項(xiàng)目四無線傳感器協(xié)議棧數(shù)據(jù)通信

1、項(xiàng)目四 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)棧數(shù)據(jù)通信知識目標(biāo)：1. 掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道、網(wǎng)絡(luò)號、設(shè)備類型、地址分配等知識。2.了解zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)和傳輸流程。3.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法。項(xiàng)目四 ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)通信技能目標(biāo)：1. 掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成及組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的方法。項(xiàng)目四 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信組網(wǎng)：調(diào)用Z-Stack協(xié)議棧提供的網(wǎng)絡(luò)組建函數(shù)及網(wǎng)絡(luò)加入函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立和節(jié)點(diǎn)的加入。發(fā)送：當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時，調(diào)用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收：當(dāng)有數(shù)據(jù)包到達(dá)時，通過調(diào)用

2、協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)1設(shè)備類型在zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器（Router）和終端設(shè)備（End-Device）。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)1設(shè)備類型協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器是一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)的第一個開始的設(shè)備，或稱為zigbee網(wǎng)絡(luò)的啟動或網(wǎng)絡(luò)的建立設(shè)備。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)選擇一個信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志符，然后開始建立一個網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中還可以有其他作用，比如建立安全機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)中的綁定的建立等等。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)

3、1設(shè)備類型路由節(jié)點(diǎn)允許節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能；一個路由節(jié)點(diǎn)可以與若干個路由節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)通信。Zigbee星型網(wǎng)絡(luò)不支持Zigbee路由。一般來說，路由器需要一直處于工作狀態(tài)，功耗較高，所以需要穩(wěn)定連續(xù)的電源供電（區(qū)別于干電池供電）。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)1設(shè)備類型終端節(jié)點(diǎn)只需要負(fù)責(zé)加入已建立的指定網(wǎng)絡(luò)即可，終端節(jié)點(diǎn)不具有網(wǎng)絡(luò)維護(hù)功能。它的存儲容量要求最少，所以它可以根據(jù)自己功能需要休眠或喚醒，因此為電池供電設(shè)備，其可以實(shí)現(xiàn)Zigbee低功耗設(shè)計(jì)。一般來說，該設(shè)備需要的內(nèi)存較少（特別是內(nèi)部RAM）。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)1設(shè)

4、備類型協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)啟動時，根據(jù)定義的搜索信道（DDEFAULT_CHANLIST）和PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）建立網(wǎng)絡(luò)；如果PANID定義為0 xFFFF，則隨機(jī)產(chǎn)生PANID。路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)啟動后，搜索指定的PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）網(wǎng)絡(luò)，并加入網(wǎng)絡(luò)。如果PANID定義為0 xFFFF，則可加入其他網(wǎng)絡(luò)。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)1設(shè)備類型對每個節(jié)點(diǎn)有兩個任務(wù)，具體如下。執(zhí)行指定的網(wǎng)絡(luò)功能函數(shù)。配置確定的參數(shù)到指定的值。網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)置確定了該節(jié)點(diǎn)的類型，參數(shù)配置和指定的值確定了堆棧的模式。4.1 ZigBee無

5、線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)2堆棧模式需要被配置為指定值的堆棧參數(shù)，連同這些值被稱為堆棧模式（Stack Profile）。這些堆棧模式參數(shù)被Zigbee聯(lián)盟定義指定。在同一個網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備必須符合同一個堆棧模式（同一個網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的堆棧模式配置參數(shù)必須一致）。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)3信道Chanel在zigbee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，2.4GHz的射頻頻段被分為16個獨(dú)立的信道。每一個設(shè)備都有一個-DEFAULT_CHANLIST的默認(rèn)信道集（0 x0B0 x1A）4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)3信道Chanel4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸頻道

6、-DEFAULT_CHANLIST值頻道列表頻率（MHz）110 x000008000 x0B2 405120 x000010000 x2 410130 x000020000 x0D2 415140 x000040000 x0E2 420150 x000080000 x2 425160 x000100000 x102 430170 x000200000 x112 435180 x000400000 x122 440190 x000800000 x132 445200 x001000000 x142 450210 x002000000 x152 455220 x004000000 x162 46

