Zigbee通信实验_网络传输超声波测距实验

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超声波测距数据。

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	超声波模块	1个	·
5	超声波探头	1个	·
6	CC Debugger 仿真器和连接线	1套	·
7	USB线	1根	·
8	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)

CC2530底座

实验硬件

CC Debugger 仿真器和连接线

实验硬件

OLED模块

超声波模块 & 超声波探头

超声波模块

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、超声波模块分别安装CC2530底座上，CC Debugger连接电脑与协调器节点的底座，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

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：
下载代码
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\3.ZigBee网络传输超声波数据实验\Projects\zstack\Samples\SampleApp\CC2530DB\SampleApp.eww 并打开。

打开工程

选择文件

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如图，修改后保存。具体操作参考PAN_ID补充说明。

修改PANID和信道

⑧ 设置工程配置为“coordinatorEB”如图：

工程配置为coordinatorEB

⑨ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。

文件编译

⑩ 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

⑪ 点击X退出仿真模式。

退出仿真

⑫ 将CC Debuger连接到终端节点，选择工程的配置“EndDeviceEB”如图。

选择文件

⑬ 点击Make按钮，重新编译文件，显示没有错误。

文件编译

⑭ 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

⑮ 点击X退出仿真模式。

退出仿真

⑯ 移除CC Debugger仿真器，采用USB线供电（接任意底座），底座拼接。

退出仿真

⑰ 终端节点超声波探头放一个遮挡物，协调器显示超声波探测距离：

显示传感器数据

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。

代码目录结构

② EndDevice.c->SampleApp_Init()函数是应用代码的入口函数，对超声波模块初始化、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
        
    Time1_Init();//初始化定时器，中断周期10us,超声波时间基准
    TM1640_Init();//初始化TM1640     
    HCSR04_Init();//初始化超声波	
        
    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 );
        
    osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SEND_SWITCH_MSG_EVT,1000);
    }

EndDevice.c->SampleApp_ProcessEvent()函数是任务处理函数。在该函数中调用HCSR04_StartMeasure ()函数读取超声波检测数据数据。调用SendDistanceToCoordinator ()函数向协调器发送数据。

    if(events & SEND_SWITCH_MSG_EVT)//有SEND_SWITCH_MSG_EVT事件
    {
        uint16_t HCSR04_Data =  HCSR04_StartMeasure(5);//探测距离进行5次探测
        send_LED_Display(0xC0,HCSR04_Data,1);//数码管显示距离
        SendDistanceToCoordinator((uint8_t)HCSR04_Data);
        osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SEND_SWITCH_MSG_EVT,1000);
    }

协调节点

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。

代码目录结构

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 
        printf("i am coordinator\r\n");//串口打印
        OLED_P8x16Str(0,0,"coordinator");
        
        //点对点通讯定义
        Point_To_Point_DstAddr.addrMode       = (afAddrMode_t)Addr16Bit; //点播
        Point_To_Point_DstAddr.endPoint       = SAMPLEAPP_ENDPOINT;      
        Point_To_Point_DstAddr.addr.shortAddr = 0;
        
        //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，如果接收到的消息ID为DISTANCE_CLUSTERID,就是光电开关的检测数据，并显示检测数据。

    void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
    { 
    uint8 DispBuf[ ]="distance=XXXcm";
    switch ( pkt->clusterId )
        {
            case DISTANCE_CLUSTERID:
            sprintf((void*)DispBuf,(char*)"distance:%03dcm",pkt->cmd.Data[0]);//转换成字符器
            printf("=%s\r\n",DispBuf);//串口打印
            OLED_P8x16Str(0,4,DispBuf);//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

在协调器上显示最近三次的检测距离。