无线传感器网络实验报告.docx
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无线传感器网络实验报告
郑州航空工业管理学院
无线传感器网络实验报告
（第1版）
2014–2015第2学期
赵成编着
院 系：
电子通信工程
姓 名：
专 业：
物联网工程
学 号：
电子通信工程系
2015年6月制
实验一 WSNs开发环境的建立
一、实验目的
了解基于TICC2431/CC2530的WSNs基础知识，熟悉WSNs的开发环境，掌握Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7等软件的安装方法。
二、实验内容
1．认识并观察WSNs节点模块的电路板；
2．WSNs开发环境的建立：
（1）Cygwin仿真软件的安装；
（2）TinyOS操作系统的安装；
（3）SDCC小型设备C编译器的安装；
（4）SmartRFStudio7编程软件的安装；
三、预备知识
了解无线传感器网络的基本概念；熟悉无线传感器网络的结构及开发环境的建立。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7。
五、实验分析
1．安装的Cygwin仿真软件时选择□InstallfromInternet还是√□InstallfromLocalDirectory。
（在正确的前面打勾）
2．在安装Cygwin时，需要选择安装包，如下图所示，在箭头所指向的位置，表示对所有（All）包的操作，点击循环按钮，观察四种安装方式格式什么？
写在下面。
图1CygwinSetup–SelectPackage
安装方式：
Default、Install、Reinstall、Uninstall。
3．安装TinyOS操作系统时采用了shell脚本自动安装，请在下面写出执行shell脚本的指令。
运行指令：
./
4．在下面写出SDCC默认指定安装在Windows系统中的路径，安装在其它路径编译时会出现错误提示。
默认指定安装路径：
C：
\ProgarmFiles\SDCC
5．安装TIFlash编程软件SmartRFProgr之后，系统成功安装设备的驱动程序，接着，打开编程软件，发现无法找到CC2431芯片，也就无法下载程序。
请问，出现这样情况的原因是什么？
你是怎么解决的？
首先检查接口是否拨到对应位置，进行正确连接。
无检查无误，需要检查cc2431芯片供电是够正常，不正常需要更换节点电池或者连接电源，如还是不可以使用，检查SmartRFProgr软件版本是否太低，升级至高版本。
我当时是因为SmartRFProgr版本太低，后来在网上下载了最新的版本，问题自动消失。
6．写出删除Cygwin程序的步骤。
（1）找到安装包,双击运行,到安装界面.默认选项,下一步.
（2）到"SelectPackages界面","Category"选择"Uninstall"点击下一步.
（3）等卸载完成.点击"确定"即可
六、遇到的问题及解决方法
找不到指定路径，需要建立指定路径的文件夹。
安装TIFlash编程软件SmartRFProgr之后，系统成功安装设备的驱动程序，接着，打开编程软件，发现无法找到CC2431芯片，也就无法下载程序。
首先检查接口是否拨到对应位置，进行正确连接。
无检查无误，需要检查cc2431芯片供电是够正常，不正常需要更换节点电池或者连接电源，如还是不可以使用，检查SmartRFProgr软件版本是否太低，升级至高版本。
我当时是因为SmartRFProgr版本太低，后来在网上下载了最新的版本，问题自动消失。
实验二 WSNs节点模块LED灯的控制操作
一、实验目的
应用LED控制组件和Timer组件，掌握对节点模块上LED进行开关控制。
LED的通断时间采用摩尔斯编码，使用灯光输出“hello,world”信息。
二、实验内容
1．使用cd指令将路径切换到\opt\\contrib\cc2431\Helloworld\下，查看其中的源码和源码；
2．切换到/opt/contrib/cc2431/Helloworld路径下，编译HelloWorld工程；
3．下载到节点模块；
4．观察并记录运行效果。
三、预备知识
了解WSNs开发软件的相关知识；了解TinyOS操作系统的编程及工程基本的编译方法。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7。
五、实验分析
1．是（）；是（）。
（A）模块文件，实现LED程序的运行部分代码。
（B）配置文件，用于声明使用的各个组件及相互之间的连接关系。
2．源码中声明使用了四个模块，分别是：
（1）MainC
（2）HelloWorldM
（3）LedsC
（4）newTimerMilliC（）
其中，HelloWorldM模块是本工程自定义的程序模块。
