无线控制网络综合实验实验报告.docx

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无线控制网络综合实验实验报告

无线控制网络综合实验

实验报告

姓名：

学号：

分组编号：

小组成员：

指导老师：

2016年3月

实验3.1LED灯控制实验

一、实验目的

1、熟悉UP-CUPIOT-6410-II实验系统的硬件组成及使用方法，熟悉Zigbee模块的硬件接口；

2、熟悉和掌握使用IAR集成开发环境，编写程序实现利用CC2530的IO口控制LED闪烁的功能。

二、实验原理

1、硬件原理

CC2530控制LED的电路原理图如图3-1-1所示。

CC2530核心板上预留了两个LED，采用共阳极驱动方式，分别由CC2530的P1.0和P1.0控制，通过控制这两个IO口输出低电平即可点亮对应LED。

图3-1-1LED硬件原理图

IO口的控制是通过对CC2530相关寄存器的操作实现的，其中部分IO相关寄存器如图3-1-2所示。

具体操作过程见软件设计部分。

图3-1-2部分IO相关寄存器

2、软件原理

（1）、首先设置P1SEL寄存器，选择IO口的通用IO功能；

（2）、设置P1DIR寄存器，选择P1.0和P1.1口的输入输出方向为输出方向；

（3）、通过设置P1寄存器的第0位和第1位即可控制LED的亮灭，其中P1寄存器是可位寻址的，即可直接使用P1_x操作。

程序主函数如下。

voidmain（void）{

Initial（）;//调用初始化函数，初始化P1.0和P1.1口，包括对寄存

//器P1SEL和P1DIR的操作

LED1=0;//LED1点亮

LED2=0;//LED2点亮

while

（1）{

LED2=!

LED2;//LED2闪烁

Delay（50000）;

}

}

三、实验步骤

1、调整硬件：

使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电，并使用CCD_SETKEY选择要使用的Zigbee模块；

2、创建工程：

打开IAREmbeddedWorkbenchforMCS-51嵌入式开发环境，按下列步骤建立新工程；

（1）．选择file→new→Workspace新建一个工作空间；

（2）．选择Project→GreateNewProject...弹出图3-1-3建立新工程对话框，然后确认Toolchain栏已经选择8051，在Projecttemplates:

栏选择Emptyproject，点击下方OK按钮；

图3-1-3建立新工程

（3）．选择工程的保存位置，如图3-1-4；

图3-1-4保存工程

（4）．保存Workspace工作空间并选择保存位置，如图3-1-5；

图3-1-5保存Workspace

3、配置工程选项

按照《物联网综合实验系统实验指导书V1.3》的说明对工程进行配置，其中部分配置的说明如下：

（1）．Codemodel和Datamodel可以调节程序寻址范围的大小，要根据实际程序的大小进行调节；

（2）．Stack/Heap标签：

用于调整堆栈的大小；

（3）．Linker选项,Output标签：

用于输出编译生成的文件，用于下载到芯片运行，可以输出.hex、.bin或.txt等多种格式；

（4）．Debugger：

用于选择软件调试的方式和使用的仿真器类型。

4、新建和添加程序源文件

使用工具栏新建一个空的程序文本文件，保存为main.c，在工程名上点右键，在弹出的快捷菜单中选择Add→AddFile…，弹出文件打开对话框，选择需要的文件点击添加即可将文件添加到工程。

