物联网试验指导书

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物联网实验指导书

四川理工学院通信教研室

2023年11月

目录

前言1试验一走马灯IAR工程建立试验5试验二串口通信试验14试验三点对点通信试验18试验四Mesh自动组网试验21附录25试验一代码25试验二代码26试验三代码28试验四代码29

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前言

1、ZigBee基础创新套件概述

无线传感器网络技术被评为是未来四大高科技产业之一，可以预见无线传感器网络将会是继互联网之后一个巨大的新兴产业，同时由于无线传感网络的广泛应用，必然会对传统行业起到巨大的拉动作用。

无线传感器网络技术，主要是针对短距离、低功耗、低速的数据传输。数据节点之间的数据传输强调网络特性。数据节点之间通过特有无线传输芯片进行连接和转发形成大范围的覆盖容纳大量的节点。传感器节点之间的网络能够自由和智能的组成，网络具有自组织的特征，即网络的节点可以智能的形成网络连接，连接根据不同的需要采用不同的拓扑结构。网络具有自维护特征，即当某些节点发生问题的时候，不影响网络的其它传感器节点的数据传输。正是由于有了如此高级灵活的网络特征，传感器网络设备的安装和维护十分简便，可以在不增加单个节点成本同时进行大规模的布设。

无线传感器网络技术在节能、环境监测、工业控制等领域拥有十分巨大的潜力。目前无线传感器网络技术尚属一个新兴技术，正在高速发展，学习和把握新技术发展方向和技术理念是现代化高等教育的核心理念。

“ZigBee基础创新套件〞产品正是针对这一新技术的发展需要，使这种新技术能够得到快速的推广，让高校师生能够学习和了解这项潜力巨大的新技术。“ZigBee基础创新套件〞是由多个传感器节点组成的无线传感器网络。该套件综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种技术领域，用户可以根据所需的应用在该套件上进行自由开发。

2、ZigBee基础创新套件的组成

CITE创新型无线节点（CITE-N01）4个物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）1个物联网创新型红外传感器（CITE-S073）1个物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）1个物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121）1个电源6个天线8根

CCDebugger1套（调试器，带MINIUSB接口的USB线，10PIN排线）物联网试验软件一套

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2.1CITE创新型无线节点（CITE-N01）

■■■■■

支持IEEE802.15.4标准以及ZigBee、ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准2.4GISM工作频率

传输速度250Kbps，最大输出功率10dBm，接收灵敏度-97dBmMCU：加强型8051MCU，256KFlash低功耗：主动模式RX，24mA

主动模式TX在1dBm，29mA供电模式1（4us唤醒），0.2mA供电模式2（睡眠定时器运行），1uA供电模式3（外部中断），0.4uA宽电源电压范围（2V-3.6V）液晶屏显示：便于观测试验现象

自带3种传感器：光照传感器，3轴加速度传感器，温度传感器3个彩灯，5个按键：便于实现多种输入输出组合

锂电池和DC5V两种供电方式可选，锂电池充电时间一般需要4～5个小时，可以使用200个小时，在使用锂电池的状况下，假使长时间不使用，请关闭电源开关

■■■■

2.2物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）

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物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）由CC2530无线模块和超声波传感器底板组成。传感器底板上采用的是两个超声波探头，MCU部分采用SiliconLaboratories公司的C8051F206。

超声波传感器底板输出0～2000mm测量距离，并将测量距离发送给CC2530无线模块。传感器底板上有一个彩色灯，通过编程可以显示各种不同颜色，随着测量距离的不同变换不同的颜色。传感器底板与CC2530无线模块间通过串口通信，电平转换为RS232。

2.3物联网创新型红外传感器（CITE-S073）

物联网创新型红外传感器（CITE-S073）由CC2530无线模块和红外传感器底板组成。传感器底板上件采用的是红外传感器，MCU部分采用SiliconLaboratories公司的C8051F206。

红外传感器底板输出0或1开关量，并将开关量发送给CC2530无线模块。传感器底板上有一个彩色灯，通过编程可以显示各种不同颜色，红色表示红外传感器没有检测到物体，绿色表示红外传感器检测到物体。传感器底板与CC2530无线模块间通过串口通信，电平转换为RS232。