3．从源码可知，LED闪烁的基本时长是1000ms，其中:
（1）''保持2000ms;
（2）'.'常亮1000ms，长闭1000ms;
（3）'-'常亮3000ms，长闭1000ms。
4．观察程序的运行效果，对比源码，试分析：
（1）（）函数与（）函数是事件驱动的么？
是
（2）（）函数触发（）函数的执行么？
是
（3）（）函数与（）函数是顺序执行的，还是并发执行的？
是顺序执行的
六、遇到的问题及解决办法
基本没出现什么问题，就是在下载hex文件的时候节点的开关位置得适当调整
实验三 节点模块的串行通信
一、实验目的
熟悉TinyOS操作系统；熟悉message_t结构体，并解析实际传输的串行数据；掌握上位机与节点间的串行通信，尝试测试传输数据的获取。
二、实验内容
1.理解TinyOS中的串行通信格式---message_t结构体；
2.区分串行通信使用的message_t结构体和无线通信使用的message_t结构体的差异；
3.尝试通过实际的串行通信，分析message_t结构体传输数据的意义。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统的基本结构；了解基于TinyOS操作系统基本的程序开发方法。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7、GCC。
五、实验步骤
1．编译节点模块程序
在Cygwin环境下，切换至/opt/contrib/cc2431/Serial_Echo_Test路径，运行makecc2431指令，得到hex文件，将其下载到节点模块。
2．在/opt/contrib/cc2431/Serial_Echo_Test路径下，按实际使用的串口号调整源代码中的ttySX值（X用实际数字替代）后，编译上位机的串行通信源代码“”，可以得到可执行的run程序。
输入的编译指令为：
gcc–orun
./run
3．将节点模块连接至计算机，同时，在计算机上运行run可执行程序，观察并记录一批串行通信数据（2~3组即可），解释这些数据的意义。
（1）在TinyOS中想要串行发送的数据:
FFFF20270Axx7Exx
实际被传送的数据:
7E4500FFFF20270Axx7D5ExxCRC1CRC27E
（2）在TinyOS中想要串行发送的数据:
FFFF20270Axx7Dxx
实际被传送的数据:
7E4500FFFF20270Axx7D5DxxCRC1CRC27E
（3）在TinyOS中想要串行发送的数据:
FFFF20270Axx7E7Dxx
实际传送的数据:
7E4500FFFF20270Axx7D5E7D5DxxCRC1CRC27E
在TinyOS中，通过串行通信向PC传送数据时，在数据的开始部分，总是0x7E值先被输入，其后没有ACK的数据类型—0x45值被输入。
（在TinyOS中，0x42值是没有ACK的数据类型。
）接下来，表示串行消息的DispatchID0x00被输入。
接着，对应TinyOS定义的串行消息格式的数据和2bytesCRC字段被输入。
最后，作为完成通信的意义，0x7E被输入
4.在\opt\\tos\types\路径下的源代码中定义了message_t结构体，在下面列出该结构体的定义。
typedefnx_structserial_header{
nx_am_addr_tdest;
nx_am_addr_tsrc;
nx_uint8_tlength;
nx_am_group_tgroup;
nx_am_id_ttype;
}serial_header_t;
第一字段dest字段表示收到串行消息的硬件的地址，一般使用0xFFFF。
Src字段写入发送数据包的节点的地址。
Length字段出现在header字段后表示data区域的长度。
Group和type字段表示编译时设定的组ID和SerialActiveMessageC接口数组中放入的数字。
（在TinyOS中，串行通信时，不填满group字段，以值0x00传送。
）
6、遇到的问题及解决办法
没有调整文件的ttySX的值后，导致gcc编译出现错误，调整之后能正常编译。
实验四 节点模块温湿数据采集
一、实验目的
熟悉温湿一体化传感器SHT11的工作原理，基于TinyOS编程实现温湿数据采集，并利用TinyOS的Oscilloscope程序分析采集的数据。
二、实验内容
1.了解SHT11的工作原理及电气接口；
2.熟悉控制SHT11的程序代码；
3.基于TinyOS操作系统编译运行于CC2431节点模块上的温湿数据采集程序，并编译运行上位机程序，以图形化的方式观察数据。
三、预备知识
了解TinyOSnesC软件编程；了解CC2431节点模块基本的应用方法。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7、GCC、JAVA。
五、实验步骤