至此，一个可用的工程模板就创建好了，可以将该工程保存一份便于以后直接使用。

4、编写编译和链接程序

根据需求编写或添加程序，选择Project→Make或直接按F7键编译和连接工程。

5、程序下载和调试

（1）、安装仿真器驱动：

根据《物联网综合实验系统实验指导书V1.3》的说明安装好仿真器的驱动程序；

（2）、调试和运行：

选择菜单Project→Debug或按快捷键CTRL+D进入调试状态，调试状态可以进行单步运行、查看变量、设置断点等操作，方便调试程序；

现在程序已经下载到了CC2530中了，退出DEBUG模式后按一下复位按键程序就开始全速执行了。

调试界面如图3-1-6所示。

图3-1-6软件调试界面

四、实验结果

程序全速运行时可以看到LED1保持亮的状态，而LED2在不断闪烁。

实验3.2Timer1控制实验

一、实验目的

1、练习和巩固嵌入式开发环境IAR及CC2530通用IO口的使用方法；

2、学习和掌握CC2530的Timer1定时器的使用。

二、实验原理

1、硬件原理

用到的LED控制电路与实验3.1LED控制实验相同，同时使用了CC2530的内部外设定时器1。

CC2530内部有一个16为的Timer1，其主要特性如下：

①.具有3个捕获/比较通道；

②.支持上升沿、下降沿或任意边沿输入捕获模式；

③.比较模式支持置位、清除或反转外部输出；

④.三种计数模式：

⑤.输入时钟支持1，8，32或128预分频；

⑥.每个捕获/比较和计数结束都能产生中断请求；

⑦.DMA触发功能。

Tmer1包含的寄存器有：

图3-2-1Timer1的相关寄存器

2、软件原理

软件主函数如下：

初始化函数Initial（）;主要初始化了IO引脚和Timer1的T1CTL寄存器。

然后采用软件轮询IRCON的方式判断定时器是否溢出，如果溢出则改变标志TempFlag的值，进而改变LED的状态。

voidmain（）{

Initial（）;//调用初始化函数

LED1=0;//点亮

LED1while

（1）{

if（IRCON>0）{

IRCON=0;//清除溢出标志

TempFlag=!

TempFlag;

}

if（TempFlag）{

LED2=LED1;

LED1=!

LED1;

Delay（6000）;

}

}

}

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备,设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、启动IAR开发环境，新建和配置工程，将\exp\Basic\Exp2实验工程中代码拷贝到新建工程中；

4、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序。

四、实验结果

可以看到LED1和LED2轮流闪烁一段时间，然后静止相同时间，然后又开始闪烁，如此循环，实验调试界面如下图。

实验3.7模拟电压AD转换实验

一、实验目的

1、学习和掌握CC2530内部ADC的使用和调试方法；

2、掌握CC2530的USART串口的使用方法，并会使用PC机的串口调试软件。

二、实验原理

1、硬件原理

本实验用到了CC2530的内部ADC和USART，ADC的控制寄存器如图3-7-1，它有3个控制寄存器：

ADCCON1、ADCCON2和ADCCON3。

图3-7-1ADC控制寄存器

USART的控制寄存器如图3-7-2所示，具体功能见CC2530的User'sGuide。

图3-7-2USART寄存器列表

2、软件原理

通过InitUart（）;和InitialAD（）;函数分别对USART和ADC进行初始化，ADC转换完毕后可以在ADCL和ADCH寄存器中读到转换后的值，使用prints（typedata）函数将数据发送到串口。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、将系统配套串口线一端连接PC机，一端连接到平台上靠近USB串口（RS232-2）上；

4、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Basic\Exp7实验工程中代码拷贝到新建工程中；

5、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

6、由于PC机自带的超级终端不能显示输入的字符（也许是我们不会），所以我们安装了一个串口调试助手软件用于串口通讯。

将串口调试助手设置为串口波特率57600、8位、无奇偶校验，无硬件流模式，即可在助手中收到模块传递过来的模拟电压经过A/D转换后的数值。

四、实验结果

实验结果如图3-7-3所示。

图3-7-3实验3-7结果

实验3-9串口收发数据实验

一、实验目的

1、练习和熟练掌握CC2530的USART的使用方法。

二、实验原理

1、硬件原理

用到的LED和USART寄存器如前所述。

2、软件原理

（1）、初始化LED引脚和USART寄存器；

（2）、首先CC2530处于接收模式，收到数据后产生中断并在中断函数中读出接收到的数据到temp中，然后将收到的数据存到receive_buf[]中。

同时判断是否为回车或字符数大于30个，是则进入发送模式，将收到的数据通过串口重新发回PC机。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、将系统配套串口线一端连接PC机，一端连接到平台上靠近USB串口（RS232-2）上；

