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基于STM32F107+DP83848嵌入式zigbee网关设计

发布时间:2020-06-23 发布时间:
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1. 引言


Wireless Sensor Network,WSN(无线传感器网络)是指由大量成本相对低廉的,具有感知能力、计算能力、实时通信能力的传感器节点组成的嵌入式无线网络,是当前众多领域的研究和应用热点。建立在IEEE 802.15.4(LR_WPAN,低速率无线个人区域网)上的Zigbee协议是应用于无线监测与控制的全球性无线通信标准,是无线传感器网络组网的首选技术之一。


2. 系统设计


Zigbee 网关在整个系统中是建立在传输层上的协议转换器,首先,需要和服务器建立通信连接。其实,需要维护zigbee网络中的终端设备。

系统整体框架


网关和服务器连接硬件上采用以太网(有线)和WiFi(无线)两种方式。

    Zigbee节点的通信能力(数据速率仅为250Kbps),为了减少协调器自身的规则量,采用集成了Ethernet接口的STM32F107+DP83848为以太网通信提高可靠的硬件保证。嵌入式开发采用RT-thread嵌入式操作系统,TCP/IP协议栈Lwip,实现了zigbee和TCP/IP协议的双向透明数据转换。


   网关具有有限网络和无线网络的自动切换。实现网关登陆、数据同步、查询设备、添加设备、设备上报、删除设备、控制设备等操作。


 网关和终端设备的连接采用Zigbee网络,整个网络使用网状结构(Mash结构),设备类型分为3类,分别是协调器(Coordinator),路由器(Router),终端(EndDevice)。在网关端的角色为协调器,负责整个zigbee网络的维护。

协调器上的操作都有:


开启组网 (协调器上电后,网络创建成功,不发送网络信息广播,也不允许任何节点加入网络,只有当连按3次协调器的按键,或者上位机发送准许入网的指令,这时候协调器才发送网络信息广播,准许设备加入网络)

控制是否允许节点进入网络。(这里有个时间窗,时间窗内所有的节点都允许正常进入的,并且给他们发送入网成功的ACK,此时代表登记,配置成功。)

接收子设备心跳并且响应心跳,判断节点是否在网络中。

保存网络的状态。(网络状态包括子设备的厂地址,短地址,的映射关系等,同时在上位机上也保存了设备的厂地址短地址和LQI等一些信息。)

记录设备状态。(记录灯,开关,窗帘,遥控器等各种家电的状态。这些状态不在协调器的保存,协调器获取到这些消息后上传给上位机。)

控制整个网络恢复出厂设置。(长按按键9S,此时协调器会广播恢复出厂设置指令,广播若干次,然后协调器进入网络恢复出厂设置的状态,收到广播信息的节点也进入)

踢出某个节点。(协调器踢出某个节点,那么这个节点会退出网络,并且协调器会清除这个节点的网络信息)

传输数据给上位机。(将设备的状态,网络地址,链路质量等一些信息通过串口发送的上位机,同时接收上位机的控制指令,然后通过射频发送给目的节点,达到操作的目的。)


2.1  协调器首次上电流程图

2.2  协调器2次上电和添加新设备流程图



2.3 路由和终端的功能图


2.4 路由和终端掉电恢复图

2.5 网络整体流程



 

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