无线传感网智能组网设计实践实验指导书Word文档下载推荐.docx

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全功能设备：

全功能设备（Full-FunctionDevice，FFD）可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或精简功能装置（RFD）联结。

FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。

其设备特性有：

附带由标准指定的全部IEEE功能和所有特征；

更强的存储能力和计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用；

也能用作终端设备。

精简功能设备：

精简功能设备（Reduced-FunctionDevice，RFD）只能传送信息给FFD或从FFD接收信息，其设备特性有：

附带有限的功能来控制成本和复杂性；

在网络中通常用作终端设备；

RFD由于省掉了内存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。

2.网络节点类型。

从网络配置上，ZigBee网络中有3种类型的节点：

ZigBee协调点、ZigBee路由节点和ZigBee终端节点。

ZigBee协调点：

ZigBee协调点在IEEE中也称为PAN（PersonalAreaNetwork）协调点（ZigBeeCoordinator，ZC），在无线传感器网络中可以作为汇聚节点。

ZigBee协调点必须是FFD，一个ZigBee网络只有一个ZigBee协调点，它往往比网络中其他节点的功能更强大，是整个网络的主控节点。

它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。

ZigBee协调点是3种类型ZigBee节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。

ZigBee路由节点：

ZigBee路由节点（ZigBeeRouter，ZR）也必须是FFD。

ZigBee路由节点可以参与路由发现、消息转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等。

此外，ZigBee路由节点还可以在它的个人操作空间（POS，PersonalOperatingSpace）中充当普通协调点（IEEE称为协调点）。

普通协调点与ZigBee协调点不同，它仍然受ZigBee协调点的控制。

ZigBee终端节点：

ZigBee终端节点（ZigBeeEndDevice，ZE）可以是FFD或者RFD，它通过ZigBee协凋点或者ZigBee路由节点连接到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络，ZigBee终端节点能够以非常低的功率运行。

3.网络工作模式。

ZigBee网络的工作模式可以分为信标（Beacon）和非信标（Non-beacon）2种模式，信标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度的功耗节省，而非信标模式则只允许ZE进行周期性休眠，ZC和所有ZR设备必须长期处于工作状态。

信标模式下，ZC负责以一定的间隔时间（一般在15ms～4min）向网络广播信标帧，2个信标帧发送之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区2个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。

非信标模式下，ZigBee标准采用父节点为ZE子节点缓存数据，ZE主动向其父节点提取数据的机制，实现ZE的周期性（周期可设置）休眠。

网络中所有父节点需为自己的ZE子节点缓存数据帧，所有ZE子节点的大多数时间都处于休眠模式，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms。

1.4.3ZigBee的网络拓扑结构

ZigBee主要采用了3种组网方式：

星型网、网状网和簇状网。

其中网络协调器相当于本试验中的中心节点，全功能设备相当于本试验中的路由节点，精简功能设备相当于本试验中的终端节点。

如图1所示在星型网中，一个功能强大的主器件位于网络的中心，作为网络协调者，其它的主器件或从器件分布在其覆盖范围内。

由于网络协调者定义了整个网络的时分复用和多址接人方式，因此星型网的控制和同步都比较简单，通常用在设备薯莨比较少的场合。

图1星型网

如图2所示，网状网是由主器件连接在一起形成的，网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；

该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；

网络还具备自组织、自愈功能；

图2网状网

星型网和网状网相结合则形成了簇状网，如图3所示。

各个子网内部都以星型网连接。

其主器件又以对等的方式连接在一起。

信息流首先传到同一个子网内的主节点。

通过网关节点达到更高层的子网，随后继续上传，直至到达中心采集设备。

中心采集设备与普通的WPAN设备相比具有更强的处理能力。

簇状网可以用于覆盖范围较大的区域，

图3簇状网

在上述网络拓扑结构中，网络的形成和维护通过设备间的通信自动实现，不需要人32干预网络的建立、扩展或者减小。

ZigBee网络中的所有设备都被动态分配到IEEE地址。

1.4.4SZ05-ZBEE嵌入式无线通信模块介绍

顺舟科技SZ05系列嵌入式无线通信模块，集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；

可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；

可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构。

SZ05系列无线通信模块数据接口为TTL电平收发接口。

可以实现数据的广播方式发送、按照目标地址发送模式，除可实现一般的点对点数据通信功能外，还可实现多点之间的数据通讯，串口通信使用方法简单便利，可以大大简短模块的嵌入匹配时间进程。

SZ05系列无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点，这三类设备具备不同的网络功能，中心协调器是网络的中心节点，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能；

