ZigBee星形网实验讲述.docx

1、ZigBee星形网实验讲述实验六、ZigBee星形网实验实验目的：1、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中网络拓扑结构的设置。2、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中信道的设置。3、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中网络地址（PAN ID）的设置。4、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中网内地址的分配方式设置。实验内容：ZigBee星形网实验实验简介：本实验的目标是组成一个ZigBee星型网络。该网络由1个协调器、4个终端组成。约定本实验箱中的ZigBee专用协调器作为该网络的协调器，其它4个终端节点分别由光照度传感器节点、位移传感器节

2、点、天然气传感器节点、光电转换传感器节点承担，见表6-1。该无线网络结构如图6-1所示： 实验箱资源 节点说明专用协调器模块 协调器光照度传感器节点模块 终端位移传感器节点模块 终端天然气传感器节点模块 终端光电装换传感器节点模块 终端表6-1图6-1 实验箱中的ZigBee星形结构本实验需要设置实验箱中的5个ZigBee节点， 1个为协调器，4个为终端，协调器和终端的设置过程基本相同，只是在选择设备时有所不同，如果设置的是协调器设备，则选择的设备为协调器，如果设置的是终端设备，则选择的设备为终端。本实验以协调器设置为例进行介绍，终端的设置由学生参照协调器的设置独立完成。由于本实验的终端设备被

3、分配给了4个传感器上插接的ZigBee通信模块，实验时不需拔下该ZigBee通信模块，该ZigBee通信模块的仿真口在通信模块下方传感器的右侧，而通信模块的串口在传感器的左部或右部（放置在箱内左侧的传感器的串口在左侧，反之在右侧）。在设置ZigBee通信模块并下载程序时，即可由仿真器供电（电源来自电脑的USB口），也可由对应的传感器的供电，如果由仿真器供电，可不打开传感器的电源开关。实验设备：（1）硬件设备PC机一台，CC-DEBUG仿真器一台，ZigBee通信模块，ZigBee协调器光照度传感器节点板，位移传感器节点板天然气传感器节点板，天然气传感器节点板（2）软件工具IAR Embedde

4、d Workbench Evaluation for 8051 8.10版；PL2303-USB转串口驱动程序；串口调试软件4.5。实验步骤：步骤一、设置信道（以协调器为例） 首先，打开“物联网综合实验箱.rar”文件中“实验箱源码及其学生实验ZigBee协议栈基础实验ZigBee协议栈网络设置实验学生用星型组网ZStack-C25302.5.1aProjects zstackSamplesSampleAppCC2530DB SampleApp.eww”工程。设置该节点为协调器（Coordinator），协调器设备模块设置与实验一相同，过程不再重复。信道的设置：方法一：（1）如图6-2所示界面

5、：工程Tools目录内的相关文件需要修改，双击可打开f8wConfig.cfg文件。为了便于说明，补充一下IAR设置行号操作知识。首先在菜单栏Tools-选择Options 图6-2 选择Options 在图6-2所示界面中单击打开后，选择Editor-勾选Show line numbers显示行号。单击“确定”按钮，出现如图6-3所示界面。图6-3 设置显示行号在图6-3所示界面中，双击f8wConfig.cfg文件，出现如图6-4所示界面，在图6-4所示界面中的窗口内出现需要设置的程序段： 图6-4 f8wConfig.cfg信道设置代码段 在图6-4所示的界面中，信道选择程序段如下：/-

6、DMAX_CHANNELS_868MHZ 0x00000001 / 0信道 868M频段/-DMAX_CHANNELS_915MHZ 0x000007FE /110信道 915M频段/-DMAX_CHANNELS_24GHZ 0x07FFF800 /1126信道 2.4G频段/-DDEFAULT_CHANLIST=0x04000000 / 26 0x1A/-DDEFAULT_CHANLIST=0x02000000 / 25 0x19/-DDEFAULT_CHANLIST=0x01000000 / 24 0x18/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00800000 / 23 0x17/-