4、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Basic\Exp9实验工程中代码拷贝到新建工程中；

5、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

6、使用串口调试助手（注意：

字符串必须以回车键结束或输入字符串长度超过30个字符，才会显示）连接串口，设置串口波特率57600、8位、无奇偶校验，无硬件流模式，当向串口调试助手的数据发送去输入数据输入回车结束符时，将在出口调试助手的接受去看到串口输入的数据。

四、实验结果

可以看到，当发送低于30个字符的数据加回车时，将在接收窗口收到发出的数据。

当发送数据大于30时，多余的部分将被抛弃，只返回了前30个字符。

实验结果如图3-9-1所示。

图3-9-1USART收发实验实验结果

五、思考发现

这里USART的中断服务函数每次只能接收一个字节数据，并将其暂存到了temp中，在主函数中在对这个字节进行具体操作。

也就是说，如果主函数没来得及操作完串口就收到了下一个字节的数据，这时新收到的一个字节数据将覆盖掉上一次暂存到temp中的一字节数据，造成数据丢失。

实际测试中在receive_buf[counter++]=temp;语句对temp进行操作前加一段延时，真的造成了数据的丢失，丢失规律为每隔1个字符就丢失特定个字符。

实验3-10串口控制LED实验

一、实验目的

1、练习和巩固CC2530串口的使用，并将其与IO口控制相结合。

二、实验原理

1、硬件原理

LED和USART相关的原理图和寄存器原理如前所述。

2、软件原理

（1）、首先同样使用InitUart（）;和InitLed（）;函数初始化串口和LED；

（2）、将CC2530串口设置为接收模式，收到数据后在中断服务函数中将其存到temp中，并在主函数中将收到的整个数据存到receive_buf[]中，修改标志，然后判断收到的数据指示的操作并控制LED执行相应的操作。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、将系统配套串口线一端连接PC机，一端连接到平台上靠近USB串口（RS232-2）上；

4、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Basic\Exp10实验工程中代码拷贝到新建工程中；

5、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

6、使用串口调试助手连接串口，设置串口波特率57600、8位、无奇偶校验，无硬件流模式，当向串口输入相应数据格式的数据时，即可控制LED灯的开关；

LED1开：

11回车

LED1关：

10回车

LED2开：

21回车

LED2关：

20回车

四、实验结果

当输入对应的控制代码时能够正确控制LED的相应操作，而输入其它字符时LED不会变化。

同时当输入以上述3字节代码开头的长于3字节的数据时（串口调试助手是可以的，超级终端输入回车时已经将数据发送出去了）也能正确控制LED。

实验结果如图3-10-1。

图3-10-1实验结果

实验3.11时钟显示实验

一、实验目的

1、练习和巩固CC2530的定时器1和串口的使用；

2、练习和掌握使用定时器产生指定周期的信号，学会使用Timer的中断。

二、实验原理

1、硬件原理

LED、Timer1和USART相关的原理图和寄存器原理如前所述。

2、软件原理

（1）、主函数中先调用InitUart（）;InitLed（）;和InitT1（）;三个函数初始化USART、LED和Timer1；

（2）、串口中断函数用来判断收到的数据是否为s起始地，是则将收到的前十个数据暂存到timeSet[]中，然后调用voidsetTimeTemp（char*p）函数设置时间；

（3）、定时器中断函数用来产生指定时间的定时，当产生30000次中断（即定时器溢出30000次）时，改变变量的值和LED的状态，并在主函数中刷新时间，然后将新时间通过串口发送出去。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开ZIEBEE模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Basic\Exp11实验工程中代码拷贝到新建工程中；

