无线传感网实验报告

Ｃ

eｎt ｒal SouｔｈUniveｒsiｔｙ

无线传感器网络

实验报告

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指导老师：

第一章基础实验

１了解环境

1.１实验目的

安装 IAＲ开发环境。

CC2530 工程文件创建及配置。

源代码创建,编译及下载。

1.2 实验设备及工具

硬件:ＺＸ２53０A 型底板及CC2530 节点板一块,USB 接口仿真

器,PC 机

软件:PC 机操作系统 WｉnXP，IＡＲ集成开发环境，TI 公司的烧写软件。

1.３实验内容

１、安装IAR 集成开发环境

IAR 集成开发环境安装文件所在光盘目录:物联网光盘\工具\C Ｄ-EW8051-７60１

2、ZＩBGEE 硬件连接

安装完ＩAR 和 Sｍartｒf Fｌaｓh Prｏｇrａmｍｅr 之后,按照图所示方式连接各种硬件，将仿真器的２0 芯 JTAＧ口连接到ＺX2５30A 型 CC2５30 节点板上，USB 连接到ＰC 机上，RS-23２串口线一端连接ZX2530A 型 CC253０节点板，另一端连接 P Ｃ机串口。

3、创建并配置 CC2530 的工程文件

IAＲ是一个强大的嵌入式开发平台，支持非常多种类的芯片。IAR 中的每一个 Proｊecｔ，都可以拥有自己的配置，具体包括Ｄevice 类型、堆/栈、Ｌinkeｒ、Deｂuｇger 等。

（１）新建Ｗoｒｋsｐace 和Pｒoｊｅct

首先新建文件夹leｄｔest。打开 IAR,选择主菜单Filｅ -＞New -> Worksｐａce 建立新的工作区域。

选择Pｒojeｃt -＞Creａte Ｎeｗ Projｅct -> Emｐｔy Prｏ

ｊect,点击 OK，把此工程文件保存到文件夹ｌedtest 中,命名为：leｄtest.ｅwp(如下图)。

(2）配置Leｄtｅsｔ工程

选择菜单Ｐrojecｔ－＞Optｉons...打开如下工程配置对话框

选择项 General Optioｎs，配置 Tarｇet 如下

Dｅvice：ＣC25３0;

（3）Ｓtack/Heaｐ设置：XDAＴA stack sizｅ:0x1FF

(4）Debugger 设置：

Driｖｅr：Texａs Instruments （本实验为真机调试,所以选择TI；若其他程序要使用IAＲ仿真器，可选 Simulatoｒ）

至此，针对本实验的IＡR 配置基本结束.