路由器负责数据的路由中继转发，终端节点只进行本节点数据的发送和接收。

中心协调器、路由器和终端节点这三种类型的设备在硬件结构上完全一致，只是设备嵌入软件不同，只需通过跳线设置或软件配置即可实现不同的设备功能。

表1描述了模块左侧引脚相应标识

表1模块左侧引脚说明

引脚号

标识

功能

备注

1

GND

电源地

2

+5V

电源正5V

输入

3

RX1/TTL

TTL电平输入

4

TX1/TTL

TTL电平输出

接用户系统输入RX

5

SGND

串口RS232信号地

信号地

6

TX2/RS232

串口RS232输出

接用户232输入

7

RX2/RS232

串口RS232输入

接用户232输出

8

系统保留

悬空

9

RESET

系统复位

低电平复位

表2描述了模块右侧引脚相应标识

表2模块右侧引脚说明

DATA

串口数据收发指示

低电平点亮，数据收发即闪烁

RUN

系统运行指示

低电平点亮，间隔1秒闪烁

NET

网络指示

低电平点亮，中心节点建网成功点亮，从节点入网后点亮。

ALARM

系统告警指示

低电平点亮

SLEEP

低功耗

低电平进入低功耗，高电平或悬空正常运行。

CONFIG

配置接口

低电平有效，或加跳线帽，进入系统配置状态。

1.4.5Zigbee模块配置

SZ05-ZBEE无线通信模块复位后，CONFIG引脚进入低电平状态3秒，系统进入配置状态；

高电平或悬空状态则进入工作状态。

配置接口是用于对本产品的某些参数进行配置的接口，串口信号为RS232配置如表3所示：

表3配置模式时串口参数配置

串口参数

配置值

串口波特率

38400

串口校验

NONE

数据位

停止位

设备配置选项如下所示：

1.通信信道CHANNEL设置如表4所示。

表4通信信道参数配置

CHANNEL选项

配置说明

E

F

G

AUTO模式，自动选择最佳信道。

2.网络类NET_TYPE设置如表5所示。

表5网络类型参数配置

NET_TYPE选项

网络选项

MESH

网状网

主从网络，网络中心必须有唯一的中心节点。

在同一个网络中，网络类型必须设置相同。

STAR

星型网

PEER

对等网

非主从网，无中心节点。

3.设备类型NODE_TYPE设置如表6所示。

表6设备类型参数配置

NODE_TYPE选项

设备类型

PAN_Coord

中心节点

ROUTER

中继路由

兼有终端设备功能

END_DEVICE

终端设备

4.网络号NET_ID设置如表7所示。

表7网络号参数配置

NET_ID选项选项

ID范围

NET_ID

00-FF

同个网络中ID必须相同

5.数据发送模式TX_TYPE设置如表8所示。

表8数据发送模式参数配置

TX_TYPE选项

BROADCAST

广播模式

无需目标地址。

目标地址为2字节的MAC地址，加在数据包前即可。

MASTER—SLAVE

主从模式

中心节点必需目标地址，非中心节点无需目标地址。

POINT—POINT

点对点

必需目标地址。

6.设备地址MAC_ADDR设置如表9所示。

表9设备地址参数配置

MAC_ADDR选项选项

MAC_ADDR

0000-FFFF

中心节点为0000

同个网络不能有相同地址节点

7.数据类型DATA_TYPE设置如表10所示。

表10数据类型参数配置

DATA_TYPE选项

数据类型

ASCII

ASCII码

只在按目标地址发送情况下设置，在广播发送情况下无须设置。

HEX

16进制

8.数据位DATA_BIT设置如表11所示。

表11数据位参数配置

DATA_TYPE选项

数据类型

配置说明

7+1+1

7位数据+1位校验+1位停止

需要跟数据校验设置结合起来选择。

8+0+1

7位数据+无校验+1位停止

8+1+1

8位数据+1位校验+1位停止

9.波特率设置。

10.数据校验DATA_PARITY设置如表12所示。

表12数据校验参数配置

DATA_PARIT选项

无校验

选择匹配的校验类型。

EVEN

偶校验

ODD

奇校验

11.串口超时TIME_OUT设置。

12.数据源地址SRC_ADDR设置如表13所示。

表13数据源地址是否输出参数配置

SRC_ADR选项

数据源地址

NOTOUTPUT

不输出源地址

根据应用需要选择是否输出数据包源地址。

16进制输出

ASCII输出

16进制方式输出源地址格式：

2字节源地址+有效数据；

ASCII方式输出源地址格式：

4字节源地址+有效数据。

1.4.6数据发送格式说明

1.数据发送模式如表14所示。

表14数据发送模式表

模块类型

发送模式

目标节点

广播

网内所有非中心节点

数据直接发送

主从或点对点

目标地址的节点

目标地址+数据

非中心节点

主从

2.数据发送帧格式如表15所示。

表15数据发送帧格式

数据编码

数据帧格式

不需要做任何变动

16进制目标地址

2字节目标地址+数据

ASCII目标地址

4字节目标地址+数据

1.4.7硬件连接

图4Zigbee与Min270之间的硬件连接