4、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

5、使用串口调试助手连接串口，设置串口波特率57600、8位、无奇偶校验位、无硬件流模式，运行程序，即可看到模拟时间的计数。

当向串口输入相应格式的数据时，即可设置时间：

s+12+50+30设置时间为12时50分30秒。

四、实验结果

上电后可以在串口调试助手中收到实时的时间显示，通过发送s+11+28+08可以设置时间为当前时间，并成功运行计时。

实验结果如图3-10-1。

图3-10-1实验结果

实验4.1热释红外传感器实验

一、实验目的

1、熟悉和掌握热释红外传感器的使用方法；

2、熟悉和掌握CC2530外部中断的使用。

二、实验原理

1、硬件原理

（1）、LED和USART的电路原理及其相关寄存器如前所述。

（2）、CC2530的P0，P1和P2三组IO口都支持外部中断，本实验我们用到了P1.2口的外部中断，外部中断相关的部分寄存器如图4-1-1和4-1-2所示，除此之外还有中断标志寄存器，由于每组IO共用一个中断向量，所以需要通过查询中断标志寄存器判断具体哪个引脚触发了中断。

图4-1-1外部引脚中断控制寄存器

图4-1-2中断使能寄存器

（3）、热释红外传感器原理图如图4-1-3所示，其对外的主要接口为一组电源和一个数字信号输出引脚，当红外传感器收到红外信号超过阈值时该引脚就会产生上升沿跳变，跳变可以被CC2530外部中断捕获。

图4-1-3热释红外传感器原理图

2、软件原理

（1）、首先初始化LED、USART和外部中断，外部中断需要设置相应P1.2端口的输入输出方向、设置使能位和中断触发方式。

同时还需要在IEN0中使能全局中断，在IEN2中使能P1口的中断。

（2）、主函数初始化完外设后就循环控制LED2闪烁。

（3）、在P1口的中断服务函数中向串口输出产生中断信息，同时控制LED1每中断一次改变一次状态（通过对中断次数计数器int_counter对2取余得到0或1）。

退出中断服务函数前要软件清除相关标志位，否则会再次重复误触发中断。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、将系统配套串口线一端连接PC机，一端连接到平台上靠近USB串口（RS232-2）上；

4、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Sensor\Exp1实验工程中代码拷贝到新建工程中；

5、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

6、使用串口调试助手，将调试助手设置为串口波特率57600、8位、无奇偶校验、无硬件流模式。

四、实验结果

当红外传感器监测到有效范围内的物体移动时，即可在助手收到字符串“IRDAinterrupt！

”，且Zigbee模块上的LED状态改变一次。

实验结果如图4-1-4所示。

图4-1-4热释红外传感器实验结果

实验4-6温湿度传感器实验

一、实验目的

1、学习和掌握温湿度传感器的原理和使用方法；

2、了解IIC通信协议，学会使用IO口模拟IIC通信时序。

二、实验原理

1、硬件原理

（1）、用到的LED、USART和IO口相关的原理图和寄存器如前所述。

（2）、温湿度传感器原理图如图4-6-1所示，其中主要的传感器为U1，其对外输出信号的数字信号，采用IIC通信协议。

图4-6-1温湿度传感器原理图

2、软件原理

（1）、软件模拟IIC：

模拟IIC的代码主要参见shtll.c文件；

（2）、主函数初始化LED、USART和温湿度传感器，然后开始循环调用GetHumiAndTemp（&humi,&temp）函数采集温湿度信息，成功采集到则该函数会返回0。

由于得到的是float格式的温湿度信息，而串口发送的是char型字符串，所以要用sprintf（）函数将数字转换成字符串，然后通过串口发送都PC机。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备，设备上电，确保打开Zigbee模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、将系统配套串口线一端连接PC机，一端连接到平台上靠近USB串口（RS232-2）上；

