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

CC2530底座

实验硬件

温湿度模块

温湿度模块

WiFi模块

WiFi模块

CC Debugger 仿真器和连接线

实验硬件

USB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

WIFI模块硬件电路

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:

模块组装

② 轻按CCDebugger复位按键,指示灯变绿,表示连接正常。如下图:

模块组装

③ 访问github,进入github界面后点击Code,Clone HTTPS安全链接,如下图所示:

操作步骤

进入Github,点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示:
下载代码
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

本机IP

D:\> NODE-RED  //启动本机nodered服务

启动NODE RED服务

NODERED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:

NODERED主页

导入本次试验的NODE RED流程

NODERED导入1 NODERED导入2 NODERED导入3

部署本次试验NODE RED流程

NODERED部署

打开本次试验的UI界面(输入地址127.0.0.1:1880/ui)

NODERED图像界面

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。

打开工程

选择文件

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!!!):

修改参数

⑧ 设置工程配置为CoordinatorEB

修改参数

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:

修改参数

⑩ 点击Make按钮,重新编译文件,显示没有错误。

文件编译

⑪ 点击Download and Debug按钮,将程序下载到模块中。

下载程序

代码下载成功

⑫ 点击X退出仿真模式。

退出仿真

⑬ 将CCDebugger连接到终端节点,选择工程的配置为EndDeviceEB,如图:

选择文件

⑭ 点击Make按钮,重新编译文件,显示没有错误。

文件编译

⑮ 点击Download and Debug按钮,将程序下载到模块中。

下载程序

代码下载成功

⑯ 点击X退出仿真模式。

退出仿真

⑰ 移除CC Debugger仿真器,采用USB线供电,接协调器节点的底座。

USB线供电

⑱ 观察WIFI模块状态灯—长亮表示已经连接到路由器:

WIFI模块指示灯

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。

NODERED数据呈现

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。

代码目录结构

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。

代码目录结构

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.cWiFiGate_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.cWiFiGate_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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 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。