1．观察并绘制SHT11与CC2431的接口电路。
2．TinyOS操作系统中，控制SHT11传感器的源代码分别是：
（1）
（2）
3．节点模块温湿数据采集应用工程为\opt\\contrib\cc2431\OscilloscopeSHT11路径下的OscilloscopeC组件工程。
OscilloscopeC组件由以下5个组件组成：
（1）MainC
（2）TimerC
（3）SensirionSht11C
（4）SerialActiveMessageC
（5）LedsC
4．切换到/opt/contrib/cc2431/OscilloscopeSHT11路径下，为了编译得到CC2431运行的，需要执行以下指令：
MakeCC2431
使用Java程序启动SerialForwarder服务器程序，需要执行以下指令：
路径：
/opt/tinyos‐contrib/Oscilloscope/java
指令：
java-commserial@COMX:
57600
切换到/opt/contrib/cc2431/OscilloscopeSHT11/java路径下，分别执行以下指令:
（1）make
（2）./run
显示运行效果：
六、遇到的问题及解决办法
没有在设备管理器中找到当前节点使用的COM编号，设置好上面的命令。
根据在设备管理器中找到当前节点使用的COM编号并在命令java-commserial@COMX:
57600更改好X的值，就能编译成功。
实验五基本的无线通信协议
一、实验目的
了解无线传感器网络中使用的MAC协议的特性及其应用方法；通过简单的无线发送接收实例，熟悉TinyOS中基本的RF无线通信原理。
二、实验内容
1.了解节点的基本无线MAC协议—CSMA/CA；
2.理解TinyOS操作系统中提供的无线通信ActiveMessageC，AMSenderC以及AMReceiverC组件；
3.利用BasicMAC实例了解Broadcast和Unicast无线通信；
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解Broadcast和Unicast无线通信原理。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7、GCC。
五、实验步骤
1．切换路径到\opt\\contrib\cc2431\BasicMAC目录，打开
源程序，观察BasicMACM模块由哪些TinyOS操作系统模块组成？
（1）MainC
（2）TimerMilliC
（3）PhotoSensorC（4）ActiveMessageC
（5）PhotoSensorC（6）AMSenderC
（7）AMReceiverC
2．为了得到具有0号，1号，2号ID的hex文件，需要在Cygwin下依次执行以下指令：
（1）makecc2431
（2）makecc2431
（3）makecc2431
（4）makecc2431
3．在源代码中，修改函数的首个参数：
eventvoid（error_tresult,uint16_tdata）{
…
if（call（ToAddr,&sendmsg,call（&sendmsg））==SUCCESS）{
call（）;
}
…
（1）函数的首个参数为AM_BROADCAST_ADDR，表示：
√□Broadcast通信□Unicast通信
（2）函数的首个参数为特定节点的地址（ID），表示：
□Broadcast通信√□Unicast通信
4．写出实验中观察到的无线通信的运行效果。
如果打开2个传感器节点的电源，则会看到每隔1秒GreenLED和YellowLED指示灯闪烁。
此外，一边YellowLED瞬间闪烁时（发送完数据后）,通过另一边节点的RedLED（发送的数据全都收到后）反复打开/关闭，可以确认数据的发送接收运行没有异常。
六、遇到的问题及解决办法
基本实现了预期目标，就是在运行“makecc2431”指令时，忘记更改X的值为0,1,2，而出现错误。
改变之后就观察到预期的实验现象。
实验六WSNs节点射频功率及信道控制
一、实验目的
掌握CC2431节点模块的射频功率控制，以控制数据的覆盖范围；掌握CC2431节点模块的信道控制，以避免不同模块间的传输冲突。
二、实验内容
1.理解Powercontrol及Multichannel；
2.了解CC2431上提供的Power级别及信道信息；
3.通过实践掌握CC2431节点模块的powercontrol及multichannel控制。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解CC2431的功率控制；了解CC2431的多信道切换控制。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7、GCC。
五、实验步骤