2.4物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）

物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）是由CC2530无线模块和KIONIX公司的3轴加速度传感器KXTF9-1062组成。CC2530可以通过I2C总线读取加速度

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传感器中3轴加速度的值。使用时用2节1.5V干电池供电。

2.5物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121）

物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121）是由CC2530无线模块和SENSIRION公司的温湿度传感器STH11组成。CC2530可以读取传感器采集的温湿度值。使用时用2节1.5V干电池供电。

3、系统连接

本卷须知：在无线通信过程中，一致信道之间会产生信号干扰，由于所有试验箱在出厂时默认的都是同一信道的演示试验程序。所以在做试验时，为了防止试验箱之间信号的相互干扰，保证明验效果，请同一个试验箱用同一个频率同一个信道，不同试验箱用用不同的频率与不同的信道。

开启产品试验箱后，里面包含了搭建系统所需要的所有器件和配件。连接步骤为：1.将所有模块上的天线连接好；

2.将CITE创新型无线节点（CITE-N01）、CITE-S073物联网创新型红外传感器和CITE-S063物联网创新型超声波传感器的电源接口与电源进行连接；3.将CITE-S082物联网便携型加速度传感器和CITE-S121物联网便携型温湿度传感器分别装入两节1.5V的干电池；4.在计算机上安装CITE-N01模块的串口驱动；

5.将贴有红色圆标签的CITE创新型无线节点（CITE-N01）的MINIUSB端口与计算机的USB串口用提供的A-MINIUSB线进行连接，开启电源开关；依次开启剩下模块的电源开关；6.运行计算机上的CITE-LAB软件。

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试验一走马灯IAR工程建立试验

1、试验目的

了解IAR集成开发环境。

学习安装SmartRFFlashProgrammer软件下载程序。2、试验设备

硬件：PC机（一台）ZigBee基础创新套件（一套）

软件：IAREmbeddedWorkbench开发工具、SmartRFFlashProgrammer软件、CITE-LAB软件3、试验预习要求

细心阅读IAR相关文档，熟悉本节试验步骤。

IAREmbeddedWorkbench（以下简称为IAR）嵌入式系统应用程序的开发工具，支持汇编、C和C++语言。它提供完整的集成开发环境，包括工程管理器、编辑器、编译链接工具和C-SPY调试器。IARSystems以其高度优化的编译器而著名。每个C/C++编译器不仅包含一般全局性的优化，也包含针对特定芯片的低级优化，以充分利用所选芯片的所有特性，确保较小的代码尺寸。能够支持由不同的芯片制造商生产，且种类繁多的8位、16位或32位芯片。4．试验内容（1）安装IAR。（2）启动IAR。

（3）新建一个IAR工作区。（4）开启一个IAR工作区。（5）安装调试器驱动。

（6）连接计算机、CCDebugger与物联网创新型红外传感器（CITE-S073）。（7）设置项目参数。（8）编译、下载程序。

（9）安装SmartRFFlashProgrammer软件，这个软件主要用于无线网络试验、传感器试验中的试验3以及综合试验的程序下载。（10）使用SmartRFFlashProgrammer软件下载程序。5、试验连接规律图

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6．试验步骤

安装IAR。点击光盘中的图标

，出现如下图的对话框。

选择其次项“InstallIAREmbeddedWorkbench〞并点击，出现解压界面如下图：

等待出现安装界面如下图。

点击“Next〞，出现对话框如下图。

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点击“Accept〞，出现图对话框如下图。

输入姓名和公司名称（任意输入），双击并填写到软件相应的位置并完成激活。

，生成Licensenumber与Licesekey,

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点击“Browse〞选择“LicenceKey〞，点击“Next〞，出现对话框如下图。

