实验箱通信协议V12-刘明星

1、产品名称配置管理编号文档编号版本v 1. 1密级智能实验箱协议说明书拟制：h期:审核：日期:审核：日期:批准：h期:版本历史版本日期描述（修改原因）作者（修改者）vi. 02012. 3. 23草案初稿徐朝农vi. 12012. 6. 11根据八篇章的实验指导书，添加最新实验协议林伟刁博宇vi. 22013. 8. 24添加气体传感器、红外避障传感器实验协议刘明星目录1、引言41. 1编写目的41. 2、技术术语41. 3、参考资料42、总体设计52. 1、需求概述52. 2、框架结构53、无线zigbee通讯协议53. 1、报文格式53. 1. k示例1：传感器上传数据包格式.63. 1.

2、2、示例2：传感器控制命令包格式.63. 2、数据类型（pkt_type）定义规则73. 3、数据类型定义规则83. 3. 1. 1» 传感数据类型（sensor_type） 83. 3. 2、命令类型定义93. 3. 3、配置信息114、有线测试床协议124. 1、在程序下载态时的协议124. 2、在非程序下载状态的协议134. 2. 1、报文格式.134. 2.2、报文类型（pkt_type）定义规则134. 2.3、命令类型定义144. 2.4、配置信息的数据负荷定义155、典型工作流程165. 1、灯的状态指示165. 2、终端节点工作流程165. 3、pad工作流程166、

3、地址分配方案171、引言本文档针对智能实验箱节点定义出接口，将连接软硕件部分，为下一步的系统设计提供 依据。本文档重点描述框架结构以及功能需求，不涉及具体应用。1. 1、编写目的根据项目开发需求，定义网关节点的接口和架构，本文档实现如下说明：> 无线zigbee部分 节点上报报文的数据结构 命令报文的数据结构 配置报文的数据结构 节点无线地址的规定 各类传感器编号规则 crc16定义算法> 有线部分 命令报文的数据结构 节点有线地址的规定 配置报文的数据结构12、技术术语uart： universal asynchronous receiver/transmitter tcp/ip

4、： transmission control protocol/internet protocol udp： user datagram protocolsink：协调器节点pad：上位机，这里代表上位机来进行描述ack：回复信息node：传感器节点rfid读头：低频13.56m/身份证卡读卡设备1. 3、参考资料1. nokacsdl说明文档2. tcp-ip详解卷一：协议3. 节点与协调器通信协议(v2.0)2、总体设计分为两类通讯协议：无线zigbee通信和有线测试床通信。无线zigbee通信针对各类实 验；有线测试床通信针对实验程序下载、传感板与2530子板与程序之间的配对检查，节点

5、复位控制。2. 1、需求概述根据节点的设计需要，无线通信采用zigbee协议，有线测试床通信采用以太网协议（对 节点来说为串口）。有线通信与无线通信互不相干2. 2、框架结构3、无线zigbee通讯协议31>报文格式数据传输结构，如图所示。字节数21881211len-222前导码消息类型type目的地址desti nation源地址source包序号sn数据长度len包类型pkt_type冗余位reserved数据指针*data效验码crc16同步头协议层数据负载crcheadplayloadfooter> 同步头：通讯数据包同步字节，包含前导码和帧起始分隔符。前导码为两字节定义

6、为 “0xaa44”> type： lbyte上行数据为0x01,下行数据为0x02> destjd：8 bytes目标地址。> source_id：8bytes源地址。> seq： lbyte报文流水号(主要为了判断传感报文的乱序到达)> length：2byte整个报文的长度(以字节为单位)> pkt_type：lbyte包类型。分为pkt_typend和pkt_subtype_lnd 两个部分。> reserved： lbyte冗余位。可以考虑用于区分同一个mac上的系统类型的不同 传感器。> 帧尾(crc)： crc16效验部分，检测数据

7、包屮的数据的完整性。311、示例1：传感器上传数据包格式typedef struct _uart_packetuint8 headl;uint8 head2;/t)xaa前导码/qx44uint8 type;uint8 dest8;uint8 src8;uint8 sn;uint8 len2;uint8 pkt_type;uint8 reserved;上下行数据标识0x01表示上行，0x02表示下行数据目的地址8个字节zigbee的mac地址源地址8个字节zigbee的mac地址数据包序号len0存放高字节，len存放低字节，len指示负载长度数据包类型0x10表示普通传感器数据包冗余位uin

8、t8 data3; 数据指针data0表示传感器类型(sensor_type),如0x01为温度,见3.3.1定义uint8 crc2; uart_packet;/crc16算法数据312、示例2：传感器控制命令包格式/a)xaa/0x44typedef struct _u art_co m m an duint8 headl;uint8 head2;uint8 type; uint8 dest8;uint8 src8;uint8 sn;uint8 len2;上下行数据标识目的地址源地址数据包序号/len0存放高字节，len存放低字节，len指示负载长uint8 pkt_type;uint8

