應用層包括應用支持層(APS)、應用框架(AF)和ZigBee設備對象。

　　支持層(APS)：主要包括APS層協議數據單元APDU的處理、APS數據傳輸機制和節點間的應用對象綁定。

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

　　ZigBee設備對象：主要包括設備服務發現。

　　3 系統設計

　　本文設計了WTIM模塊。該模塊用于采集和處理數據，并通過SPZB260模塊將數據發送給NCAP，同時實現了 TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)、IEEE1451.5標準。SPZB260是專門用于嵌入式開發的低功耗ZigBee模塊。

　　3.1 WTIM模塊

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

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　　圖3 WTIM模塊架構圖

　　ADC在數據采樣中，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;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的TEDS。本文實現了PHYTEDS、MetaTEDS和TransducerChannel TEDS。其通用格式為：

　　structXXX_TEDS {

　　UInt32 TEDSlength;

　　TLV;

　　……

　　TLV;

　　UInt16 Checksum;

　　}

　　TEDSlength：XXX_TEDS結構體中除了TEDSlength之外所有字段的長度和。

　　TLV：一種包含類型(Type)、長度(Length)、值(Value)三個字段的結構體。

　　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結構體中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

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

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　　圖4 IEEE1451.5標準的協議棧

　　PHY層、MAC層、NWK層由SPZB260提供。本文中需要實現APS層和IEEE1451.5會聚層。

　　APS層采用的是EZSP協議，可通過SPI接口實現。在WTIM模塊中，STM32F103C與SPZB260之間通過SPI進行通信，其中 STM32F103C配置為SPI主設備，SPZB260配置為從設備。EZSP作為IEEE1451?5會聚層的應用支持層(APS)，以NCAP為協調器的星型網絡結構實現，如圖5所示。

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　　圖5 IEEE1451.5的網絡拓撲結構

　　IEEE1451?5會聚層定義了IEEE1451?5和IEEE1451?0之間的模塊通信接口。其中，一部分接口由IEEE1451.5系統提供，被IEEE1451.0調用;另一部分由IEEE1451.0提供。

　　4 測試與結論

　　在測試中，針對的是溫度傳感器和濕度傳感器。測試WTIM節點分為兩個，每個節點上都有一個溫度傳感器和濕度傳感器。其中，WTIM1放在正常環境下，另一個節點WTIM2放置于一個裝滿水的容器上方。NCAP通過ZigBee與兩個節點進行通信，并可以通過主機監控。測試時以10 Hz的頻率進行采樣，其結果如圖6所示。

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　　圖6 WTIM1的溫濕度數據

　　測試結果表明，WTIM節點能正常獲取數據，并發送給NCAP，使得NCAP能夠正確地獲得各節點與響應通道的信息，實現了無線變送器的功能。