无线传感器网络技术实验指导书(苏明霞)

实验一外部中断实验实验环境硬件：ZigBee(CC2530)模块，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。软件：IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51实验目的阅读ZigBee2530开发套件ZigBee模块硬件局部文档，熟悉ZigBee模块按键接口中断使用方式。使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的电源管理控制存放器控制系统工作状态。实验原理硬件接口原理按键接口，如图3.1.1所示。CC2530开发板有三个按键，一个复位按键。其余两个按键可以通过编程进行控制。当按键按下时，相应的管脚输出低电平。在此我们采用下降沿触发中断的方式来检测是否有按键按下。ZigBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.2LED硬件接口CC2530相关存放器图3.1.2P1存放器图3.1.3P1SEL存放器图3.1.4P1DIR存放器图3.1.5P1INP存放器图3.1.6P2INP存放器图3.1.7PICTL存放器图3.1.8P1IEN存放器图3.1.9IEN2存放器4、实验内容按键按下一次，led1亮，led2灭。按键按下2次，led1灭，led2亮。按键按下3次，都亮。按键按下4次，都灭。下降沿触发中断。5、考前须知1、实验前，请正确安装RF2530模块，注意其丝印方向应与底板丝印方向一致，严禁反接；2、实验过程中，严禁带电插拨器件，防止损坏电路；3、实验过程中，严禁用手触摸裸露的器件特别是芯片，防止造成短路或损坏芯片；4、所有模块出厂前均已调试完毕，除非有特别说明，否那么不建议自行对电路中可调局部进行调节。6、实验步骤1、将一个RF2530模块插入到WSN通用底板的相应位置。2、zigbee多功能仿真器的一端通过10pin下载线接到WSN通用底板的JTAG接口上，另一端通过USB线接到PC机上，并通过SmartRFFlashProgrammer软件正确下载自己编写的实验源码。3、通过USB外接电源〔或锂电池BT〕给WSN通用底板供电并将电源开关拨至USB供电〔或锂电池BT供电〕的位置，程序自动运行，可以看到WSN通用底板上的6个LED间歇的亮灭。4、实验完毕后，关闭电源，各模块放回原位。7、程序流程图请在实验报告上详细写出。实验二串口通信实验实验环境硬件：ZigBee(CC2530)模块，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。软件：IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51实验目的阅读ZigBee2530开发套件ZigBee模块硬件局部文档，熟悉ZigBee模块硬件接口使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的串口0对板载LED灯进行控制实验原理硬件接口原理ZigBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.1LED硬件接口ZigBee(CC2530)模块硬件上设计有2个LED灯，用来编程调试使用。分别连接CC2530的P1_0、P1_1两个IO引脚。从原理图上可以看出，2个LED灯共阳极，当P1_0、P1_1引脚为低电平时候，LED灯点亮。CC2530IO相关存放器表3.1.2P1存放器表3.1.3P1DIR存放器以上图表列出了关于CC2530处理器的P1IO相关存放器，其中只用到了P1和P1DIR两个存放器的设置，P1存放器为可读写的数据存放器，P1DIR为IO输入输出选择存放器，其他IO存放器的功能，使用默认配置。详情请用户参考CC2530的芯片手册。表3.1.4CLKCONCMD和CLKCONSTA存放器表3.1.5SLEEPCMD和SLEEPSTA控制存放器表3.1.6PERCFG存放器表3.1.7U0CSR存放器表3.1.8U0GCR存放器表3.1.9U0DBUF和U0BAUD存放器以上图表列举了和CC2530处理器串口操作相关的存放器，其中包括CLKCONCMD和CLKCONSTA控制存放器，用来控制系统时钟源和状态，SLEEPCMD和SLEEPSTA存放器用来控制各种时钟源的开关和状态。PERCFG存放器为外设功能控制存放器，用来控制外设功能模式。U0CSR、U0GCR、U0BUF、U0BAUD等为串口相关存放器。4、实验内容PC机发送11#时，led1亮，同时单片机向PC机发送，led1on字样，显示在在串口助手上。PC机发送12#时led1灭，同时单片机向PC机发送led1off字样，显示在在串口助手上。PC机发送21#时，led2亮，同时单片机向PC机发送，led2on字样，显示在在串口助手上。PC机发送22#时led2灭，同时单片机向PC机发送led2off字样，显示在在串口助手上。5、考前须知1、实验前，请正确安装RF2530模块，注意其丝印方向应与底板丝印方向一致，严禁反接；2、实验过程中，严禁带电插拨器件，防止损坏电路；3、实验过程中，严禁用手触摸裸露的器件特别是芯片，防止造成短路或损坏芯片；4、所有模块出厂前均已调试完毕，除非有特别说明，否那么不建议自行对电路中可调局部进行调节。6、实验步骤1、将一个RF2530模块插入到WSN通用底板的相应位置。2、zigbee多功能仿真器的一端通过10pin下载线接到WSN通用底板的JTAG接口上，另一端通过USB线接到PC机上，并通过SmartRFFlashProgrammer软件正确下载自己编写的实验源码。3、通过USB外接电源〔或锂电池BT〕给WSN通用底板供电并将电源开关拨至USB供电〔或锂电池BT供电〕的位置，程序自动运行，可以看到WSN通用底板上的6个LED间歇的亮灭。4、实验完毕后，关闭电源，各模块放回原位。7、程序流程图请在实验报告上详细写出。实验三人体传感器检测1．实验目的1)通过实验掌握CC2530芯片GPIO的配置方法2)掌握MQ-2气体传感器的使用2．实验设备硬件：PC机一台、ZB2530〔底板、核心板、仿真器、USB线〕一套、人体红外传感器一个软件：2000/XP/win7系统，IAR8.10集成开发环境3．实验相关电路图4.实验原理HC-SR501人体红外感应模块是基于红外线技术的自动控制产品。灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作模式。接线方式(实验是接到J10上)：1)、VCC:接电源正极〔5V〕2)、OUT:检测引脚3)、GND:接电源负极实验中使用P0_6作为检测引脚,人进入其感应范围模块输出高电平,点亮LED1，人离开感应范围LED1熄灭P0.6口为HC-SR501传感器的输入端。具体HC-SR501人体感应模块OUT输出电平由模块决定。5.实验流程图及效果〔自己写〕6代码分析〔自己写〕实验四基于Z-Stack的无线组网实验实验环境硬件：ZigBee(CC2530)模块(两个)，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。