4、编写程序代码并添加至工程

选择菜单 File－>New－>Fiｌｅ创建一个文件，选择Ｆile->Save 保存为ｍaｉn.ｃ

将 maiｎ.c 加入到 leｄtest 工程,

将实验代码输入

然后选择 Pｒoject->Reｂｕｉld All 编译工程

编译好后,选择Proｊect－>Dｏwｎloａd and dｅbug 下载并调

试程序

下载完后，如果不想调试程序,可点工具栏上的按钮终止调试。到此,程序已经下载到了ｃc２530 芯片的fｌaｓh 内,按下

ZX2530A 上的复位按钮可看到程序的运行效果。

2 LED 实验

２.1 实验目的

通过Ｉ/O 控制小灯闪烁的过程。

在 ZＸ２530Ａ型ＣC2５30 节点板上运行自己的程序。

2．2 实验设备及工具

硬件：ＺX２53０A 型底板及 CC2530 节点板一块,USＢ接口仿真器，

ＰC 机

软件：PＣ机操作系统ＷｉnXP,IAR 集成开发环境。

2.3 实验结果

１．正确连接下载线和 ZＸ2530A 型ＣC2530 节点板,打开 ZX２５3０Ａ型 CC２５３0 节点板电源。

2．在文件夹“基础实验＼2 LＥD”下打开工程ｌｅｄ，编译工程,并下载到CC253０节点板。

３. 观察 LEＤ的闪烁情况。

4. 修改延时函数，可以改变 LＥＤ小灯的闪烁间隔时间。

5. 重新编译，并下载程序到 CＣ2530 节点板,观察 LED 的闪烁情况。

答：增加延时就会发现小灯闪烁的频率降低了。

3 串口实验

3.１实验目的

本次实验将会学习如果使用串口实现与 PＣ机的通讯。（实验中需要 PC 机与开发板之间使用RS2３2 交叉串口连接线）。

能正确配置 CＣ２530 的串口。

3.2 实验设备及工具

硬件:ZＸ2５30Ａ型底板及 CC253０节点板一块,ＵSB 接口仿真器,ＰC 机,交叉串口线一根。

软件:PC 机操作系统 WinＸP,ＩAR 集成开发环境、串口调试助手。

3.３实验结果

CC2５30 能与上位机通过串口正常通信

1.正确连接下载线和ＺX253０A 型ＣC2530 节点板，用串口线正确连接上位机和 ZX２53０Ａ型板,使能通过串口交换数据。

2.在文件夹“基础实验\５uart”下打开工程uａrt,编译工程，并下载到ＣC2５３０节点板。

3. 通过上位机上的串口调试助手，发送数据到 cｃ2530，然后检查cc2530 回送给上位机的数据。

3.４实验总结

通过这次实验，让我对无线传感器网络有了进一步的了解。在无线的世界,感觉一切都是那么神奇，二一切又是那么理所当然,记得小时候常常想,那些无线好神秘，画面,声音等怎么可以从一方到达另一方而可以完全不接触。虽然今天做的实验都是很小很简单的,比起显示中那些绚丽的感觉没什么值得赞扬的,但对于我来说,这个更有魅力,那些绚丽的我是以仰望的视角来对待,而这次我能深入它的原理去真正接触它，以平视来看待它。

第二章射频实验

点对点射频通信实验

１实验目的

在ZX2５30Ａ型 CC２530 节点板上运行相应实验程序。

熟悉通过射频通信的基本方法。

练习使用状态机实现收发功能。

2 实验内容

接收节点上电后进行初始化，然后通过指令 ISＲXＯN 开启射频接收器,等待接收数据，直到正确接收到数据为止，通过串口打印输出。发送节点上电后和接收节点进行相同的初始化，然后将要发送的数据输出到 TＸFＩFＯ中，再调用指令 IＳTXOＮCCＡ通过射频前端发送数据。

３实验设备及工具

硬件：ZX２530A 型ＣC2530 节点板２块、ＵSB 接口的仿真器，PＣ机Pentium100 以上。

软件:PC 机操作系统 WiｎＸP、IＡR 集成开发环境、串口监控程序。

4 实验原理

发送节点通过串口接收用户的输入数据然后通过射频模块发送

到指定的接收节点,接收节点通过射频模块收到数据后,通过串口发

送到pc 在串口调试助手中显示出来。如果发送节点发送的数据目的地址与接收节点的地址不匹配,接收节点将接收不到数据。

以下为发送节点程序流程图:

以下为接收节点流程图：

５实验步骤

1. 打开光盘“无线射频实验\２.点对点通信”双击 p2p．eww 打开本实验工程文件。

2．打开ｍaiｎ．c 文件下面对一些定义进行介绍ＲＦ_CHANNEＬ此宏定义了无线射频通信时使用的信道，在多个小组同时进行实验是建议每组选择不同时信道。但同一组实验中两个节点需要保证在同一信道,才能正确通信。

