Zigbee通信实验_网络传输温湿度实验
实验内容
- 搭建实验硬件环境；
- 下载程序；
- 终端节点定时向协调器发送温湿度数据。
实验目的
- 熟悉Z-Stack协议栈；
- 熟悉Z-Stack协议栈的源文件架构；
- 熟悉Z-Stack常见接口函数调用；
- 熟悉基于Z-Stack的无线通信；
- 掌握点播通信中的关键参数设置。
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 | OLED模块 | 1个 | · |
| 4 | 温湿度模块 | 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
- Git 软件下载(可选)
CC Debugger 仿真器和连接线
USB线
实验要求
- 了解ZigBee通过程中网络地址类型；
- 了解afAddrType_t结构体；
- 掌握ZigBee的网络地址类型afAddrMode_t枚举类型；
- 掌握AF_DataRequest()发送函数的参数定义。
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：
| 序号 | 16位地址分类 | 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 |
实验步骤
① 将OLED模块、温湿度模块分别安装CC2530底座上，CC Debugger连接PC机与协调器节点的底座，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：
④ 打开电脑终端，进入工作目录workspace (workspace 为工程文件夹所在目录)：
$ cd workspace
⑤ 运行clone命令：
$ git clone https://github.com/aiotcom/eps.git
下载目录至指定文件夹下。
如果提示“command not found”表示电脑没有安装Git，请至Git官网下载。
如果电脑没有安装 Git 软件，也可以进入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：D盘\实验教程与代码选择相应的代码。
⑥ 打开 IAR Embedded Workbench 工程软件，点击工具栏： File -> Open -> Workspace，选择工程文件：ZigBee通信实验\1.ZigBee网络传输温湿度实验\Projects\zstack\Samples\SampleApp\CC2530DB\SampleApp.eww 并打开。
⑦ 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，然后保存。具体操作参考PAN_ID补充说明。
⑧ 设置工程配置为“coordinatorEB”如图：
⑨ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。
⑩ 点击Download and Debug按钮，将程序下载到模块中。
⑪ 点击X退出仿真模式。
⑫ 将CC Debuger连接到终端节点，选择工程的配置“EndDeviceEB”如图。
⑬ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。
⑭ 点击Download and Debug按钮，将程序下载到模块中。
⑮ 点击X退出仿真模式。
⑯ 移除CC Debugger仿真器，采用USB线供电（接任意底座），底座拼接。
⑰ 观察温湿度数据：
代码讲解
终端节点
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。
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);
}
协调节点
① 程序目录结构，源代码文件如下图。其中无线通信为官方提供源代码库。能够掌握其关键API函数即可。
② Coordinator.c->SampleApp_Init()函数是应用代码的入口函数，对OLED屏，注册端点。
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;
}
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
break;
}
}
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。
实验思考
- 再增加一个读温湿度的终端节点，发协调器发送传感器数据，并显示在协调器上。