点击“Next〞，出现对话框如下图。

选择“Full〞，点击“Next〞，出现对话框如下图。

点击“Next〞，出现对话框如下图。

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点击“Next〞，出现开始安装话框如下图。

等待安装终止后会弹出对话框如下图。点击“Finish〞，安装完成。

启动IAR。

安装终止后，在开始菜单中选择“IAREmbeddedWorkBench〞，即可开启IAR开发环境。IAR安装目录如下图。

当开启IAR开发环境时，假使已经建好了工作区，会出现如下图的窗口，可以选择窗口里需要开启的工作区。假使要新建或开启一个工作区则点击“Cancel〞。

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开启一个IAR工作区。要开启光盘中“物联网试验〞文件夹中的“试验1〞中的CITE-T-ZA-Led。工作区开启方法为：点击File→Open→Workspace，如下图。

选择并开启名称为CITE-T-ZA-Led的工作区，如下图。

开启的工作区如下图。

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（5）安装调试器驱动。

将CCDebugger通过A-MINIUSB线与计算机的USB口连接，计算机遇弹出“找到新的硬件向导〞，选择“从列表或指定位置安装（高级）〞，点击“下一步〞，如下图。

点击“浏览〞按钮，选择驱动所在路径，驱动文件在IAR程序的安装目录下，具体位置为C:\\ProgramFiles\\IARSystems\\EmbeddedWorkbench5.3\\8051\\drivers\\TexasInstruments，如下图，点击“下一步〞。

等待驱动安装完成，点击“完成〞按钮，完成调试器驱动安装，如下图。

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点击CITE-T-ZA-Led-Debug工程文件，点击Project→Options，如下图。

选择“Linker〞选项，设置“Output〞和“Config〞选项卡，如下图。

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选择“Debugger〞选项，设置“Setup〞选项卡，如图设置

取一个物联网创新型红外传感器（CITE-S073），连接CCDebugger、物联网创新型红外传感器（CITE-S073）和计算机，连接电源，连接好后，开启电源开关。

（8）编译、下载程序。

选择CITE-ZA-Led.c文件，点击Project→RebuildAll，编译程序并生成目标文件。编译状况会在界面下方的“Messages〞显示出来，假使编译时出现错误或警告，请根据提醒进行修改，直至没有错误。再点击Project→Debug将程序下载到物联网创新型红外传感器（CITE-S073）中，连接方法如下图；点击

运行程序，可以观测到物联网

创新型红外传感器（CITE-S073）上D2～D5的4个灯轮番闪烁。试验小结

通过本小结的学习，学会定时器查询方式的使用和I/O端口的使用，并学会如何控制D2～D5灯轮番闪烁。此试验是学习单片机的入门试验，通过学习，对单片机有个基本了解，便于今后更繁杂单片机程序的开发。思考题

（1）如何改变走马灯闪烁的时间间隔？（2）如何改变4个灯闪烁的次序？

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试验二串口通信试验

1．试验目的

学习使用CC2530单片机中断方式实现串口通信。学习如何设置串口的波特率。把握如何使用串口收发数据。2．试验设备硬件：PC机（一台）ZigBee基础创新套件（一套）

软件：IAREmbeddedWorkbench开发工具CITE-LAB软件3．试验内容

系统初始化时，以查询的方式向串口发送默认的出厂信息，接下来，串口等待接收数据，串口接收以中断方式接收串口输入的数据，接收到串口上的数据后将数据发还给串口，此时可以在CITE-LAB软件上观测到串口输入的数据。4．试验连接规律图

5．试验步骤

（1）首先安装CITE创新型无线节点（CITE-N01）的串口驱动，双击开始安装驱动直至完成；

（2）取一个CITE创新型无线节点（CITE-N01），连接电源，连接好后，开启电源开关，出现一个开机界面如下图；

，

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（3）右键单击“我的电脑〞，选择“属性〞弹出如下图对话框；

（4）点击“硬件〞，选择“设备管理器〞，将“端口〞选项展开，可以找到CITE创新型无线节点（CITE-N01）与计算机相连接的端口，例如为COM3，

（5）启动IAR，开启工作区文件CITE-T-ZA-Uart.eww；（6）点击Project→RebuildAll，编译程序并生成可执行文件；

（7）连接CCDebugger、CITE创新型无线节点（CITE-N01）和计算机，如下图。连接好后，开启电源开关。点击Project→Debug将程序下载到CITE创新型无线节点（CITE-N01）中；（8）点击

