ZigBee星形网实验讲述.docx
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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（PANID）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
IAREmbeddedWorkbenchEvaluationfor80518.10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-C25302.5.1a\Projects\zstack\Samples\SampleApp\CC2530DB\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：
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Showlinenumbers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6-4f8wConfig.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：
//-DMAX_CHANNELS_868MHZ0x00000001//0信道868M频段
//-DMAX_CHANNELS_915MHZ0x000007FE//1～10信道915M频段
//-DMAX_CHANNELS_24GHZ0x07FFF800//11～26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
//-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=0x00008000//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11～26。
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1～10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6-9ZIGBEEPRO相关代码
#ifdefined（ZIGBEEPRO）
#defineSTACK_PROFILE_IDZIGBEEPRO_PROFILE
#else
#defineSTACK_PROFILE_IDHOME_CONTROLS
#endif
预编译中，未定义ZIGBEEPRO，则选择ZIGBEE特性集。
#defineSTACK_PROFILE_IDHOME_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）
#defineMAX_NODE_DEPTH5
#defineNWK_MODENWK_MODE_MESH
#defineSECURITY_MODESECURITY_COMMERCIAL
#if（SECURE!
=0）
#defineUSE_NWK_SECURITY1//trueorfalse
#defineSECURITY_LEVEL5
#else
#defineUSE_NWK_SECURITY0//trueorfalse
#defineSECURITY_LEVEL0
#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。
//Maximumnumberintables
#if!
defined（NWK_MAX_DEVICE_LIST）
#defineNWK_MAX_DEVICE_LIST20//Maximumnumberofdevicesin
//theAssoc/Devicelist.
#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_LISTabove
#defineNWK_MAX_DEVICES（NWK_MAX_DEVICE_LIST+1）
//Oneextraspaceforparent
#defineNWK_MAX_ROUTERS6
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）
uint8CskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={0,0,0,0,0,0};
uint8CskipChldrn[MAX_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，CskipRtrs[0]表示在路由0级的时候最多挂载的路由节点的个数，CskipRtrs[1]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。
CskipChldrn[0]表示0级路由（协调器）最多挂载的终端节点个数，CskipChldrn[1]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7-1Zigbee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：
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