无线传感器网络技术实验指导书(苏明霞)

1、实验一 外部中断实验1. 实验环境 硬件：ZigBee(CC2530)模块，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。 软件：IAR Embedded Workbench for MCS-512. 实验目的 阅读 ZigBee2530开发套件 ZigBee 模块硬件部分文档，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 的电源管理控制寄存器控制系统工作状态。3. 实验原理3.1 硬件接口原理 按键接口，如图3.1.1所示。图3.1.1CC2530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

2、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。u ZigBee(CC2530)模块 LED 硬件接口 图 3.1.2 LED 硬件接口 CC2530 相关寄存器图3.1.2 P1寄存器图3.1.3 P1SEL寄存器图3.1.4 P1DIR寄存器图3.1.5 P1INP 寄存器图3.1.6 P2INP 寄存器图3.1.7 PICTL寄存器图3.1.8 P1IEN 寄存器图3.1.9 IEN2 寄存器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、注意事项1、实验前，请正确安

3、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，否则不建议自行对电路中可调部分进行调节。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10 pin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SmartRF Flash Programmer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W

4、SN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1. 实验环境 硬件：ZigBee(CC2530)模块，ZigBee下载调试板，USB仿真器，PC机。 软件：IAR Embedded Workbench for MCS-512. 实验目的 阅读 ZigBee2530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 的串口0 对板载 L

5、ED 灯进行控制3. 实验原理3.1 硬件接口原理 u ZigBee(CC2530)模块 LED 硬件接口 图 3.1.1 LED 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。u CC2530 IO 相关寄存器表 3.1.2 P1 寄存器表 3.1.3 P1DIR 寄存器以上图表列出了关于 CC2530 处理器的 P1 IO 相关寄存器，其中只用到了 P1 和 P1DIR 两个寄存

6、器的设置，P1 寄存器为可读写的数据寄存器，P1DIR 为 IO 输入输出选择寄存器，其他 IO 寄存器的功能，使用默认配置。详情请用户参考 CC2530 的芯片手册。表3.1.4 CLKCONCMD 和 CLKCONSTA 寄存器表3.1.5 SLEEPCMD 和 SLEEPSTA 控制寄存器表3.1.6 PERCFG 寄存器表3.1.7 U0CSR 寄存器表3.1.8 U0GCR 寄存器表3.1.9 U0DBUF 和U0BAUD 寄存器以上图表列举了和 CC2530 处理器串口操作相关的寄存器，其中包括 CLKCONCMD 和CLKCONSTA控制寄存器，用来控制系统时钟源和状态，SLEE

7、PCMD和SLEEPSTA寄存器用来控制各种时钟源的开关和状态。PERCFG 寄存器为外设功能控制寄存器，用来控制外设功能模式。 U0CSR、 U0GCR、 U0BUF、U0BAUD 等为串口相关寄存器。4、实验内容PC机发送11#时，led1亮，同时单片机向PC机发送，led1 on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led1 off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，led2 on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led2 off字样，显示在在串口助手上。5、

8、注意事项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，否则不建议自行对电路中可调部分进行调节。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10 pin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SmartRF Flash Programmer软件正确下载自己编写的实验源码。3、通过USB

9、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，IAR 8.10 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

10、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1. 实验环境 硬件：ZigBee(CC2530)模块(两个)，ZigBe

11、e下载调试板，USB仿真器，PC机。 软件：IAR Embedded Workbench for MCS-51 ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈2. 实验内容 学习TI ZStack2007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工程基础上，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，并发送广播信息“LED2”，协调器接收到消息后将LED2闪烁，并将数据通过串口发送

12、给PC计算机。3. 实验原理3.1 ZigBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.1 LED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 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

13、)，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广播到group1出去的,因此在SampleApp_ProcessEvent事件处理函数中有如下定时器代码： case ZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt-hdr.status); if ( (SampleApp_NwkState = DEV_ZB_COORD) | (SampleApp_NwkState = DEV_ROUTER) | (Sa