运行程序，点击

按钮，退出调试环境。（关闭CITE创新型无线节点

（CITE-N01）的电源，拔下CCDebugger，将CCDebugger一端的A-MINIUSB线拔下，插入CITE创新型无线节点（CITE-N01）上的MiniUSB端口）；

（9）使用CITE-LAB软件观测试验现象，CITE创新型无线节点（CITE-N01）上电或复位

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时，在串口上会显示一串出厂信息，往串口发送数据，可以发现发送的数据被回传；（10）使用CITE-LAB软件观测程序运行状况的过程为：在PC机上双击CITE-LAB软件中的

图标（如未安装CITE-LAB软件，

，点击“进入试验〞，选择“基础双击“CITE-LAB软件文件夹〞中的安装图标进行安装）试验〞中的“串口通信试验〞，如下图：

②点击串口配置按钮

，开启如下图的端口配置界面，在串口中选择COM3，设置波特

率为115200，点击“确定〞按钮

点击“开启选定串口并开始试验〞按钮

，开始试验，点击

选择字符显示方式，

开启CITE创新型无线节点（CITE-N01）的电源或按下复位按键，在“接收数据显示区〞窗口中可以观测到出厂信息，如下图。双击状态栏下方的已发送/已接收的字节，可以将已发送/已接收的字节清为0；

在“发送数据输入区〞输入需要发送的数据，点击

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按钮发送数据，此时可以

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在“接收数据显示区〞观测到方才发送到数据。点击按钮清除数据，点击按

钮选择发送数据输入区/接收数据显示区为16进制显示方式，如图A5-9所示；

6.试验小结

通过本小结的学习，学会使用单片机的串口功能，进行收发数据，并学会如何设置串口的波特率，如何发送默认的配置信息。7.思考题

（1）如何改变串口通信的波特率？（2）如何修改发送的默认信息？

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试验三点对点通信试验

1．试验目的

通过点对点通信试验，建立无线通信概念。

了解IEEE802.15.4无线通信标准，熟悉PHY、MAC、RSSI等概念。2．试验设备硬件：PC机（一台）ZigBee基础创新套件（一套）

软件：IAREmbeddedWorkbench开发工具CITE-LAB软件3．试验内容

CITE创新型无线节点（CITE-N01）B每隔500ms向CITE创新型无线节点（CITE-N01）A发送一包数据，所以只有模块A能接收到模块B的信息，这样就构成一个点对点的形式。模块A接收到模块B的数据后，将数据通过串口转发至PC，在CITE-LAB软件上显示其内容。读取CC2530寄放器RSSI的值并在液晶屏上显示。试验连接规律图如下：

4．试验步骤

（1）启动IAR，开启工作区文件CITE-T-ZA-PeerToPeer-Cen.eww；（2）开启RF.c文件，将宏定义#definePANID0x2023中的数值部分修改为试验箱相应的PANID编号，点击保存，点击Project→RebuildAll，编译程序并生成可执行文件；

（3）取一个CITE创新型无线节点（CITE-N01）作为模块A，连接CCDebugger、CITE创新型无线节点（CITE-N01）和计算机，连接电源，连接好后，开启电源开关，连接方法请参照基础试验五。点击Project→Debug将程序下载到

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CITE创新型无线节点（CITE-N01）中，点击上的电源开关并拔掉CCDebugger；

然后退出调试状态，关闭模块A

（4）同样的方法开启工作区文件CITE-T-ZA-PeerToPeer-End.eww，将宏定义#definePANID0x2023中的数值部分修改为与步骤（2）中一致的值，点击保存，点击Project→RebuildAll，编译程序并生成可执行文件。取一个CITE创新型无线节点（CITE-N01）作为模块B，依照步骤（3）的方法下载程序，关闭模块B上的电源开关并拔掉CCDebugger，将CCDebugger一端的A-MINIUSB线拔下，插入CITE创新型无线节点（CITE-N01）A上的MiniUSB端口；