9、reserved;uint8 data2;uint8 crc2;数据包类型0x20表示普通传感器控制命令包 冗余位数据指针字节数可以变化见3.3.2定义/crc16算法数据uart_command;3. 2、数据类型（pkt_type）定义规则在数据结构中数类型为一个字节，因此本规则将定义这一个字节数据每一位所代表的意 义，如同所示：1个字节76543210/pktjsuhtypcllnci> pkt.typejnd：描述了此数据包的类型，参见下节。> pkt_subtype_ind：描述了各种命令类型屮实施的具体命令类型。注：data.type：根据pkt_type_ind 11

10、1的类型定义相应的业务类型或者子类型pkt type ind (4 bit)pkt subtype ind (4 bit)0001：传感数据类型类0000：普通传感数据（在处理上没有优先级）0001：事件型传感数据0010：命令类型类0000：普通传感器控制命令0011：命令ack类0000：普通传感器控制命令ack0001：保留0010：保留其他：无效0100：配置信息0001：节点上传自己的地址和传感板id信息0010：配置信息确认ack回应（暂不实现）0011：节点上传自己的网络地址0100：节点上传mac地址和panld其他：保留其他其他备注1：包优先级说明，根据包的作用确定其优先级収

11、值，优先级収值越小代表优先级越大, 例如优先级取值为1,其优先性高于优先级取值为2,当前优先级映射中保留优先级15用 来以后映射，对应关系如上表所示。备注2：所有命令ack回应都是原始命令中的pkt_typend改为0011,其他不动。备注3：配置信息ack冋应都是原始命令屮的pkt_subtypend改为0010,其他不动例如：(1) > 当 pkt_type_lnd=0001 时 sensor_type 与 sensor_data 具体定义如下： data_type: lbyte传感数据类型。対于普通传感器类型，具体定义见6.1.1描述。(2) 、当 pkt_type_lnd=001

12、0 时 pkt_subtype_ind=0000x 0001 时无效。 pkt_subtype_ind=0011 时，data_type: lbyte请求命令类型，具体如下: 0x01：请求分配节点id,此时data域无效。33、数据类型定义规则3311、传感数据类型(sensor_type)根据现有的传感器定义出如下表格。町根据传感器数据手册定义另行修改传感器类型备注0x00 (保留，6.2.1节中使用)温度0x01湿度0x02电压0x03三轴角速度x轴0x04三轴角速度y轴0x05三轴角速度z轴0x06光照0x08两字节数据开关oxlc比如窗帘继电器三轴加速度x轴0x19三轴加速度y轴ox

13、la三轴加速度z轴oxlb气体传感器(co2和02)oxle前2个字节为co2值，后2个字节02值语咅识别0x23识别一个短句，输出一个数值。短句事先录 入，与数值是一一对应的关系。短句编号示例：“1 号” :0x11“2 号” :0x12“红灯” ：0x21“ 绿灯” ：0x22“亮”：0x31“关”：0x32交流电机0x24暂时未规定数据直流电机0x25暂时未规定数据超声测距0x26数据为一个整数，表示距离扬声器0x27led灯0x28点对点通信0x29红外避障传感器0x2 d状态值0x01有障碍区，0x00无障碍区广播通信0x30射频信号强度0x31数据为一个2字节整数，表示功率组包实验

14、0x32源节点上报路由0x33数据为2字节整数，第一个为源节点号，第 二个为目标节点号冃标节点上报路由0x34数据为2字节整数，第一个为源节点号，第 二个目标位协调器控制0x35指定路山实验0x36动态自组网0x37两个字节表示父亲的网络地址设定功率0x38网络地址0x39两个字节表示网络地址mac地址木口 panid0x4010个字节 前8个表示mac,后面pan id时间同步报文0x41四个字节表示当前时间332、命令类型定义在uart数据包当发送命令时，数据域中的传感器类型和命令格式如下图所示:普通传感器的命令类型泄义如下:传感器测试用传 感器类型备注传感器节点本身node reset：

15、 1（1字节命令，无参数）温度湿度电压三轴角速度x轴三轴角速度y轴三轴角速度z轴三轴加速度x轴三轴加速度y轴三轴加速度z轴气体传感器switch_off:0 （无参数）switch on: 1 （无参数）红外避障传感器switch_off:0 （无参数）switch on: 1 （无参数）开关大灯switch_off:0 （1字节命令，有1个字节参数）switch_on:1（1字节命令，有1个字节参数）交流电机（1）acmotor_foward: 1（1 字节命令，无参数）（2）acmotor_backword: 2 （1 字节命令，无参数）（3）acmotor_continuousforwa

