2.3 ZigBee協(xié)議的NWK層

圖2 NWK幀格式

　 ZigBee聯(lián)盟在IEEE 802.15.4標準的PHY層基礎(chǔ)上制定了NWK層協(xié)議。其主要功能包括：網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元處理、組網(wǎng)管理和路由功能。NWK幀格式如圖2所示。

　　2.4 ZigBee協(xié)議的APS層

　　應(yīng)用層包括應(yīng)用支持層(APS)、應(yīng)用框架(AF)和ZigBee設(shè)備對象。

　　支持層(APS)：主要包括APS層協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU的處理、APS數(shù)據(jù)傳輸機制和節(jié)點間的應(yīng)用對象綁定。

　　應(yīng)用框架(AF)：為各個用戶自定義的應(yīng)用對象提供了模板式的活動空間，為每個應(yīng)用對象提供了鍵值對服務(wù)和報文服務(wù)供數(shù)據(jù)傳輸使用。

　　ZigBee設(shè)備對象：主要包括設(shè)備服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計

　　本文設(shè)計了WTIM模塊。該模塊用于采集和處理數(shù)據(jù)，并通過SPZB260模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給NCAP，同時實現(xiàn)了 TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）、IEEE1451.5標準。SPZB260是專門用于嵌入式開發(fā)的低功耗ZigBee模塊。

　　3.1 WTIM模塊

　　WTIM模塊主要包括STM32F103C微控制器、SPZB260模塊、信號調(diào)理器和傳感器。其架構(gòu)圖如圖3所示。其中，SPZB260模塊是與NCAP通信的模塊。

圖3 WTIM模塊架構(gòu)圖

　　ADC在數(shù)據(jù)采樣中，使用了一階濾波算法：Y(n)=αX(n) (1-α)+Y(n-1)。式中：α為濾波系數(shù)；X(n)為本次采樣值；Y(n-1)為上次濾波輸出值；Y(n)為本次濾波輸出值。

　　3.2 TEDS

　　IEEE1451每一層中都有與之對應(yīng)的TEDS。本文實現(xiàn)了PHYTEDS、MetaTEDS和TransducerChannel TEDS。其通用格式為：

　　structXXX_TEDS {

　　UInt32 TEDSlength;

　　TLV;

　　……

　　TLV;

　　UInt16 Checksum;

　　}

　　TEDSlength：XXX_TEDS結(jié)構(gòu)體中除了TEDSlength之外所有字段的長度和。

　　TLV：一種包含類型(Type)、長度(Length)、值(Value)三個字段的結(jié)構(gòu)體。

　　Type：XXX_TEDS各個TLV的ID。對于不同的TEDS，即使TLV的ID相同，代表的實際意義也不同。

　　Length：表示TLV結(jié)構(gòu)體中Value字段的長度。

　　Value：該字段填充的是具體的TEDS信息。

　　Checkum：提供了對XXX_TEDS中之前字段（包括TEDSlength和所有TLV字段）的校驗和。

　　校驗和計算公式如下：Checksum=0xFFFF-∑TEDSlength+2i=1TEDSOctet(i)

　　3.3 IEEE1451.5標準的實現(xiàn)

　　IEEE1451支持3類無線通信協(xié)議，本文中實現(xiàn)的是ZigBee協(xié)議。IEEE1451.5標準中的ZigBee協(xié)議定義了模塊功能、接口函數(shù)，以及NCAP和WTIM之間的無線通信協(xié)議。其定義的協(xié)議棧如圖4所示。

圖4 IEEE1451.5標準的協(xié)議棧