1．CC2431可以传送从最高dBm（）到最低dBm（）的电波，接收侧接收的电波强度在-94dBm（）以上时可以接收电波。
2．CC2431RF部分支持26个Multichannel中GHz频带的16个信道。
各信道的频带由下面的公式定义：
F=2405+5（k-11）MHz,k=11,12…26
3．在路径/opt/contrib/cc2431/MCH_PTRSSI下，MCH_PTRSSIM模块调用了TinyOS操作系统模块：
MainC、TimerMilliC、BusyWaitMicroC、ActiveMessageC、AMSenderC、ActiveMessageC、HAL_CC2430ControlC及SerialActiveMessageC等8个模块。
4．在源代码中，修改taskvoidRF_Configuration_Setting（）任务中的代码切换RF功率及信道，写出以此执行的编译指令，并观察运行效果（附运行时接收的数据图）。
cd/opt/contrib/cc2431
cdMCH_PTRSSI
运行结果：
六、遇到的问题及解决办法
基本完成了预期的现象，了解了SHT11的工作原理及电气接口，熟悉控制SHT11的程序代码，基于TinyOS操作系统编译运行于CC2431节点模块上的温湿数据采集程序，并编译运行上位机程序，以图形化的方式观察了数据。
实验七多传感器数据测量
一、实验目的
了解如何依次采集、处理节点上安装的光敏传感器，温湿一体化传感器，红外线传感器的数值；基于前面实验中使用过的组件和接口，现实依次采集且串行传送节点上安装的4种传感器测量值。
二、实验内容
1.了解各传感器的组件和接口；
2.理解依次获得4种传感器的测量值的方法；
3.尝试通过SerialTest程序，直接确认串行传入的数据。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解各类型传感器的控制。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRFStudio7、GCC。
五、实验步骤
1．将路径切换至/opt/contrib/cc2431/Allsensors目录下，打开AllsensorsAppC源代码，查看AllsensorsC模块调用了哪些模块？
AllsensorsC,MainC,LedsC，TimerMilliC，SensirionSht11C，PhotoSensorC，UltraredSensorC，SerialActiveMessageC
2．编译Allsensors工程程序，安装至节点模块，运行程序，观察并记录采集的传感器数据（附图）。
运行cygwin
cd/opt/contrib/cc2431
cdAllsensors
编译makecc2431
首先将下载了Allsensors例题的HBE-Ubi-CC2431节点通过USB连接线与PC连接，使USBMCU开关指向RS232一侧。
运行文件，可以看到如右图所示画面。
在SerilTest上单击PortConfiguration，设定Port及Baud值。
Port是设备管理器中设定的节点的COM编号，Baud值为57600。
单击Ok按钮。
单击Ok按钮后，如果单击SerialTest程序的OpenPort按钮和BinaryTypeDisplay，可以得到如右图所示结果。
上面图中显示的数据是在Allsensors程序中存储的Seq,Temp,Humi,Photo,Ultrared值。
运行结果如下：
六、遇到的问题及解决办法
在SerilTest上单击PortConfiguration，设定Port及Baud值时。
Port是设备管理器中设定的节点的COM编号与PC不一致导致错误，进行重新设定后，再设定Baud值为57600。
单击Ok按钮，即出现预期结果。
实验八WSNs树形网络的多跳路由
一、实验目的
采集节点上的光敏传感器，温湿传感器以及红外线传感器的数值，之后，通过Tree路由构成的多跳网络，将采集的数据传给Sink节点，再由上位机程序显示。
通过该实践项目，熟悉利用节点的USN编程算法。
二、实验内容
1.按顺序调用节点的多个传感器的方法；
2.对Tree路由的理解及应用；
3.建立利用多个传感器节点的多跳路由网络。
三、预备知识
了解TinyOS操作系统程序开发的原理；了解各类型传感器的控制；了解路由算法。
四、实验设备
1.硬件环境配置
计算机：
Intel（R）Pentium（R）及以上；
内存：
1GB及以上；
实验设备：
CC2431无线传感器网络节点模块；
2.软件环境配置
操作系统：
MicrosoftWindows7ProfessionalServicePack1；
WSNs开发环境：
Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartR
升级会员 