的覆盖范围.TI的第三种Zigbee方案是无线网络处理器CC2480(RF收发器和ZigBee协议栈),可搭配任意MCU,比如MSP430。TI的Z-Stack软件ZigBee-2006协议栈可在ZigBee处理器上运行,而应用程序则在外部MCU上运行。用户在设计和使用过程中不需要牵涉到很多ZigBee开发,可以任意选择MCU或沿用已有的MCU。飞思卡尔(Freescale)的MC1321x平台是该公司第二代单芯片MCU+RF收发器解决方案,集成了MC9S08GTMCU与MC1320x收发器,闪存可以在16至60KB的范围内选择。第三代单芯片方案MC1322x以PlatforminPackage(PiP)的形式提供,在单一封装中包括一个32位MCU、一个完全符合IEEE802.15.4标准的收发器,以及不平衡变压器和RF匹配组件,消除了对外部射频组件的需求。该平台解决方案还支持可以将节点之间的数据速率提高到每秒2Mbps的TurboLink技术模式。Jennic公司的JN-5139芯片是一个低功耗的无线微处理器,集成了32位RISC微处理器和完全兼容2.4GHzIEEE802.15.4的送收器、192kROM以及一些数字及模拟外围电路,可降低对外部元件的需求。JN-5139模块基于JN-5139芯片,已经通过欧洲与美国规范FCC与ETSI的认证,可大大缩短在测试无线射频方面的时间。Ember公司的ZigBee网络协处理器EM260集成了2.4GHzIEEE802.15.4兼容的无线电收发器和运行在EmberZNetZigBee堆栈上的基于闪存的16位微处理器(XAP2b核),并且该产品的SPI接口可以使开发者容易在自己的MCU中增加ZigBee网络功能。1.5ZigBee协议栈规范ZigBee协议栈体系结构由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成,如下图所示:ZigBee协议栈体系的层次结构应用层定义了各种类型的应用业务,是协议栈的最上层用户;应用汇聚层负责把不同的应用映射到ZigBee网络层上,包括安全与时鉴权、多个业务数据流的汇聚、设备发现和业务发现。网线层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。1.5.1数据链路层数据链路层以可分为逻辑链路控制子层(LLCLogicLinkControl)和介质访问控制子层(MediumAccessControl,MAC)。IEEE802.15.4的LLC子层功能包括传输可靠性保障、数据包的分段与重组、数据包的顺序传输。IEEE802.15.4MAC子层功能包括设备间无线链路的建立、和拆除,确认的帧传送与接收,信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理。1.5.2物理层和MAC层ZigBee直接使用了IEEE802.15.4标准的物理层和MAC层。ZigBee工作在三种不同的频带上,欧洲的868MHz频带,美国的915MHz频带和全球通用的2.4GHz频带。968MHz频带上、915MHz频带和2.4GHz频带的物理层并不相同,它们各自的信道带宽分别是0.6MHz,2MHz和5MHz,分别有1个、10个和16处信道。不同频带的扩频和调制方式也有所区别,虽然都是使用了直接序列扩频(DSSS)的方式。但是比特到码片的变换方式有比较大的差别;调制方面都使用了调相技术,但868MHz和915MHz频段采用的是BPSK,而2.4GHz频段采用的是OQPSK。1.5.3网络层(1)网络拓扑结构。ZigBee网络组网可以灵活地采用多种拓扑结构,可以采用星形,可以采用网状和树簇状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