PＡN＿ID 个域网IＤ标示,用来表示不同在网络，在同一实验中，接收和发送节点需要配置为相同的值，否则两个节点将不能正常通信。

SEＮＤ_ADDＲ发送节点的地址

RＥＣV＿ADDR 接收节点的地址

ＮODE_TYPE 节点类型:0 接收节点，1：发送节点，在进行实验时一个节点定义为发送节点用来发送数据,一个定义为接收节点用来接收数据。

3. 修改NODE_TYPE 的值为 0，并编译下载到节点板。此节以下称为接收节点。

4．修改 NODＥ＿TYPＥ的值为 1，并编译下载到另外一个节点板。此节点板以下称为发送节点。

5.将接收节点的串口与ｐc 的串口相连，并在 pc 端打开串口调试助手，配置波特率为 1１5２00。

6. 先将接收节点上电,然后将发送节点上电。

７.从串口调试助手观察接收节点收到的数据。

8.修改发送数据的内容，然后编译并下载程序到发送节点，然后从串

口调试助手观察收到的数据。

９. 修改接收节点的地址，然后重新编译并下载程序到接收节点,然后从发送节点发送数据观察接收节点能否正确接收数据。

６实验数据分析及结论

发送节点将数据发送出去后,接收节点接收到数据,并通过串口调试助手打印输出。发送数据的最大长度为12５(加上发送的据长度和校验,实际发送的数据长度为 128 字节)。

7 实验心得

这次实验在原来的短距离无线通信中有所涉猎，所以应该这个对于我们来说还是很简单的,所以很快就做完实验了,就和几个同学好好研究了一下它的原理和一些它的展望，感觉这个学科以后有很大的发展前途，作为一个物联网的学生，对无线射频技术应该得很了解,指望它吃饭呢。这次实验也很简单，但是还是可以解除它的最底层的东西可以更加激发我们的兴趣。

第三章 ZStａｃk组网实验

多点自组织组网实验

1 实验目的

理解 zigbｅｅ协议及相关知识。

在 ZX2５30A 型ＣC2５30 节点板上实现自组织的组网。

在 ZStａcｋ协议栈中实现单播通信。

2 实验内容

先启动协调器节点，协调器节点上电后进行组网操作,再启动

路由节点和终端节点，路由节点和终端节点上电后进行入网操作，成功入网后周期的将自己的短地址，父节点的短地址,自己的节点ID 封装成数据包发送给协调器节点,协调器节点接收到数据包后通过串口传给 PC,从ＰC

上的串口监控程序查看组网情况。

发送数据格式为（1６进制):

ＦF 源节点(16ｂit) 父节点(16bit) 节点编号 ID(8bit)

例如 FF ４B 00 00 ０0 0１ ,表示01 号节点的网络地址为０04Ｂ,发送数据到父节点，其网络地址为０0 ０0（协调器)。

3 实验设备及工具

硬件:DZ２5３0 型CＣ２530 节点板、ＵSB 接口的仿真器，PC 机Pentium100 以上。

软件:PC 机操作系统ＷinXＰ、IAR 集成开发环境、ZTＯＯL 程序。

4 实验原理

程序执行的流程图如图 5-4 所示,在进行一系列的初始化操

作后程序就进入事件轮询状态。

对于终端节点,若没有事件发生且定义了编译选项 PＯＷＥR_ＳAＶＩNG,则节点进入休眠状态。

协调器是 Zigbee 三种设备中最重要的一种。它负责网络的建立,包括信道选择,确定唯一的PAN 地址并把信息向网络中广播,为加入网络的路由器和终端设备分配地址,维护路由表等。

Ｚ－Ｓtack 中打开编译选项 ZDＯ_COOＲDIＮATＯR，也就是在 IA Ｒ开发环境中选择协调器，然后编译出的文件就能启动协调器。具体工作流程是：操作系统初始化函数 osａl_ｓｔart＿system 调用ZDＡpｐＩｎiｔ初始化函数，ZDApｐIniｔ调用ＺDOIn ｉｔＤevice 函数，ＺＤOIniｔDevice 调用

ZDＡpp_NｅtｗoｒkＩnit 函数，在此函数中设置 ZDO_NETWＯRK＿I NIＴ事件，在 ZDApｐ_evｅnt_loｏp 任务中对其进行处理。由第一步先调用ＺDO＿ＳtaｒｔDeｖice 启动网络中的设备,再调用ＮLMＥ＿NeｔworkFormationRequeｓt 函数进行组网,这一部分涉及网络层细节，无法看到源代码,在库中处理。ZDO_Netwo rkFormationConfirｍCB 和 nwｋ_Ｓtａtus 函数有申请结果的处理。如果成功则 ZDＯ_NetworｋFormatioｎCoｎfirmCB 先执行，不成功则ｎwk＿Ｓtatuｓ先执行。接着，在ＺDＯ＿NeｔworkＦoｒm ａtionConfｉrmCB 函数中会设置 ZDO_NＥTWORK_ＳTＡRT 事件。由于第三步，ＺＤAｐｐ_eveｎt_ｌooｐ任务中会处理 ZDO_NETWＯR K_STＡRT 事件，调用 ZDＡpｐ_NetworkＳtartEvt 函数,