7、DDEFAULT_CHANLIST=0x00400000 / 22 0x16/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00200000 / 21 0x15/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00100000 / 20 0x14/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00080000 / 19 0x13/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00040000 / 18 0x12/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00020000 / 17 0x11/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00010000 / 16 0x10/-DDEFAULT_CHANLIST=0x

8、00008000 / 15 0x0F/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00004000 / 14 0x0E/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00002000 / 13 0x0D/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00001000 / 12 0x0C-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 / 11 0x0B上述代码中第四行开始是协议栈给出的2.4GHz通信频段上的16个信道，信道号为1126。同时在其上部也给出了868MHz通信频段的0 信道和915MHz通信频段的110信道。实验中仅使用2.4GHz通信频段上的16个信道。一般情况2.4GHz通信

9、频段的默认值为11，如果决定选用默认值11则不需改变。若希望改变信道，只需要将“-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 /11-0x0B”前加“/”即可屏蔽掉该信道，而将所选择的信道前的“/”删掉即可。步骤二、设置网络号网络号的设置也有两种方法。同样，本实验中采用方法一，方法二只作为学生对协议栈知识的扩展。方法一：(2)网络号的设置同样在工程Tools目录中的f8wConfig.cfg文件中。网络号在协议栈中默认的值为0xFFFF,表示为不确定，协调器开始工作时，会随机选一个网络号建立网络。如果设定为一个非0xFFFF，则按照设定的网络号建立网络；路由器或终端的网络号在协议

10、栈中默认值也同样为0xFFFF，并会自动加入附近现有的任意网络。如果设定为一个非0xFFFF的值，则会加入具有相同网络号（及信道号）的网络。再次强调，在设置同一个网络的设备时其网络号必须一致，其信道号必须一致。同学们按照表6-3设置网络号。设置界面如图6-6所示。图6-6 在f8wConfig.cfg中设置网络号本实验我们小组星形网设置网络号为0x0005。则在该星形网络中的协调器和4个终端的网络号均设置为0x0005。 步骤三、网内地址的分配方式网内地址的分配方式很简单，不需做任何处理，协议栈中默认的网内地址为分布式分配机制（即ZigBee特性集）。注：星形网络实验和树形网络实验均采用分布式

11、地址分配机制，可不做处理。若设置网形网络应采用随机分配机制，需要在预编译选项中添加ZIGBEEPRO编译项即可，如图6-8所示界面。图6-8 设置随机地址分配机制步骤四、设置星形网络拓扑结构星形网络只能选择分布式寻址方式（不能选择随机寻址方式），预编译中不需要定义ZIGBEEPRO。在NWK目录下的nwk_globals.h文件中，找到图6-9界面中所示的代码：. 图6-9 ZIGBEEPRO相关代码#if defined ( ZIGBEEPRO ) #define STACK_PROFILE_ID ZIGBEEPRO_PROFILE#else #define STACK_PROFILE_ID

12、 HOME_CONTROLS#endif 预编译中，未定义ZIGBEEPRO，则选择ZIGBEE特性集。#define STACK_PROFILE_ID HOME_CONTROLS 确定组网类型为HOME_CONTROLS。在nwk_globals.h文件第160行，修改网络最大深度和安全等级。#elif ( STACK_PROFILE_ID = HOME_CONTROLS ) #define MAX_NODE_DEPTH 5 #define NWK_MODE NWK_MODE_MESH #define SECURITY_MODE SECURITY_COMMERCIAL #if ( SECUR

13、E != 0 ) #define USE_NWK_SECURITY 1 / true or false #define SECURITY_LEVEL 5 #else #define USE_NWK_SECURITY 0 / true or false #define SECURITY_LEVEL 0 #endif设置网络最大深度MAX_NODE_DEPTH值为5。未使用和设置安全等级USE_NWK_SECURITY值为0， SECURITY_LEVEL值为0。在nwk_globals.h文件第226行，设置最大子节点数。/ Maximum number in tables#if !define