14、mpleApp_NwkState = DEV_END_DEVICE) ) / Start sending the periodic message in a regular interval. /加入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 / Device is no longer in the network break;当设备加入到网络后，其状态就会变化，对所有任务

15、触发ZDO_STATE_CHANGE事件，开启一个定时器。当定时时间一到，就触发广播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_SendPeriodicM

16、essage(); /去掉，这个是实现周期发送广播消息 / Setup to send message again in normal period (+ a little jitter) 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); / return unprocessed

17、 events v MT层串口通讯协议栈将串口通讯部分放到了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）时候在编译选项中加入MT层相关任务的支持：MT_TASK,ZTOOL_P1 或ZAPP_P1。在defined symbols里面添加HAL_UART=TRUEv 关于无线组网实验关键代码分析void SampleApp_SendPeriodicMessage( void ) char buf=HELLO!; AF_DataRequest( &SampleApp_Periodic_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLE

18、APP_PERIODIC_CLUSTERID, 8, (unsigned char*)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()向协调器周期发送广播字符串“HELLO!”uint16 SampleApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events ) afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt; (void)task_id; / I

19、ntentionally unreferenced parameter if ( events & SYS_EVENT_MSG ) MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID ); while ( MSGpkt ) switch ( MSGpkt-hdr.event ) / Received when a key is pressed case KEY_CHANGE: SampleApp_HandleKeys( (keyChange_t *)MSGpkt)-state, (keyChange_t *)

20、MSGpkt)-keys ); break; / Received when a messages is received (OTA) for this endpoint case AF_INCOMING_MSG_CMD: SampleApp_MessageMSGCB( MSGpkt ); break; / Received whenever the device changes state in the network case ZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt-hdr.status); if ( (Sam

21、pleApp_NwkState = DEV_ZB_COORD) | (SampleApp_NwkState = DEV_ROUTER) | (SampleApp_NwkState = DEV_END_DEVICE) ) / Start sending the periodic message in a regular interval. HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON); osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT, SAMPLEAPP_SEND_PERIO

22、DIC_MSG_TIMEOUT ); else / Device is no longer in the network break; default: break; osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt ); / Release the memory MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID ); / Next - if one is available return (events SYS_EVENT_MSG); / return unprocessed ev

23、ents / Send a message out - This event is generated by a timer / (setup in SampleApp_Init(). if ( events & SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT ) SampleApp_SendPeriodicMessage(); / Send the periodic message / Setup to send message again in normal period (+ a little jitter) osal_start_timerEx( SampleApp_T

24、askID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT, (SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT + (osal_rand() & 0x00FF) ); return (events SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT); / return unprocessed events return 0; / Discard unknown eventsSampleApp_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SampleA

25、pp_MessageMSGCB( MSGpkt );处理函数，现在来分析这个函数void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) uint16 flashTime; unsigned char *buf; switch ( pkt-clusterId ) case SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID: /广播消息的处理 /调用HalUARTWrite函数向上位机发送接收到的字符。 / HalLedBlink LED灯闪烁函数 break; case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: fl

26、ashTime = BUILD_UINT16(pkt-cmd.Data1, pkt-cmd.Data2 ); 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。4. 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广播消息，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灯一、 实验环境 硬件：ZigBee(CC2530)模块(两个)，ZigB

27、ee下载调试板，USB仿真器，PC机。 软件：IAR Embedded Workbench for MCS-51 ZStack-2.3.0-1.4.0协议栈二、实验内容 学习TI ZStack2007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工程基础上，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广播消息，终端节点接受消息如0x01led1亮，0x02led2亮。三、 实验原理3.1 Zi

28、gBee(CC2530)模块LED硬件接口图3.1.1 LED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(Serial Interface)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，从而大大降低了成本，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

29、少只需一根传输线即可完成;成本低但传送速度慢。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，和上个实验大部分一样，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目录下比较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，如果增加传感器则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。在基础实验我们都是配置好寄存器然后使用。现在我们在workspace下找到HALTargetCC2530EBdrivers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。我们看看workspace上的MT层，发觉有很多基本函数，前面带MT