16、rd: 3（1 字节命令，1 字节参数,如下）acmotor_c on tinuousforward + spped（1字节命令+1字节速度参数）（4）acmotor_continuousforward: 4 （1 字节命令，1 字节参数，如下） acmotor_c on tinuousbackward + spped（1字节命令+1字节速度参数）acmotor stop: 5 （1字节命令，无参数）直流电机（l）dcmotor_foward: 1 （1 字节命令，无参数）dcmotor_backword: 2（1字节命令，无参数）（3）dcmotor_continuousforward: 3

17、 （1 字节命令，1 字节参数，如卜）dcmotor_c ontin uousforward + spped（1字节命令+1字节速度参数）dcmotor_continuousforward: 4 （1字节命令,1字节参数,如下） dcmotor_c ontinu ousbackward + spped（1字节命令+1字节速度参数）dcmotor stop: 5（1字节命令，无参数）超声测距switch_off:0 （无参数）switch on:1 （无参数）扬声器play0:（参数为乐谱内容，后面前两个字节为乐谱数据域长度，不包括自身）pause 1：无参数stop 2：无参数led灯on:

18、1off: 0 （参数:0x01表示黄灯，0x02表示红灯，0x03表示绿灯）语音识別on: 0off: 1点对点通信0x29on: 1表示点对点实验（协调器向所有节点广播启动命令，但只有1,2号节点能够解析并启动点对点通信）off: 0 （停止命令同上）广播通信0x30on： 1表示广播实验off： 0（协调器向所有广播，但只有123能够解析命令包，启动点对点通信）射频信号0x31射频功率0x32参数为功率值一个字节源节点上报路由0x33目标节点上报路由0x34数据为2字节整数，第一个为源节点号，第二个目标位协调器控制0x35第一个字节为实验内容：0x01为广播实验0x02为zigbee组包

19、实验 后接3个字节为点灯控制命令0x03为射频信号强度实验0x04为zigbee地 址与参数实验0x05为指定路由实验参数为1号节点的mac和2号节点mac0x06时同冋步实验 后面一个字节参数为0x01开始，0x00停止指定路由实验0x360x01 0x00发给1号节点启动实验0x01网络地址发给2号节点启动试验0x00停止实验动态自组网0x370x01发给4号节点，启动周期发包0x00 停止设定功率0x381个字节的功率值协调器和端设备都可以改时间同步实验0x410x00 一个字节表示停止333、配置信息当节点发送配置信息时，数据域屮格式如下图所示:datatypedatadatatype

20、data其中，datatype定义为:信息类型数据类型取值数据备注mac地址0x02mac地址（8字节）传感器板id0x035字节程序版本0x041字节传感板id定义:厂商id传感器板id信息类型数据类型取值数据备注厂商id0x01深联1字节其他保留传感器板id0x01六轴传感板4字节0x02超声波+光+温湿度+扬声器传感板0x03语音板0x04电机控制板0x05rfid 板0x06气体传感器板0x07保留程序版本左义如下:程序内容版本id实验一0x01实验二0x01实验三0x01实验四0x04实验五0x01实验六0x06实验七0x07实验八0x08保留4、有线测试床协议4. 1、在程序下载态

21、时的协议采用串口协议：波特率115200bps, 8位数据位，1位停止位，1个起始位。 分为两步：(1) 进入bootloader模式，用户端发送sof(1 byte)len(1 byte)cmd(1 byte)其中：sof：帧的起始字节，恒定为oxfe; len：恒定为0x00； cmd：恒定为0x4fo(2) 用户端发送sof(1 byte)len(1 byte)cmd1(1 byte)cmd2(1 byte)datafcs(1 byte)sof：帧的起始字节，恒定为oxfe;len： data字段的长度；cmd1：恒定为0x4d,表示远程的控制命令；cmd2：具体的操作命令，包括： 0x

22、01：写flash, data字段的前两个字节存放写flash的首地址（其中data0 存放地址的低字节，data存放地址的高字节），data字段剩余部分长度 不可超过64字节，存放要烧写的程序片段。 0x02：读flash, data字段的前两个字节存放读flash的首地址（data0 存放地址的低字节，data存放地址的高字节），可以读取此首地址开始 的连续64个字节数据 0x03：如果确定节点上应用程序代码可用，可发送该命令取消节点上电后 对应用程序文件的校验，减小节点启动时间fcs：存放cmd1、cmd2、data三个字段的crc校验值。处理完用户命令后，节点返冋的响应数据包格式如下:

