基于单片机的Zigbee传感器节点硬件设计

2.1协调器的软件设计

协调器的软件流程图如图1所示。系统刚开始初始化，硬件协议初始化后开始建立网络，判断节点是否接入网络，接入网络成功后运行协议任务，接收节点数据并发送到PC上。

建立过程中若超过次数则接收失败，继续下一次接收。

图1 协调器的软件流程

2.2成员节点的软件设计

成员节点主要是采集传感器数据和接受来自协调器的控制数据。当没有数据收发时进入休眠状态，节点功耗降到最低，成员节点的软件设计流程图如图2所示。系统初始化后进行硬件和协议初始化，加载成功后进行协议任务，判断任务后测量传感器数据并发到协调器，进入休眠状态后再执行下一个任务，若超过规定次数，网络建立失败。

图2 成员节点的软件流程

2.3物理层和MAC层的设计

CC2420芯片提供了物理层的数据服务和管理服务，MAC层点到点通信的服务接口通过程序控制CC2420寄存器完成传感器数据的收发。IEEE802.15.4定义的MAC帧格式：MAC层头帧；MAC净载荷；MAC层帧尾。其中，MHR有固定的顺序，并不是所有的帧都包含地址域。

2.4网络层的设计

可以根据实际情况选择AODV路由或者树形路由。

ZigBee的网络层支持多种网络拓扑结构，针对结点数量的限制选择星形网络。在星型网络中，节点被配置成1个全功能节点和1个或多个简化功能节点所有的RFD都只能和FFD通信。节点的网络层协议采用树形路由算法与AODV路由算法相结合的路由算法，其中树形路由算法指的是在做路由选择策略时利用树形结构址；AODV算法则是对AdHoc按需距离矢量路由算法的改进。本文设计节点组网测试选择了星形网络，一个是协调器，另外两个是光传感节点，从可视化后台软件SNAMP可以看到节点组成的网络拓扑图和接收来的数据包，如图3所示。

图3节点硬件实物图与组网测试

3 结论

通过此次设计，实验证明了节点的体积小、集成度高、功耗低，通过多层次布线不仅减少了信号的干扰，而且加大了传输的距离。软件设计可以通过节点编程实现协调器、路由器和网络终端的传输。硬件中的模块设计可以根据具体的需要更改不同的传感模块，具有更高的灵活性。