CC2530_NODERED平台显示温湿度实验
实验内容
- 通过zigbee读取温湿度传感器数据；
- 通过WiFi模块将温湿度数据传输到NODERED平台。
实验目的
- 将传感器数据上传到NODE RED平台；
- NODE RED平台部署相关流程，并图形化显示温湿度数据。
实验环境
实验所需硬件
| 序号 | 名称 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 1 | 电脑 | 1台 | 系统Windows7及以上 |
| 2 | CC2530底座模块 | 2个 | · |
| 3 | 温湿度模块 | 1个 | · |
| 4 | WIFI模块 | 1个 | · |
| 5 | CC Debugger 仿真器和连接线 | 1套 | · |
| 6 | USB线 | 1根 | · |
| 7 | 实验代码 | 1份 | · |
实验所需软件
- IAR 驱动安装步骤
-
CC Debugger 驱动安装步骤
-
NODE RED平台安装应用手册
- Git软件下载(可选)
CC Debugger 仿真器和连接线
USB线
实验原理
ZigBee基本通信方式
ZigBee的通讯方式主要有三种点播、组播、广播。点播顾名思义就是点对点通信，也是2个设备之间的通讯，不允许有第三个设备收到信息；组播就是把网络中的节点分组，每一个组员发出的信息只有相同组号的组员才能收到。广播最广泛的也就是1个设备上发出的信息所有设备都能接收到。这也是ZigBee通信的基本方式。
ZigBee网络地址类型
| 序号 | 地址类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | AddrNotPresent | 依照绑定表 |
| 2 | Addr16Bit | 16位地址，常用于点播 |
| 3 | Addr64Bit | Addr64Bit |
| 4 | AddrGroup | 组播 |
| 5 | AddrBroadcast | 广播 |
以上的的地址类型均保存在afAddrMode_t。在实际使用过程中考虑功耗，常用使用16位地址，原因16位地址是通过路由算法计算出来的，在传输路径上通过的节点较少最大的节省了网络功耗。16位地址可分成如下几类如表。
| 序号 | 地址类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 0xFFFF | 对所有设备广播，包括睡眠 |
| 2 | 0xFFFE | 间接传输，通过绑定表寻找网络短地址 |
| 3 | 0xFFFD | 对没休眠的设备广播 |
| 4 | 0xFFFC | 给协调器和路由器广播 |
| 5 | 0x0000 | 给协调器通信 |
| 6 | 0x0001-0xFFFB | 用户自设定的目标地址 |
WIFI技术基本概念
WIFI英语全称是Wireless Fidelity，中文译成无线保真。WIFI是建立连接和进行通讯的手段，它对应一套通讯的规则，保证让两个节点能互相连接，设备连接建立后，通过TCP/IP和UDP等协议，传输数据，连接互联网络。WIFI模块的STA模式和AP模式。
AP模式：Access Point，提供无线接入服务，允许其它无线设备接入，提供数据访问，一般的无线路由/网桥工作在该模式下。AP和AP之间允许相互连接。Sta模式（SP模式）：Station类似于无线终端，sta本身并不接受无线的接入，它可以连接到AP，一般无线网卡即工作在该模式。对照表如下：
| 分类 | AP模式 | SP模式 |
|---|---|---|
| 接入网络 | 接受 | 不接受 |
| 网卡 | 需要 | 不需要 |
| 终端 | 有线 | 无线 |
WiFi模块原理图
实验步骤
① WIFI模块、温湿度模块分别安装CC2530底座上，CC Debugger连接电脑与协调器节点底座，如下图所示：
② 轻按CCDebugger复位按键，指示灯变绿，表示连接正常。如下图:
③ 访问github,进入github界面后点击Code，Clone HTTPS安全链接，如下图所示：
进入Github，点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示：
如果电脑没有公网，可以进：U盘\实验教程与代码选择相应的代码。
④ 打开已经安装NODERED的电脑：
D:\> ipconfig /all //查看本机IP
本机IP
D:\> NODE-RED //启动本机nodered服务
启动NODE RED服务
⑤ 打开浏览器，输入地址127.0.0.1:1880 打开本机node red 主页：
导入本次试验的NODE RED流程
部署本次试验NODE RED流程
打开本次试验的UI界面(输入地址127.0.0.1:1880/ui)
⑥ 打开 IAR Embedded Workbench 工程软件，点击工具栏： File -> Open -> Workspace，选择工程文件：基于CC2530 NODERED实验\1.NODERED平台显示温湿度实验\Projects\zstack\Samples\SampleApp\CC2530DB\SampleApp.eww 并打开。
⑦ 待工程启动完毕，修改PANID或者信道防止与他人网络冲突，终端与协调器代码共用该配置文件如图(一个教室多组同时实验室时，必须修改PANID!!!)：
⑧ 设置工程配置为CoordinatorEB。
⑨ 打开WiFiGate.h，修改WIFI热点的名字与密码，以及根据自己的NODE RED服务器的IP地址和端口，修改connect_IP，如下图:
⑩ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。
⑪ 点击Download and Debug按钮，将程序下载到模块中。
⑫ 点击X退出仿真模式。
⑬ 将CCDebugger连接到终端节点，选择工程的配置为EndDeviceEB，如图：
⑭ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。
⑮ 点击Download and Debug按钮，将程序下载到模块中。
⑯ 点击X退出仿真模式。
⑰ 移除CC Debugger仿真器，采用USB线供电，接协调器节点的底座。
⑱ 观察WIFI模块状态灯—长亮表示已经连接到路由器：
