ZigBee與μIP的嵌入式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)設計

STM32F103C6采用ARM Cortex-M3(32位RISC)內(nèi)核，最高運行頻率可達72 MHz。具有豐富的片上資源：32 KB的Flash、10 KB的SRAM、2個通用定時器和1個高級定時器、1個SPI接口、1個I2C總線接口、2個USART接口、1個USB接口、1個CAN總線接口、2個12位同步ADC模塊。
ENC28J60集成了10BASE-T PHY和MAC，帶接收器和沖突抑制電路，是兼容IEEE 802．3的以太網(wǎng)控制器。支持一個帶自動極性檢測和校正的10BASE—T端口，支持全雙工和半雙工模式，具有可編程在發(fā)生沖突時自動重發(fā)、可編程填充和CRC生成、可編程自動拒絕錯誤數(shù)據(jù)包的特性，并帶一個最高速度可達10 Mbps的SPI接口。具備8 KB發(fā)送／接收數(shù)據(jù)包雙端口SRAM，支持單播、組播和廣播數(shù)據(jù)包，可以自動收發(fā)、過濾數(shù)據(jù)包。ENC28J60通過SPI接口與STM32F103C6連接，接收STM32F103C6的數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成符合IEEE 802．3標準的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)網(wǎng)絡通信。
HR911105A是單口RJ45插座，符合IEEE802．3、IEEE802．3ab標準，自適應10／100／1000M以太網(wǎng)，內(nèi)部集成了網(wǎng)絡隔離變壓器，具有強大的電磁干擾抑制功能。
2．3 遠程監(jiān)控部分
該部分由PC機組成，PC機數(shù)量可以根據(jù)用戶的數(shù)量確定，可以分布于不同的地理位置，通過網(wǎng)線與嵌入式服務器連接，獲取嵌入式服務器的數(shù)據(jù)并發(fā)送用戶的控制命令給嵌入式服務器。

3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 嵌入式服務器軟件總體設計
嵌入式服務器程序是本系統(tǒng)中最重要的功能實現(xiàn)模塊。主要實現(xiàn)3部分功能：接收ZigBee無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)采集控制命令，建立客戶機一服務器(C／S)模式的網(wǎng)絡通信機制以及控制外圍器件。
在本系統(tǒng)中，由STM32F103C6組成的嵌入式服務器即為C／S模式中的服務器，監(jiān)控PC為客戶機。嵌入式服務器軟件系統(tǒng)是由μC／OS嵌入式實時操作系統(tǒng)、μIP協(xié)議棧、應用程序組成的。嵌入式服務器上電后對系統(tǒng)進行初始化，等待ZigBee網(wǎng)絡就緒，接收監(jiān)控PC發(fā)送的命令，根據(jù)命令采集數(shù)據(jù)或控制外圍器件。嵌入式服務器軟件的流程如圖4所示。

3．2 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡
ZigBee協(xié)議是基于國際標準化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互連(OSI)基本參考模型，ISO／OSI模型有7層，而ZigBee僅實現(xiàn)了低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率的無線網(wǎng)絡必需的部分：物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡層(NWK)和應用層(APL)。最低的兩層：物理層和介質(zhì)訪問控制層，由IEEE 802．15．4標準定義。網(wǎng)絡層和應用層由ZigBee標準定義。在應用層內(nèi)提供了應用支持子層和ZigBee設備對象。
ZigBee網(wǎng)絡包含3種設備類型：協(xié)調(diào)器(ZC)、路由器(ZR)、終端設備(ZE)。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。

協(xié)調(diào)器負責啟動和控制網(wǎng)絡，存儲關于網(wǎng)絡的信息；路由器負責中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包，擴展網(wǎng)絡覆蓋面，提供備份路由以防網(wǎng)絡擁擠和設備通信失敗，支持子設備。終端設備可以發(fā)送或接收信息，但不能執(zhí)行路由操作，必須被聯(lián)系到協(xié)調(diào)器或者一個路由器，并且終端設備不支持子設備。在本系統(tǒng)中終端設備負責采集溫度、濕度、煙霧、光照等數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器通過RS-232接口與嵌入式服務器連接，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到嵌入式服務器。