23、sof(1 byte)len(1 byte)cmd1(1 byte)cmd2(1 byte)datafcs(1 byte)sof：帧的起始字节，恒定为oxfe;len： data字段的长度；cmd1：恒定为0x4d,表示远程的控制命令；cmd2：响应包中cmd2值=（命令包中cmd2） or 0x80,具体响应如下： 0x81：对写flash命令的响应 0x82：对读flash命令的响应，data字段的笫2个和笫3个字节存放已读 flash的首地址，data1存放地址的低字节，data存放地址的高字节。 其后存放读取到的64个字节数据 0x83：对0x03命令的响应data：该字段的第一个字节

24、指示命令执行后的状态： 0x00：成功 0x01：失败fcs：存放cmdl、cmd2、data三个字段的crc校验值。4. 2、在非程序下载状态的协议4. 21、报文格式数据传输结构，如图所示。与3.1相同4. 2. 2、报文类型（pkt.type）定义规则在数据结构中数类型为一个字节，因此本规则将定义这一个字节数据每一位所代表的意 义，如同所示：1个字节76543210/rpktjrypejildpktjfubtyptlb> pkt.typejnd：描述了此数据包的类型，参见下节。> pkt_subtype_ind：描述了各种命令类型中实施的具体命令类型。注：data.type：

25、根据pkt_type_ind中的类型定义相应的业务类型或者子类型pkt type ind (4 bit)pkt subtype ind (4 bit)0001：保留0010：命令类型类0000：节点、传感控制命令0011：命令ack类0000：节点控制命令ack0001：保留0010：保留其他：无效0100：配置信息0001： pad请求节点的配置信息（无数据负荷）0010：配置信息确认ack回应（无数据负荷）（暂不实现）0011：节点上传自己的配置信息（数据负荷见424）其他其他备注1：所有命令ack回应都是原始命令中的pkt_type_lnd改为0011,其他不动。 备注2：配置信息ack

26、冋应都是原始命令中的pkt_subtype_lnd改为0010,其他不动。4. 2. 3、命令类型定义在uart数据包当发送命令时，数据域中的传感器类型和命令格式如下图所示:普通传感器的命令类型泄义如下:传感器测试用传 感器类型备注传感器节点木身0x00node reset： 1（1字节命令，无参数）温度3.3.1 定 义，以下同湿度电压三轴角速度x轴三轴角速度y轴三轴角速度z轴三轴加速度x轴三轴加速度y轴三轴加速度z轴开关灯 扬声器switch_off:0 （1字节命令，无参数）switch_on:1（1字节命令，无参数）有参数（1字节，0x00表示语音识别，0x01表示黄灯，0x02表示红

27、灯，0x03表示绿灯，0x04表示扬声器）交流电机（l）acmotor_foward: 1 （1 字节命令，无参数）acmotor_backword: 2 （1字节命令，无参数）（3）acmotor_continuousforward: 3 （1 字节命令，1 字节参数，如下） acmotor_c ontinu ousforward + spped（1字节命令+1字节速度参数）（4）acmotor_continuousforward: 4 （1 字节命令，1 字节参数，如下） acmotor_c ontinuo usbackward + spped（1字节命令+1字节速度参数）acmotor

28、stop: 5 （1字节命令，无参数）直流电机（1）dcmotor_foward: 1 （1 字节命令，无参数）（2）dcmotor_backword: 2（1 字节命令，无参数）（3）dcmotor_continuousforward: 3（1 字节命令，1 字节参数，如下）dcmotor_c on tinuousforward + spped（1字节命令+1字节速度参数）dcmotor_continuousforward: 4 （1字节命令，1字节参数,如下） dcmotor_continuousbackward + spped（1字节命令+1字节速度参数）dcmotor stop: 5

29、（1字节命令，无参数）超声测距switch_off:0 （无参数）switch on: 1 （无参数）备注1:只实现节点复位命令，其余暂不实现。备注2： pad不对sink节点实现任何命令控制（包括复位命令）4. 2. 4、配置信息的数据负荷定义格式与333节相i司。5、典型工作流程总原则：无线、有线完全独立运行，相互不影响5. 1灯的状态指示红灯亮：节点处于bootloader状态红灯灭、绿灯闪烁一次：节点进入正常程序状态黄灯闪：节点正在加入zigbee网络黄灯亮：节点已加入zigbee网络5. 2、终端节点工作流程（1）节点进入bootloader,等候30秒后（在此期间红灯亮），如无程序下载命令，则正 常启动程序（红灯灭，绿灯闪烁一次）。（2）节点读取传感器板id号、自身mac地址、节点程序版本号。（3）节点将配置信息发送到pad （通过有线），不等待回应。并将配置信息发送给协调器（通过无线