基于Zigbee的船舶状态监控系统的设计与实现

同，最大的不同就是路由节点没有串口电路，以下只介绍协调器的硬件设计。协调器节点是由CC2530芯片与串口模块组成，本设计的串口

模块选用的是MAX3232芯片来完成RS232串口数据的电平转换。此外协调器节点还包括电源模块、射频天线(RF)模块以及晶振电路等模块。电源模块用于为协调器节点的其它功能模块供电，保证节点的正常运行，供电电压为2.0～3.6V之间。RF模块主要用于数据的无线收发和传送。晶振模块是两个不同频率的晶振，分别用于无线收发数据和休眠状态。协调器节点硬件的结构框图如图2所示。

3.2 终端设备节点硬件设计

在监控系统中，分布最广数量最多的就是终端设备节点，主要负责对船舱重要数据的收集与传送。终端设备节点由处理器模块(CC2530)、电源模块、射频天线(RF)模块、晶

振电路模块以及传感器单元等模块组成。传感器单元模块主要是一些温度，湿度，气体浓度，压力等传感器。另外为保证终端节点设备的灵活性，电源的供电方式一般采用两节电池供电，因为CC2530的工作电压在2～3.6 V，而两节电池的电压一般在3 V左右，因此完全能满足其工作电压。不过对于部分对工作电压要求高的传感器，电池电压达不到其工作的最低标准时，可以使用外部直流电源为其供电。终端设备节点硬件的结构框图如图3所示。

4 系统软件设计

硬件的设计的只是完成了协议栈中物理层的一些功能，而物理层以上的功能单独依靠硬件则是不能实现的，它还需要软件的驱动才能实现。本系统软件使用IAR Embedded

Workbench作为开发平台，并在Z—Stack协议栈的基础上进行应用软件的开发。Z—Stack是TI公司的基于Zigbee标准的协议栈，包含了Zigbee标准描述的各层功能组件模块，向开发人员提供了一系列的API接口，通过调用这些接口来实现不同的功能。整个应用程序运行时可以自动形成一个网络，终端设备节点能够主动发现路由节点或协调器节点(上级节点)，并且一旦加入网路，能够自动建立绑定。

4.1 组网及协调器节点程序设计

Zigbee网络的建立和维护不论多复杂，都从建立网络开始。当协调器启动以后，此时协调器会在应用指定一个的网络信道范围内进行能量扫描，通过监听获得各个信道上的能量值，并把能量值进行排序，列出信道上的干扰值，抛弃超过最大允许的能量值的信道，在已存在网络最少的信道上建立网络，若信道上的存在网络数一样，则在冲突和干扰最少的信道上建立网络。当选定网络信道以后，会进行一系列的参数设置，包括网络地址、PAN标识以及扩展PAN标识等。当这些参数都设置好后，网络就基本建立起来了，只等待其它节点的加入。

组建一个Zigbee网络主要由Zigbee协议栈的网络层实现，协调器节点工作的软件部分包括初始化并组建网络、允许子节点加入网络以及传输数据三大部分构成。在协调器节点启动后，Zigbee协议栈会按照上节所介绍的组网流程去组建一个Zigbee网络，首先在系统初始化之后，扫描并选择合适的信道后对网络参数进行设置，并最后确定网络是否组建成功，如没有组建成功，则协调器节点重新执行上面的步骤，直至网络成功组建。组网成功以后还不算真正的Zigbee传感网络，协调器还需要监测是否有入网请求并允许有请求的子节点加入网络，并成功分配给自己点相应的网络地址后，才算组网成功，这只是协调器的部分任务。

上面的组网阶段完成以后，协调器在正常工作的过程中，不断的检测有无数据传送。其实，当协调器检测到有数据的传送时，程序会自动进入中断接收状态，在此过程中，数据会被暂时存放在指定的区域，其它外部程序以指针的形式调用这些数据。随后，协调器会判断数据的来源，若是上位机通过串口发来的数据，则认为是命令，之后对命令会进行相应的处理;若是传感数据，则又会启动相应的数据处理程序，并更新存储区内的数据，之后通过串口传送至上位机进行进一步的处理。图4所示是其程序流程图。

路由节点程序除了一些配置和协调器节点不同之外，其它基本一致。

4.2 终端设备节点程序设计

终端设备节点要将收集到的温度信息送到路由器或协调器，终端设备节点首先要加入网络，与此同时，该节点还要将自己绑定到第一个响应的协调器节点或路由节点。终端设备节点通过函数ZDO_StartDevice0自发的加入网络，并通过函数zb_BindDevice0发出绑定请求，绑定成功后终端设备节点程序循环调用SendData0函数周期性的发送采集到的温度信息，采取端到端确认的发送模式。函数zb_SendDataConfirm0可以作为指示应答，如果协调器节点或路由节点没有指示应答，终端设备节点会自动解除本次绑定，重新寻