（5）在PC机上双击CITE-LAB软件中的

图标，点击“进

，开始

入试验〞，选择“无线射频试验〞中的“点对点通信试验〞，依照基础试验五的方法设置相应的串口、波特率，点击“开启选定串口并开始试验〞按钮试验，点击

选择字符显示方式；

（6）分别开启CITE创新型无线节点（CITE-N01）模块A和CITE创新型无线节点（CITE-N01）模块B上的电源开关；

（7）CITE创新型无线节点（CITE-N01）模块B每隔500ms向CITE创新型无线节点（CITE-N01）模块A发送一组数据，此时在CITE创新型无线节点（CITE-N01）模块A端的CITE-LAB软件上观测到每隔500ms接收到一组数据“HelloWorld！〞，同时模块A在发送数据时LED1的蓝灯闪烁，模块B在接收数据时LED1的绿灯闪烁，液晶屏上显示接收信号RSSI的值。CITE-LAB软件上显示结果如图所

5.试验小结

通过本小结的学习，认识到在点对点无线通信过程中，要使数据能够正确接收，首先应保证通信双方的信道一致；其次，由于在试验中采用了地址过滤，地址过滤中包含PANID和短地址信息，所以发送方的PANID和目的地址要和接收方的PANID和源地址一致。当然这两个条件只是正确接收数据的必要条件，需要满足的其它条件请参考CC2530使用手册的相关章节。6.思考题

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（1）如何改变发送字符的内容？

（2）本试验中，所有试验箱发送方的目的地址都一致，我们使用PANID过滤来屏蔽其它试验箱的数据，使接收方只接收此试验箱发送方的数据，假使所有试验箱的PANID都一致，如何使用发送方的目的地址过滤来屏蔽其它试验箱的数据？

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试验四Mesh自动组网试验

1．试验目的

学习如何建立Mesh网络拓扑结构。学习ZigBee网络Mesh网络拓扑的使用。2．试验设备

硬件：PC机（一台）ZigBee基础创新套件（一套）

软件：IAREmbeddedWorkbench开发工具SmartRFFlashProgrammer软件CITE-LAB软件3．试验内容

Mesh网络即〞无线网格网络〞,它是“多跳（multi-hop）〞网络，是由adhoc网络发展而来，是解决“最终一公里〞问题的关键技术之一。在向下一代网络演进的过程中，无线是一个不可缺的技术。无线mesh可以与其它网络协同通信。是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。

（1）建立Mesh网络拓扑结构的网络

首先协调器上电后依照指定的信道和PAN_ID建立无线网络；然后各个模块作为路由器参与这个无线网络，这样一个Mesh网络拓扑结构的网络就建立起来了。

（2）无线数据传输

路由器每隔1秒向协调器发送地址信息和网络信息，协调器接收到路由器的信息后，将这些信息解析后传送给PC，PC上的软件根据这些信息显示当前网络的拓扑结构图。

（3）ZigBeeMesh网络拓扑结构如下图所示：

试验连接规律图

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4．试验步骤

（1）修改f8wConfig.cfg（路径为：\\无线网络试验\\Projects\\zstack\\Tools\\CC2530DB）文件中的信道和PANID；

（2）启动IAR，开启协调器工作区文件MeshCenter.eww；

工程路径：\\无线网络试验\\Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-Center\\CC2530DB\\MeshCenter.eww；

（3）点击Project→RebuildAll，编译程序并生成可执行文件MeshCenter.hex；可执行文件路径：\\无线网络试验Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-Center\\CC2530DB\\CoordinatorEB-Pro\\Exe\\MeshCenter.hex；

（4）启动IAR，开启路由器工作区文件MeshEnd.eww；

工程路径：\\无线网络试验\\Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-End\\CC2530DB\\MeshEnd.eww；

（5）点击Project→RebuildAll，编译程序并生成可执行文件MeshEnd.hex；可执行文件路径：\\无线网络试验\\Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-End\\CC2530DB\\RouterEB-Pro\\Exe\\MeshEnd.hex；