⑲ NODE RED平台操作。(流程位于：基于CC2530 NODERED实验\1.NODERED平台显示温湿度实验、)。具体操作参考node red平台应用手册。
代码讲解
终端节点(EndDeviceEB)
① 程序目录结构，源代码文件如下图。代码中有大量ZigBee底层的代码，我们只要主要关心下图中标出的文件代码，ZigBee底层的代码会使用即可。
② EndDevice.c->SampleApp_Init()函数是应用代码的入口函数，对温湿度模块初始化、初始化Point_To_Point_DstAddr结构，注册端点、启动传感器数据采集。
void SampleApp_Init( uint8 task_id )
{
SampleApp_TaskID = task_id;
SampleApp_NwkState = DEV_INIT;
SampleApp_TransID = 0;
UartInit(HAL_UART_PORT_1,HAL_UART_BR_115200);//调试串口初始化
SHT2x_Init();//初始化温湿度传感器
printf("i am end device\r\n");//串口打印
//点对点通讯定义
Point_To_Point_DstAddr.addrMode = (afAddrMode_t)Addr16Bit;//点播
Point_To_Point_DstAddr.endPoint = SAMPLEAPP_ENDPOINT;//目标端点号
/*发给协调器,协调器地址固定为0x0000*/
Point_To_Point_DstAddr.addr.shortAddr = 0x0000;
//填写端点
EndDevice_epDesc.endPoint = SAMPLEAPP_ENDPOINT;
EndDevice_epDesc.task_id = &SampleApp_TaskID;
EndDevice_epDesc.simpleDesc = (SimpleDescriptionFormat_t *)&EndDevice_SimpleDesc;
EndDevice_epDesc.latencyReq = noLatencyReqs;
//注册端点
afRegister( &EndDevice_epDesc );
//开始本地显示温湿度数值
osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, READ_TEMP_HUMI_MSG_EVT,1000);
}
EndDevice.c->SampleApp_ProcessEvent()函数是任务处理函数。在该函数中调用SHT2x_DisplayHumi()、SHT2x_DisplayTemp()函数读取传感器数据显示在数码管上。定时调用SendTemperatureHumityToCoordinator()函数向协调器发送传感器数据。
if(events & READ_TEMP_HUMI_MSG_EVT)//READ_TEMP_HUMI_MSG_EVT
{//读取传感器数据并显示在数码管上
TempHumiShowSwitch = 1 - TempHumiShowSwitch;
/*读取温湿度并数码管显示*/
TempHumiShowSwitch?SHT2x_DisplayHumi():SHT2x_DisplayTemp();
/*启动定时器1000ms后超时,触发一次READ_TEMP_HUMI_MSG_EVT事件*/
osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, READ_TEMP_HUMI_MSG_EVT,1000);
}
if(events & SEND_TEMP_HUMI_MSG_EVT)//是SEND_TEMP_HUMI_MSG_EVT事件
{
SendTemperatureHumityToCoordinator();//向协调器发送温湿度数据
/*启动定时器2000ms后超时，触发一次SEND_TEMP_HUMI_MSG_EVT事件*/
osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SEND_TEMP_HUMI_MSG_EVT,2000);
}
协调器节点(CoordinatorEB)
① 程序目录结构，源代码文件如下图。代码中有大量ZigBee底层的代码，我们只要主要关心下图中标出的文件代码，ZigBee底层的代码会使用即可。
② Coordinator.c->SampleApp_Init()函数是应用代码的入口函数。
void SampleApp_Init( uint8 task_id )
{
SampleApp_TaskID = task_id;
SampleApp_NwkState = DEV_INIT;
SampleApp_TransID = 0;
UartInit(HAL_UART_PORT_1,HAL_UART_BR_115200);//调试串口初始化
//OLED_Init();//初始化OLED
//OLED_P8x16Str(0,0,"coordinator");//OLED显示提示信息
//填写端点
Coordinator_epDesc.endPoint = SAMPLEAPP_ENDPOINT;
Coordinator_epDesc.task_id = &SampleApp_TaskID;
Coordinator_epDesc.simpleDesc = (SimpleDescriptionFormat_t *)&Coordinator_SimpleDesc;
Coordinator_epDesc.latencyReq = noLatencyReqs;
//注册端点
afRegister( &Coordinator_epDesc );
}
Coordinator.c ->SampleApp_ProcessEvent()函数是任务处理函数。当前接收无线信道的数据时，进入SampleApp_MessageMSGCB()函数，如图：
uint16 SampleApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt;
(void)task_id;//Intentionally unreferenced parameter
if ( events & SYS_EVENT_MSG )
{