其中引脚11和10分别连到主板的地和电源；

引脚12和13分别连接到主板ExternB1区的TXD和RXD；

引脚9和18分别连接到主板ExternB1区的SP1TXD和SP1RXD。

1.5实验步骤

1）准备实验环境。

将mini270核心子板插到主板接口槽上，将实验平台上电运行。

2）按照基于《Xscale270嵌入式WindowsCE开发实验与实践》中所讲的将对应驱动ZGB添加到系统映像中。

将此映像烧写到Min270中。

3）将两个Zigbee模块分别插到两个试验箱的ExternB区，打开主板电源，等待WindowsCE系统运行起来。

启动后，将（通过编译应用程序工程得到）通过SD卡拷贝到已经运行了WindowsCE的EduKit-IV实验平台中运行（也可以通过同步软件ActiveSync将程序直接传送到实验平台）。

双击运行，出现如下图界面：

图5Embest_Zigbee应用程序初始界面

4）单击上图中的Open按钮，来打开对应串口驱动。

若打开成功出现如图6所示界面。

图6打开串口驱动成功后的界面

5）在单击Configure按钮进入配置界面，如图7所示。

界面左边为默认配置选项，可以改变成自己希望的配置。

图7Zigbee模块配置参数输入界面

6）在单击Apply按钮来提交配置参数，等待配置完成，如图8所示。

配置完成后进入如图9所示界面。

图8Zigbee模块配置等待界面

图9Zigbee模块配置完成界面

7）依次配置网内的每个Zigbee模块，配置完成后，各模块之间就可以相互通信了。

此出将各Zigbee模块都设置成对等网的终端设备。

如下演示地址分别为0001和为0002的两个Zigbee模块之间的通信。

8）首先地址为0001的Zigbee模块给地址为0002的Zigbee模块发送3344。

方法为在发送文本框中输入00023344，然后单击Send按钮，也就将数据发送出去了。

如图10所示。

图10Zigbee模块发送数据界面

9）在地址0001向0002数据后，0002会收到数据，如图11所示。

图11Zigbee模块接收数据界面

10）在对等网模式下，当两个终端节点之间的距离在有效覆盖范围之外时，可以在他们之间加上若干个路由节点，使得他们之间形成一条通路。

之后之两个终端节点就可以通过路由节点转发来相互通信。

1.6实验报告要求

（1）完整及详细记录实验数据，记录实验过程，总结实验心得。

（2）完成实验效果。

实验2.LED灯控制实验

1.实验环境

ZigBee（CC2530）模块，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。

IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51

2.实验内容

阅读UP-CUPZigBee2530开发套件ZigBee模块硬件部分文档，熟悉ZigBee模块硬件接口。

使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的IO控制LED外设的闪烁。

3.实验原理

硬件接口原理

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。

软件设计

#include<

>

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

实验步骤

使用USB仿真器连接PC机和ZigBee（CC2530）模块,将ZigBee调试板的电源拨到段，打开ZIEBEE

模块开关供电。

启动IAR开发环境，新建工程，或直接使用Exp1实验工程。

在IAR开发环境中编译、运行、调试程序。

实验3.Timer1控制实验

使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的Timer1定时器控制LED外设的闪烁。

#defineLED1P1_0

#defineLED2P1_1

uintcounter=0;

实验步骤

启动IAR开发环境，新建工程，或直接使用Exp2实验工程。

实验4.Timer2控制实验

使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的Timer2定时器控制LED外设的闪烁。

3.实验原理

启动IAR开发环境，新建工程，或直接使用Exp3实验工程。

实验5.Timer3控制实验

使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的Timer3定时器控制LED外设的闪烁。

#defineYLEDP1_0

#defineRLEDP1_1

/*****************************************

启动IAR开发环境，新建工程，或直接使用Exp4实验工程。

实验6.片上温度AD实验

2.2.实验内容

阅读UP-CUPZigBee2530开发套件ZigBee模块硬件部分文档，熟悉ZigBee模块相关硬件接口。

使用IAR开发环境设计程序，利用CC2530的内部温度传感器作为A\D输入源，将转换后的温度数值利用串口发送给PC