ZigBee與μIP的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STM32F103C6采用ARM Cortex-M3(32位RISC)內(nèi)核，最高運(yùn)行頻率可達(dá)72 MHz。具有豐富的片上資源：32 KB的Flash、10 KB的SRAM、2個(gè)通用定時(shí)器和1個(gè)高級(jí)定時(shí)器、1個(gè)SPI接口、1個(gè)I2C總線接口、2個(gè)USART接口、1個(gè)USB接口、1個(gè)CAN總線接口、2個(gè)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(gè)帶自動(dòng)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(shí)自動(dòng)重發(fā)、可編程填充和CRC生成、可編程自動(dòng)拒絕錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包的特性，并帶一個(gè)最高速度可達(dá)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。
HR911105A是單口RJ45插座，符合IEEE802．3、IEEE802．3ab標(biāo)準(zhǔn)，自適應(yīng)10／100／1000M以太網(wǎng)，內(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，具有強(qiáng)大的電磁干擾抑制功能。
2．3 遠(yuǎn)程監(jiān)控部分
該部分由PC機(jī)組成，PC機(jī)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(wù)器連接，獲取嵌入式服務(wù)器的數(shù)據(jù)并發(fā)送用戶的控制命令給嵌入式服務(wù)器。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 嵌入式服務(wù)器軟件總體設(shè)計(jì)
嵌入式服務(wù)器程序是本系統(tǒng)中最重要的功能實(shí)現(xiàn)模塊。主要實(shí)現(xiàn)3部分功能：接收ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)采集控制命令，建立客戶機(jī)一服務(wù)器(C／S)模式的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)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(wù)器即為C／S模式中的服務(wù)器，監(jiān)控PC為客戶機(jī)。嵌入式服務(wù)器軟件系統(tǒng)是由μC／OS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、μIP協(xié)議棧、應(yīng)用程序組成的。嵌入式服務(wù)器上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，等待ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(wù)器軟件的流程如圖4所示。

3．2 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
ZigBee協(xié)議是基于國際標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率的無線網(wǎng)絡(luò)必需的部分：物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)定義。網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee標(biāo)準(zhǔn)定義。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層和ZigBee設(shè)備對(duì)象。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含3種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器(ZC)、路由器(ZR)、終端設(shè)備(ZE)。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)和控制網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的信息；路由器負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，提供備份路由以防網(wǎng)絡(luò)擁擠和設(shè)備通信失敗，支持子設(shè)備。終端設(shè)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(gè)路由器，并且終端設(shè)備不支持子設(shè)備。在本系統(tǒng)中終端設(shè)備負(fù)責(zé)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(wù)器連接，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到嵌入式服務(wù)器。