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID );
while ( MSGpkt )
{
switch ( MSGpkt->hdr.event )
{
//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(SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD)
{
printf("coord ready!");
}
break;
default:
break;
}
//Release the memory
osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt );
//Next - if one is available
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID );
}
//return unprocessed events
return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
}//if ( events & SYS_EVENT_MSG )
//Discard unknown events
return 0;
}
SampleApp_MessageMSGCB()函数中将传感器的数据解析并通过SendToWiFiNetwork()函数发送到NODE RED平台。
void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
uint8 ShowTemperatureBuf[ ]="temperture=xxC";
uint8 ShowHumiBuf[ ]="humidity=xx%";
switch ( pkt->clusterId )
{
case TEMP_HUMI_CLUSTERID://是温湿度数据命令码
ShowTemperatureBuf[11] = pkt->cmd.Data[0]/10 + 0x30;//HEX 转成ASCII
ShowTemperatureBuf[12] = pkt->cmd.Data[0]%10 + 0x30;//HEX 转成ASCII
printf("Temperature=%dC\r\n",pkt->cmd.Data[0]);//串口打印
OLED_P8x16Str(0,4,ShowTemperatureBuf);//OLED屏显示
ShowHumiBuf[9] = pkt->cmd.Data[1]/10 + 0x30;//HEX 转成ASCII
ShowHumiBuf[10] = pkt->cmd.Data[1]%10 + 0x30;//HEX 转成ASCII
printf("Humidity=%d%%\r\n",pkt->cmd.Data[1]);//串口打印
OLED_P8x16Str(0,6,ShowHumiBuf);//OLED屏显示
//转成字符字串
sprintf((void*)tempbuf,"%02d%02d",pkt->cmd.Data[0],pkt->cmd.Data[1]);
SendToWiFiNetwork(tempbuf,strlen((const char*)tempbuf));//发送到OneNET
break;
}
}
WiFiGate.c中WiFiGate_Init()函数初始化WIFI模块的IO及模块的通信串口。
void WiFiGate_Init( uint8 task_id )
{
WiFiGate_TaskId = task_id;//保存任务ID号
/*2s后触发WIFI_PROCESS_PRODIC*/
osal_start_timerEx( WiFiGate_TaskId, WIFI_PROCESS_PRODIC,2000);
UartInit(HAL_UART_PORT_0,HAL_UART_BR_115200);//初始化WIFI模块串口
/*初始化WIFI模块控制IO*/
P1SEL &= ~(BV(5)|BV(6));
P1DIR |= BV(5)|BV(6);
P1_5 = 1;
P1_6 = 0;
printf("wifi connect start\r\n");//打印调试
}
WiFiGate.c中WiFiGate_ProcessEvent()，调用WiFiGate_InitProcess()初始化WIFI模块。初始化完成WiFiModeInitDone置1。
uint16 WiFiGate_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
(void)task_id;//Intentionally unreferenced parameter 没有使用到
if(events & WIFI_PROCESS_PRODIC){
/*100ms后触发一次WIFI_PROCESS_PRODIC事件*/
osal_start_timerEx( WiFiGate_TaskId, WIFI_PROCESS_PRODIC,100);
if((ConnectState==0)&&(WiFi_InitProcess())){//初始化WIFI
/*如果初始化完成*/
ConnectState = 1;
WiFiModeInitDone = 1;//WIFI模块初始化完成
}
else if(ConnectState == 1){
}
return (events ^ WIFI_PROCESS_PRODIC);
}
return 0;
}
常见问题
-
弹出警告窗口，不能下载程序。
- 请确认CCDebugger驱动否安装。
- 轻按CCDebugger仿真器的按键，指示灯不是绿色连接有问题。
- CCDebugger仿真器是否正常接入到底座，参考实验步骤第一步。
-
下载代码后程序没观察到实验现象。
- 请重新上电，或者按下底座上的复位按键。
- 模块没有安装稳妥。
- 两个节点的PANID、信道是否相同。
-
WIFI模块状态指示灯没有亮。
- WIFI名字、WIFI密码、NODERED服务器IP地址、端口是否正确。
实验思考
- 解读一下设备与NODE RED的通讯协议，并尝试修改一下通讯协议，并使得NODE RED的UI界面，依然可以正常显示温湿度数据。