一、综述

前段时间参与了实验室的一个矿井项目，使用的技术是Zigbee和WIFI，使用到的芯片是常见的CC2530和ESP32。其结构可以用下面图1-1来进行较为精确的描述。

图1-1 系统结构图

其中，阅读器就是矿井中，每一个传感网中的协调器，同时在协调器上拥有一个ESP32，让其可以连接WIFI。所有的阅读器都是通过WIFI与层间主机通信的；这里的层间主机可以说就是一个物联网中间件，它可以管理位于现场的网络，同时又要与位于云端的系统进行交互。在本系统中，几乎所有的业务逻辑和一些实时调度算法都写在了层间主机中了。因此，从软件的开发角度来说，这个系统的软件结构可以使用图1-2来描述。

图1-2 模块功能图

这张图有以下重要的点：

• 如果对系统的要求不是太高，可以将阅读器和层间主机合在一起。
• 系统的层间主机和阅读器是位于同一个局域网中，因此速度是很可观的。如果不使用无线WIFI，使用网线将会有更加可靠的性能，以及更加快的速度。
• 整个系统的开发划分是很明确的；传感节点只需要将自身的采集速度达到极致，并检测一下系统异常即可，不用关心其它的业务逻辑；控制节点只需要接收来自层间主机的控制命令即可；而阅读器只是作为一个中转器，将底层网络与层间主机连接起来。这一部分的开发有着明显的嵌入式气息，不关注业务逻辑，重点关注系统硬件的性能，将性能达到极致即可。
• 对于层间主机，就是普通的软件研发了，但是由于本系统对于阅读器和层间主机之间的通信这个问题上，使用的TCP通信，因此，需要很熟悉TCP Socket网络编程，否则是玩不转的。

下面本文作重介绍，每个系统模块的研发重点。

二、传感节点的开发

这里的开发就是典型的嵌入式系统的开发；在这次开发中，很多时候，使用的是ADC去读取各种传感器的采集到的模拟量，然后做一些简单的处理，就将采集到的数据按照设计的协议，发送给阅读器了。此处的开发重点有：

• ADC的精准采集（不管是外部还是CC2530自带的片上ADC，如果要求严格，就需要用到外部的ADC）
• 简单的运用一下Zigbee协议栈，收发数据与软件定时器
• 在设计PCB的时候，注重串口调试

三、阅读器的开发

本套系统的当前情况下，在阅读器上，只要两块MCU，一块是ESP32，一块是CC2530；其中CC2530作为无线传感网的协调器，ESP32作为上层网络的通信芯片(准确点说是模组)。

3.1 CC2530的开发

此处的CC2530的功能是很简单的；

1. 对来自下层的数据进行封装（主要是为来自下层的数据包添加一个头部），将封装好的数据按照系统设计的指令发送给ESP32。
2. 解析ESP32发送过来的指令，根据指令做出处理（例如ESP32发来的控制远处节点的指令，或者是一些管理网络的指令）

此处上发的数据报头的内容主要是底层传感节点的基本信息；如果是一个控制节点，还需要包含这个节点的网络地址信息

3.2 ESP32的开发

在ESP32上主要有以下开发重点：

1. 与CC2530进行交互（UART或者SPI啥的），并设计指令，根据设计好的指令实现指令收发器
2. 连接wifi（可以支持微信配网功能），并在WIFI发生异常的时候，从新连接WIFI或者等待WIFI正常再去连接。
3. 实现一个靠谱的TCP通信模型，包括网络异常情况下的处理，这个在这块片子上的开发应该属于最难的部分了。

由于使用的是ESP32模组，因此，这里的嵌入式开发的气息已经不是太重了，因为它都被乐鑫公司的底层SDK屏蔽了。唯一有点嵌入式味道的就是一个小串口了。

四、关于层间主机的开发

层间主机在整个系统中起到了一个大脑的作用，它简单地管理着下层网络，同时也控制着下层网络，了解这下层网络的一切，调度这下层网络节点的执行行为。但它基本不存储数据，它不做报表，这些交给服务器处理；同时，它的运行规则也有服务器来决定，例如控制某一个电机启动的阀值，这个就由服务器提供；这里仅仅是展示缓存，同时在与服务器通信异常的时候，也可以确保这整套系统的基本运行正常（也就是说，它同时也承担这抵御风险的功能，是可以提高系统的稳定性的）。

由于层间主机和阅读器在同一个局域网中，它们之间的通信也会相对稳定，迅速。

类型：系统设计