4、将系统配套温湿度传感器连接到Zigbee模块的主板上，连接A/D排针端，不要连错；

5、启动IAR开发环境，新建工程，将\exp\Sensor\Exp6实验工程中代码拷贝到新建工程中；

6、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

7、使用串口调试助手，将助手设置为串口波特率57600、8位、无奇偶校验、无硬件流模式，运行程序观察串口数据输出。

四、实验结果

可以在串口调试助手窗口看到收到的温湿度信息，向温湿度传感器哈气，会看到温度和湿度信息都有所升高。

实验结果如图4-6-2所示。

图4-6-2温湿度传感器实验结果

实验5.1点对点无线通讯实验

一、实验目的

1、了解2.4GHz协议和Zigbee相关知识；

2、学习和掌握使用CC2530进行点对点的无线通讯。

二、实验原理

本实验将控制一个Zigbee模块箱另一Zigbee模块不断发送数据，另一模块在收到数据后将改变LED1和LED2的状态。

1、硬件原理

LED、USART相关硬件原理图和寄存器如前所述。

图5-1-1为CC2530的Zigbee天线，U2为平衡滤波器，J3接Zigbee天线。

图5-1-1CC2530Zigbee天线原理图

2、软件原理

（1）、关键函数分析：

①.射频初始化函数uint8halRfInit（void）

功能描述：

zigbee通信设置，自动应答有效，设置输出功率0dbm，Rx设置，接收中断有效。

参数描述：

无

返回：

配置成功返回SUCCESS

②.发送数据包函数uint8basicRfSendPacket（uint16destAddr,uint8*pPayload,uint8length）

功能描述：

发送包函数。

入口参数：

destAddr目标网络短地址

pPayload发送数据包头指针

length包的大小

出口参数：

无

返回值：

成功返回SUCCESS

失败返回FAILED

③.接收数据函数uint8basicRfReceive（uint8*pRxData,uint8len,int16*pRssi）功能描述：

从接收缓存中拷贝出最近接收到的包。

参数：

pRxData接收数据包头指针

len接收包的大小

返回：

实际接收的数据字节数

（2）、软件需要编译两次下载到两个不同的Zigbee模块中，一个为发送端，另一个为接收端。

两个软件的选择通过MODE_SEND宏定义来选择。

三、实验步骤

1、使用配套USB线连接PC机和UP-CUPIOT-6410-II型设备,设备上电，确保打开ZIEBEE模块开关供电；

2、使用CCD_SETKEY按键选择Zigbee仿真器要连接的Zigbee设备模块（根据LED指示灯判断）；

3、打开物联网无线传感网络部分\exp\zigbee\点对点无线通信\ide\srf05_cc2530\iar里的per_test.eww工程；

4、在IAR开发环境中编译、运行、调试程序；

5、通讯测试：

依次打开2个分别烧写入发送和接收的Zigbee模块，两个模块的LED1和LED2快速闪烁8次后开始通讯，接着发送器的LED1和LED2交替闪烁，接收器的LED1接收到一次数据闪烁一次，LED2熄灭。

四、实验结果

模块上电后，两个模块的LED1和LED2快速闪烁8次后开始通讯，接着发送器的LED1和LED2交替闪烁，接收器的LED1接收到一次数据闪烁一次，LED2熄灭。

图5-1-2点对点无线通讯实验截图

实验5.2点对多点无线通讯实验

一、实验目的

1、进一步熟悉和掌握CC2530Zigbee的使用；

2、学习和掌握使用CC2530的Zigbee实现点对多点的无线通讯。

二、实验原理

1、FDMA（频分多址）简介：

无线通讯与有线连接在诸多重要环节上完全不同，这些环节中的异同导致了他们之间的通信质量的差异：

①.无线链路是通过相同的传输媒介——空气来传播无线电信号；

②.误码率比常规有线系统高几个数量级。

由于存在上述差异，RF链路的可靠性比有线链路低;

③.为了实现在同一范围内多点间通讯，必须考虑防止数据包在空气中的传输时相互碰撞，为了建立可靠的无线传输通路，必须采用各种方法。

例如TDMA/FDMA/CSMA等都是无线通讯中常用的办法。

FDMA是数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。

按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。

同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。

在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。

这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。

以往的模拟通信系统