软件：IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈实验内容学习TIZStack2007协议栈内容，掌握CC2530模块无线组网原理及过程。有关Z-Stack2007协议栈的具体内容，请参考附录中相关说明及TI官方文档。使用IAR开发环境设计程序，ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈源码例程SampleApp工程根底上，实现无线组网及通讯。即协调器自动组网，终端节点自动入网后，LED1开始点亮，并发送播送信息“LED2”，协调器接收到消息后将LED2闪烁，并将数据通过串口发送给PC计算机。实验原理ZigBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.1LED硬件接口ZigBee(CC2530)模块硬件上设计有2个LED灯，用来编程调试使用。分别连接CC2530的P1_0、P、1_1两个IO引脚。从原理图上可以看出，2个LED灯共阳极，当P1_0、P1_1引脚为低电平时候，LED灯点亮。SampleApp实验简介SampleApp实验是协议栈自带的ZigBee无线网络自启动(组网)样例，该实验实现的功能主要是协调器自启动(组网)，节点设备自动入网。之后两者建立无线通讯，数据的发送主要有2中方式，一种为周期定时发送信息(本次实验采用该方法测试)，另一种需要通过按键事件触发发送FLASH信息。接下来我们分析发送periodic信息流程(发送按键事件flash流程略)Periodic消息是通过系统定时器开启并定时播送到group1出去的,因此在SampleApp_ProcessEvent事件处理函数中有如下定时器代码：caseZDO_STATE_CHANGE:SampleApp_NwkState=(devStates_t)(MSGpkt->hdr.status);if((SampleApp_NwkState==DEV_ZB_COORD)||(SampleApp_NwkState==DEV_ROUTER)||(SampleApp_NwkState==DEV_END_DEVICE)){//Startsendingtheperiodicmessageinaregularinterval.//参加网络后的功能添加在此;osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT);//定时发送消息}else{//Deviceisnolongerinthenetwork}break;当设备参加到网络后，其状态就会变化，对所有任务触发ZDO_STATE_CHANGE事件，开启一个定时器。当定时时间一到，就触发播送periodic消息事件，触发事件SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,相应任务为SampleApp_TaskID,于是再次调用SampleApp_ProcessEvent()处理SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT事件，该事件处理函数调用SampleApp_SendPeriodicMessage()来发送周期信息。if(events&SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT){//SampleApp_SendPeriodicMessage();//去掉，这个是实现周期发送播送消息//Setuptosendmessageagaininnormalperiod(+alittlejitter)osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,(SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT+(osal_rand()&0x00FF)));return(events^SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT);//returnunprocessedevents}MT层串口通讯 协议栈将串口通讯局部放到了MT层的MT任务中去处理了，因此我们在使用串口通讯的时候要在编译工程〔通常是协调器工程〕时候在编译选项中参加MT层相关任务的支持：MT_TASK,ZTOOL_P1或ZAPP_P1。在definedsymbols里面添加HAL_UART=TRUE关于无线组网实验关键代码分析voidSampleApp_SendPeriodicMessage(void){charbuf[]="~HELLO!~";AF_DataRequest(&SampleApp_Periodic_DstAddr,&SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID,8,(unsignedchar*)buf,&SampleApp_TransID,AF_DISCV_ROUTE,AF_DEFAULT_RADIUS);} 这个函数是终端节点要完成的功能，通过上面对周期事件的分析，可以知道这个函数是会被周期调用的，通过AF_DataRequest()向协调器周期发送播送字符串“~HELLO!~”uint16SampleApp_ProcessEvent(uint8task_id,uint16events){afIncomingMSGPacket_t*MSGpkt;(void)task_id;//Intentionallyunreferencedparameterif(events&SYS_EVENT_MSG){MSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t*)osal_msg_receive(SampleApp_TaskID);while(MSGpkt){switch(MSGpkt->hdr.event){//ReceivedwhenakeyispressedcaseKEY_CHANGE:SampleApp_HandleKeys(((keyChange_t*)MSGpkt)->state,((keyChange_t*)MSGpkt)->keys);break;//Receivedwhenamessagesisreceived(OTA)forthisendpointcaseAF_INCOMING_MSG_CMD:SampleApp_MessageMSGCB(MSGpkt);break;;//ReceivedwheneverthedevicechangesstateinthenetworkcaseZDO_STATE_CHANGE:SampleApp_NwkState=(devStates_t)(MSGpkt->hdr.status);if((SampleApp_NwkState==DEV_ZB_COORD)||(SampleApp_NwkState==DEV_ROUTER)||(SampleApp_NwkState==DEV_END_DEVICE)){//Startsendingtheperiodicmessageinaregularinterval.HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_ON);osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT);}else{//Deviceisnolongerinthenetwork}break;default:break;}osal_msg_deallocate((uint8*)MSGpkt);//ReleasethememoryMSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t*)osal_msg_receive(SampleApp_TaskID);//Next-ifoneisavailable}return(events^SYS_EVENT_MSG);//returnunprocessedevents}//Sendamessageout-Thiseventisgeneratedbyatimer//(setupinSampleApp_Init()).if(events&SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT){SampleApp_SendPeriodicMessage();//Sendtheperiodicmessage//Setuptosendmessageagaininnormalperiod(+alittlejitter)osal_start_timerEx(SampleApp_TaskID,SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,(SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT+(osal_rand()&0x00FF)));return(events^SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT);//returnunprocessedevents}return0;//Discardunknownevents} SampleApp_ProcessEvent()函数为应用层事件处理函数，当接收到网络数据〔即发生AF_INCOMING_MSG_CMD事件〕时，会调用SampleApp_MessageMSGCB(MSGpkt);处理函数，现在来分析这个函数voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t*pkt){uint16flashTime;unsignedchar*buf;switch(pkt->clusterId){caseSAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID://播送消息的处理//调用HalUARTWrite函数向上位机发送接收到的字符。//HalLedBlinkLED灯闪烁函数break;caseSAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID:flashTime=BUILD_UINT16(pkt->cmd.Data[1],pkt->cmd.Data[2]);HalLedBlink(HAL_LED_4,4,50,(flashTime/4));break;}} 这个函数是协调器要完成的工作，对终端发过来的消息进行格式转换后发给串口终端。更详细的处理流程。增加内容：终端节点按键S1连接在P1_6引脚上，请修改按下按键后发送播送消息，LED2，协调器接收到LED2后，让LED2闪烁，并把接收到的字符发送到PC机上。实验五基于Z-Stack的串口控制LED灯实验环境硬件：ZigBee(CC2530)模块(两个)，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。软件：IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈二、实验内容学习TIZStack2007协议栈内容，掌握CC2530模块无线组网原理及过程。有关Z-Stack2007协议栈的具体内容，请参考附录中相关说明及TI官方文档。使用IAR开发环境设计程序，ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈源码例程SampleApp工程根底上，实现协调器接收到来自上位机串口助手的消息后，向终端节点发送组播或播送消息，终端节点接受消息如0x01led1亮，0x02led2亮。实验原理ZigBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.1LED硬件接口ZigBee(CC2530)模块硬件上设计有2个LED灯，用来编程调试使用。分别连接CC2530的P1_0、P、1_1两个IO引脚。从原理图上可以看出，2个LED灯共阳极，当P1_0、P1_1引脚为低电平时候，LED灯点亮。3.2串口简介串行接口((SerialInterface)是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了本钱，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是:数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成;本钱低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米;根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。串口在嵌入式开发中非常重要，一般都要使用串口通讯、调试，所以学会串口使用也是必须的。实际上这个实验非常简单，和上个实验大局部一样，增加三个语句就可使串口工作。3.3.实验详解:使用串口步骤:workspace目录下比拟重要的两个文件夹分别是Zmain和App。我们开发主要在App文件夹进行，这也是用户自己添加自己代码的地方。主要修改SampIeApp.c和SampIeApp.h即可，如果增加传感器那么增加相应的模块驱动到App里面，在SampIeApp.c中调用就行。1串口初始化第一步:串口初始化，串口初始化相信大家很熟悉，就是配置串口号、波特率、校验位、数据位、停止位等等。在根底实验我们都是配置好存放器然后使用。现在我们在workspace下找到HAL\Target\CC2530EB\drivers的hal_uart.c文件，我们可以看到里面已经包括串口初始化、发送、接收等函数，全都封装好了;我们只需根据自己需要修改相关配置。浏览一下关于串口的操作函数还是挺全的。