14、d( NWK_MAX_DEVICE_LIST ) #define NWK_MAX_DEVICE_LIST 20 / Maximum number of devices in / the Assoc/Device list.#endif定义NWK_MAX_DEVICE_LIST值为20表示最多可有20个子节点。在nwk_globals.h文件第235行，设置最大路由数为6。/ NWK_MAX_DEVICE_LIST above#define NWK_MAX_DEVICES ( NWK_MAX_DEVICE_LIST + 1 ) / One extra space for parent#defin

15、e NWK_MAX_ROUTERS 6定义NWK_MAX_ROUTERS值为6，表示最大路由数为6个。路由器的个数和终端节点个数的设定是通过nwk_globals.c中的下面代码来实现的。代码位于该文件的133行。#elif ( STACK_PROFILE_ID = HOME_CONTROLS ) uint8 CskipRtrsMAX_NODE_DEPTH+1 = 0,0,0,0,0,0; uint8 CskipChldrnMAX_NODE_DEPTH+1 = 20,0,0,0,0,0;路由的个数是通过一个数组CskipRtrs来定义的，CskipRtrs0表示在路由0级的时候最多挂载的路由节

16、点的个数，CskipRtrs1表示在路由1级中最多挂载的路由器节点的个数。本实验为星形网络，不包含路由器，所以CskipRtrs数组赋值均为0。终端节点的个数的设置也是由一个数组CskipChldrn进行定义。CskipChldrn0表示0级路由（协调器）最多挂载的终端节点个数，CskipChldrn1表示在路由为1级时最多可挂载的终端节点数。本实验设置CskipChldrn元素的值均为20，表示各级路由最多可挂载20个子节点。步骤五、编译下载各节点代码通过以上过程，已完成协调器的信道、网络号的设置和网络结构的设置，路由器和终端的设置在实验四已经做过，所以很快就完成了。最后需要将设置好的信息下

17、载到相关设备中，即选择协调器设备模块（CoorfinatorEB）的代码下载到协调器模块中；选择终端设备模块（EndDeviceEB）的代码分别下载到光照度传感器节点、位移传感器节点、天然气传感器节点和光电传感器节点。注：在编译传感器节点以前，应将预编译选项中的CHGQ的值赋予相应传感器节点的ID号，如位移传感器节点，在预编译选项中需要将CHGQ的值赋0x07，即CHGQ=0x07最后，将协调器模块插到计算机的USB口上（由计算机的USB口供电），开启各节点插接的传感器的电源（此时各传感器的ZigBee通信模块已正确插接在传感器上），即可组成星形网络。步骤六、验证试验结果如果确认本实验中的协调

18、器和各终端模块的配置全部正确并已下载到相应的节点模块，协调器插入电脑的USB口，其它节点模块仍插接在相应的传感器模块上，然后开启各个传感器模块的电源（给ZigBee模块供电）即可组成一个星形ZigBee网络。通过电脑观察：协调器插入电脑的USB口，打开串口调试软件，最后给各个传感器节点上电，在串口调试软件上即可看到如下图6-10界面。6-10 实验验证界面步骤七、实验回顾1、明白工程文件的各个文件及文件夹的含义。2、依次设置信道，网络号，网内地址分配方式，星形网络拓扑结构。3、编译并下载测试。4、验证结果。实验7、ZigBee树形网实验本实验的目的是建立一个ZigBee树形网络。该网络由1个协调器、2个路由器、2个终端组成。协调器仍选用实验箱中的专用协调器模块，2个路由器分别由光照度传感器节点和位移传感器节承担，2个终端节点分别由天然气传感器节点和湿度传感器节点承担。本实验使用到实验箱硬件资源如表7-1，网络拓扑如图7-1：实验箱资源 节点说明协调器模块 协调器 光照度传感器节点模块 路由器位移传感器节点模块 路由器 天然气传感器节点模块 终端湿度感器节点模块 终端表7-1 图7-1 Zigbee树形网络拓扑结构操作步骤：步骤一、设置信道步骤二、设置网络号步骤三、网内地址的分配方式步骤四、设置树形网络拓扑结构步骤五、编译下载各节点代码步骤六、验证试验结果实验结果如下：