此函数会返回申请的结果。如果不成功能量阈值会按ＥＮERGY＿SCA N_INCＲEMENT 增加,并将App_ｅvent_ｌｏop 任务中的事件 ID 置为ZＤO_NETＷORＫ_ＩNIT 然后跳回第二步执行；如果成功则设置ZＤＯ_ＳＴATE＿CＨANGE＿EVT 事件让 ZDＡpp_evenｔ_loop 任务处理。对于终端或路由节点 ,调用 ZDO_ＳtarｔDevi

ｃe 后将调用函数 NLME_NetwｏrkDiscｏｖeryRequest 进行信道扫描启动发现网络的过程，这一部分涉及网络层细节,无法看到源代码,在库中处理,NLＭＥ＿NetwｏrｋDiscoverｙReｑuｅst函数执行的结果将会返回到函数ＺDO_NetwｏrkDiｓcovｅryConfiｒm

ＣＢ中，该函数将会返回选择的网络，并设

置事件ZDO_NWK_DISC_ＣNF ，在ZDApp＿PｒｏcessOＳＡLMｓg 中对该事件进行处理，调用 NLME_ＪoinＲequest加入指定的网络，若加入失败,则重新初始化网络，若加入成功则调用 ZDＡｐp_Proｃe ssNeｔｗoｒｋJｏin函数设置ＺDO_SＴＡTE_CＨANGE＿EVT,在对该事件的处理过程中将调用ＺDO_UpdateNwkStatuｓ函数,此函数会向用户自定义任务发送事件ＺDO＿STＡＴE_CHＡNＧE 。本实验在Zsｔaｃk 的事例代码 simpleApｐ修改而来。首先介绍任务初始化的概念，由于自定义任务需要确定对应的端点和簇等信息，并且将这些信息在ＡF 层中注册，所以每个任务都要初始化然后才会进入

ＯＳAL 系统循环。在Ｚ-Ｓtack 流程图中，上层的初始化集中在OＳAL 初始化（osal＿init_sｙsｔｅｍ)函数中。包括了存储空间、定时器、电源管理和各任务初始化。其中用户任务初始化的流程如下:

用户任务初始化流程图

任务ＩD（taskＩD）的分配是ＯＳAＬ要求的，为后续调用事件函数、定时器函数提供了参数。网络状态在启动的时候需要指定,之后才能触发ＺDO＿ＳＴＡTE_CHＡNＧE 事件,确定设备的类型。目的地址分配包括寻址方式,端点号和地址的指定，本实验中数据的发送使用单播方式。之后设置应用对象的属性, 这是非常关键的。由于涉及很多参数 , Z-Staｃk 专门设计 SimｐleDescriptionFｏrｍat_t 这一结构来方便设置，其中的成员如下:

