基于IEEE1451標準的無線變送器模塊的設計

　　④ IEEE1451.3：包括分布式多點系統數字通信與TEDS格式的定義，主要用于點對多點分布式智能傳感器系統的同步數據采集與通信。

　　⑤ IEEE1451.4：包含混合模式通信協議與TEDS格式的定義。其主要針對已存在的模擬量變送器通信協議，一方面支持數字接口對TEDS數據的讀寫，另一方面支持模擬接口對現場儀器的測量。

　　⑥ IEEE1451.5：定義智能傳感器的無線通信接口，通過指定的無線通信協議在無線變送器接口模塊(WTIM)和NCAP進行通信。目前支持WiFi、藍牙、ZigBee協議。IEEE1451.5也定義與無線通信協議相關的TEDS。

　　2 無線通信協議

　　IEEE1451.5標準為使用不同通信協議的無線傳感器提供一個統一的接口，不是開發一種新的無線通信技術，而是采用已經成熟的無線通信技術作為接口標準。IEEE 1451.1標準提議了3種無線通信方式：WiFi、藍牙和ZigBee。本論文中采用的是ZigBee協議，其主要包括IEEE 802.15.4的PHY層和MAC層，以及ZigBee的NWK層和APS層。

　　2.1 IEEE 802.15.4的PHY層

　　PHY層采用DSSS技術，不同的載波行道提供不同的傳輸速率，2.4 GHz提供250 kbps傳輸速率。PHY層用來在兩個設備之間提供透明的比特流傳輸。其主要功能包括：信道選擇和信道能量檢測、空閑信道*估、無線信道數據收發、接收包鏈路質量。

　　2.2 IEEE 802.15.4的 MAC層

　　MAC層負責將NWK層發送來的數據包進行封裝，并向下發送給PHY層，并對PHY層發送上來的幀進行分解，將分解后的數據包向上發送給NWK層。

　　MAC層提供了信標和非信標兩種傳輸模式。其中，信標傳輸模式通過網絡協調器以一定的時間間隔向網絡廣播信標幀，網絡內的所有節點以該信標幀作為同步信號，實現整個網絡的同步。非信標傳輸模式采用CSMA/CA機制避免傳輸碰撞。

　　MAC層的主要功能為MPDU數據處理。其幀格式包括幀頭、MAC凈荷和幀尾3個部分。 幀頭中的幀控制域提供了幀類型、安全使能、目標地址模式、源地址模式等相關控制信息。MAC凈荷域為MAC層的有效數據，即NWK數據包。幀尾為幀頭和MAC幀凈荷域的16位CRC校驗序列。

　　2.3 ZigBee協議的NWK層

圖2 NWK幀格式

　　ZigBee聯盟在IEEE 802.15.4標準的PHY層基礎上制定了NWK層協議。其主要功能包括：網絡層協議數據單元處理、組網管理和路由功能。NWK幀格式如圖2所示。