（6）启动SmartRFFlashProgrammer软件（如为安装SmartRFFlashProgrammer软件，双击

，分别将可执行文件软件，弹出如下图的安装界面）

MeshCenter.hex和MeshEnd.hex下载到协调器和7个路由器中，并关闭电源。

模块与下载可执行文件的对应关系如下表所示：模块下载可执行文件的名称协调器（1个CITE创新型无线节点（CITE-N01））MeshCenter.hex路由器（剩下7个模块）MeshEnd.hex使用SmartRFFlashProgrammer软件下载MeshCenter.hex程序步骤如下：将计算机、CCDebugger与物联网CITE-N01协调器连接。开启SmartRFFlashProgrammer，如下界面设置。开启协调器电源后，会显示与计算机相连接的CCDebugger信息，如图：

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在Flash选项中选择协调器需要下载的Hex文件，可执行文件路径：\\无线网络试验Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-Center\\CC2530DB\\CoordinatorEB-Pro\\Exe\\MeshCenter.hex；界面如下。点击“

〞进行下载。

用同样的方法，将MeshEnd.hex下载到剩下的7个模块中；可执行文件路径：\\无线网络试验\\Projects\\zstack\\CITE-T-ZA-Mesh\\CITE-Mesh-End\\CC2530DB\\RouterEB-Pro\\Exe\\MeshEnd.hex；

（7）将协调器和计算机通过A-MINIUSB线连接起来，开启协调器的电源开关，可以看到协调器模块上彩灯LED1的红灯亮，建网成功后变蓝色，并在液晶屏上显示PANID号，表示协调器已建立起一个Mesh网络，接收到数据时LED3的绿灯闪烁；

依次开启7个路由器的电源开关，假使是CITE创新型无线节点（8）（CITE-N01），则在刚上电时路由器设备上彩灯LED1的红灯亮，液晶屏的下边显示OFF和Router，表示当前的网络状态（参与或未参与）和设备类型；参与网络成功后变蓝色，并在液晶屏上显示自己的短地址，液晶屏的下边显示ON和Router，表示路由器节点已经参与网络，发送数据时LED3的蓝灯闪烁；

（9）在PC机上双击CITE-LAB软件中的图标，点击

“进入

试验〞，选择“无线网络试验〞中的“自动组网试验（Mesh）〞，选择协调器与计算机连接的MINIUSB端口，例如，为COM3，设置端口波特率为115200bps，点击确定按钮，点击开始按钮，从界面上可以看到当前网络的拓扑结构如图

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所示；

（10）将拓扑图上某个父亲路由器断电后，例如将短地址为0x3C0F的路由器断电，可以观测到只有该路由器消失，其它路由器通过Mesh网络的自愈建网功能可以通过其它路由器重新建网，如下图

7、试验小结

本试验通过上位机软件描绘了一个Mesh网络拓扑，通过这个拓扑，形象生动的表达了Mesh网络中设备与设备、设备与协调器之间的关系。通过对某个设备断电或上电表达了Mesh网络自组网、自维护的网络特性。

8、思考题1、Mesh网络拓扑结构中，把其中一个设备断电再上电，观测节点是否会重新参与网络。为什么？

2、把两个试验箱f8wConfig.cfg文件中的信道和PANID修改成同样的值，会出现什么现象？

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附录

试验一代码

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////名称：Delay500（）//功能：500ms定时//入口参数：无//出口参数：无

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////voidDelay500(void){

uchari;

T1CTL|=0x02;//启动模模式计数for(i=0;i四川理工学院自动化与电子信息学院通信教研室

{

cnt=0;//清零发送次数

}}}

模块B：

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////名称：T1_interrupt()

//功能：T1中断处理函数，由于,溢出一次是10ms所以500ms应当计数50次//入口参数：无//出口参数：无

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#pragmavector=T1_VECTOR//T1中断处理函数__interruptvoidT1_interrupt(void){

T1STAT//清除定时器1中断标志位Time1Cnt++;

if(Time1Cnt==50){

Time1Cnt=0;

Time1Flag=1