EndPoint,该节点应用的端点，值在 1-240 之间,用来接收数据。

ＡppProｆId,该域是确定这个端点支持的应用profilｅ标识符,从Zigbee 联盟获取具体的标识符。

ApｐNuｍInClｕsｔｅrs，指示这个端点所支持的输入簇的数目。

pApｐInClustｅrＬiｓｔ，指向输入簇标识符列表的指针。

AｐｐNｕmOutＣluｓters，指示这个端点所支持的输出簇的数目。pApｐOutCｌuｓteｒＬist,指向输出簇标识符列表的指针。

本实验 profile 标识符采用默认设置,输入输出簇设置为相同MY_PＲOＦILE_ID,设置完成后，调用 aｆRegistｅr 函数将应用信息在AF 层中注册，使设备知晓该应用的存在,初始化完毕。一旦初始化完成，在进入 OＳＡL 轮询后 zb＿HaｎdleOsalEvent 一有事件被触发，就会得到及时的处理。事件号是一个以宏定义描述的数字。系统事件（SYS＿EVEＮT_MSＧ)是强制的,其中包括了几个子事件的处理。ZDO_CＢ_MSG 事件是处理ZDO 的响应，ＫＥY_CHA NＧE 事件处理按键（针对ＴI 官方的开发板）,AＦ_DATA_CONFIR M_CMD 则是作为发送一个数据包后的确认,ＡＦ＿IＮＣOMIＮG_ＭSＧ_CＭD是接收到一个数据包会产生的事件，协调器在收到该事件后调用函数 p２p＿tｅst_MessaｇｅMＳＧCB,将接收到的数据通过HａｌUARTＷrite 向串口打印输出。ZDO＿SＴＡTE_CＨANGE 和网络状态的改变相关在此事件中若为终端或路由节点则发送用户自定义的数据帧:FF 源节点短地址(16biｔ,调用

NＬME_GetShortAddr()获得)、父节点短地址(１6bｉt,调用 NLME_G etCｏoｒｄShoｒtAddr()）、节点编号ＩＤ(8bit,为长地址的最低字节，调用NLME_ＧｅtＥｘｔAddｒ（）获得,在启动节点前应先用RFProgrammer 将非０XFFFＦＦFFFFFFFFFFF 的长地址写到ＣＣ

２530 芯片存放长地址的寄存器中),协调器不做任何处理,只是等待数据的到来。终端和路由节点在用户自定义的事件MY_RＥPＯＲＴ_ EVT中发送数据并启动定时器来触发下一次的ＭＹ_REPORT_EVT 事件，实现周期性的发送数据（发送数据的周期由宏定义 REPOＲＴ_DELAY 确定)。

5 实验步骤

1．打开工程文件夹协议栈实验\2．多点自组网\Projecｔｓ\ｚsta ck＼Saｍplｅs\SｉｍpleＡpp＼CC2５3０DB下的工程文件Ｓimpl ｅApp.ｅww。

2. 选择工程编译，生成协调器代码，并下载到 ZＸ25３0A 开发板。此节点为协调器节点。

3. 选择工程编译,生成终端节点代码,并下载到ZX2５30 开发板。此节点为终端节点。

4．选择工程编译，生成路由器节点代码,并下载到 ZＸ2５30 开发板,此节点为路由器节点。5. 用串口线将协调器节点与 pc 连接起来,在ｐc 端打开ＺＴOOL 程序。（ZTOOL 程序在 zstack 安装后自动安装)

６．开启 ZＸ２530A 型 CＣ2530 节点板电源。

7. 在 ZＴＯOＬ程序中观察组网结果。

6 实验数据分析及结论

由接收数据的ＤebugString 可以看出图中有两个节点加入了网了，其中一个节点的 DＥVID 是２1,网络地址:4f07，父节点地址是 0 即协调器。另外一个节点的ＤEVIＤ是 11,网络地址:Ａ6F7,父节点地址是 4f07 即上一节点。实验中可以试着改变不同节点的位置,然后通过ZTOOL 看看组网结果有什么不同。

7 实验心得

这次实验感觉比原来的更有趣，可以在手机上看到无线连接的组网，所以和同学们很有兴趣,虽然只有几个分支，但是几个的通信还是可以清晰可见的。同时也让我们看到了大型ａｎdroid手机的模样，以前都是看成品，这次看的是半成品，感觉很有意思。在组网的过程中，遇到了一些问题，刚开始不知道如何解决，就问同学和老师,有的是线的问题,由于实验器材本身的问题，导致一些松动之类的,但最

后实验总算是顺利的完成了。在这感谢帮助我的同学和老师。

第四章传感器网络综合实验

Zigbee 节点控制程序设计

１.1 协调器节点工程

SimｐleCｏordinatｏr 即协调器工程，如下图

协调器的应用功能代码实现文件是SimpｌeCoordinａtｏｒ.ｃ

在工程文件夹 App 目录下具体实现可参考源码。按下键盘上的 F7 即个编译协调器工程,编译好之后可将代码下载到协调器节点板。1．２人体红外传感器节点工程

ＳimｐleInfrａred 即人体红外传感器工程，如下图

人体红外传感器节点应用控制代码可参考工程目录Ａpp 下 SｉmｐleInfraｒed.c