7、0230 x008000000 x172 465240 x010000000 x182 470250 x020000000 x192 475260 x040000000 x2 4804.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)3信道Chanel f8w2530.cxl：該文件包含了CC2530單片機(jī)的鏈接控制指令，包括堆棧的大小、內(nèi)存分配等，一般情況下不需要修改。 f8wConfig.cfg：該文件包含了信道選擇、網(wǎng)絡(luò)ID號等有關(guān)的鏈接命令。每一個設(shè)備都有一個DEFFAULT_CHANLIST的默認(rèn)信道集。要選擇哪個信道，把前面的“/”注釋刪除，其余的保留即可。例如我們的信道默認(rèn)為-DDEFAULT_CHANLIST

8、=0 x00000800 / 11 - 0 x0B，只需刪除前面“/”注釋符即可。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)4PANIDPANID指網(wǎng)絡(luò)編號，用于區(qū)分不同的Zigbee網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設(shè)置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為0 xFFFF，則協(xié)調(diào)器將產(chǎn)生一個隨機(jī)的PAN_ID。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)4PANID設(shè)備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設(shè)置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為0 xFFFF，則協(xié)調(diào)器將產(chǎn)生一個隨機(jī)的PAN

9、_ID。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)4PANID設(shè)備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設(shè)置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為0 xFFFF，則協(xié)調(diào)器將產(chǎn)生一個隨機(jī)的PAN_ID。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1 開發(fā)基礎(chǔ)5描述符Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都有一些描述符，用來描述設(shè)備類型和應(yīng)用方式。描述符包含節(jié)點(diǎn)描述符、電源描述符和默認(rèn)用戶描述符等，通過改變這些描述符可以定義自己的設(shè)備。描述符的定義和創(chuàng)建配置項(xiàng)在文件ZDOConfig.h 和ZDOConfig.c中完成，描述符信息可以被網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備讀取。4.1 Z

10、igBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.2 工作流程調(diào)用協(xié)議棧提供的組網(wǎng)函數(shù)、加入網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立與節(jié)點(diǎn)的加入。發(fā)送設(shè)備調(diào)用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收設(shè)備調(diào)用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.3數(shù)據(jù)發(fā)送在Zigbee協(xié)議棧中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送可以調(diào)用AF_DataRequest函數(shù)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)會調(diào)用協(xié)議棧里面與硬件相關(guān)的函數(shù)最終將數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送出去。只需要掌握AF_DataRequest函數(shù)的使用方法即可。afStatus_t AF_DataRequest( afAddrType_t *dstAddr, endPointDe

11、sc_t *srcEP, uint16 cID,uint16 len, uint8 *buf, uint8 *transID, uint8 options, uint8 radius )4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4 數(shù)據(jù)接收當(dāng)協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)后，操作系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)封裝成一個消息，然后放入消息隊(duì)列中，每個消息都有自己的消息ID，標(biāo)識接收到新數(shù)據(jù)的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，其中AF_INCOMING_MSG_CMD 的值是0 x1A，這是在Zigbee協(xié)議棧中定義好的，用戶不可更改。Zigbee協(xié)議棧中AF_INCOMING_MSG_CMD 宏的定義（在ZCom

12、Def.h文件中）4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4 數(shù)據(jù)接收接收方接收成功，協(xié)議棧將觸發(fā)數(shù)據(jù)包接收事件：AF_INCOMING_MSG_CMD- 處理函數(shù) SampleApp_ProcessEvent()。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4 數(shù)據(jù)接收對方傳遞上來的是什么類型的數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)的事件類型（簇ID）由pkt-clusterId 決定。傳遞上來的數(shù)據(jù)內(nèi)容是什么？數(shù)據(jù)內(nèi)容由pkt-cmd.Data決定。4.1 ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.2.1 Zigbee數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)4.2 ZigBee數(shù)據(jù)包長度（字節(jié)）210/20/2域名幀控制域序列號目的PAN ID目的地址源PANI

13、D源地址4.2.2 Zigbee數(shù)據(jù)傳輸流程在這里可以看出在網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體一旦選擇了一個PAN標(biāo)識符，就會立刻選擇一個0 x0000的16位網(wǎng)絡(luò)地址，并且設(shè)置MAC層的macShortAddress PIB 屬性，使其等于所選擇的網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包中，體現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)層中的數(shù)據(jù)以及格式，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包如圖4.9所示。網(wǎng)絡(luò)層中也體現(xiàn)了源地址和目的地址與APS層基本相同。它們最大的不同是數(shù)據(jù)中加入了網(wǎng)絡(luò)層包，附加了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)。 4.2 ZigBee數(shù)據(jù)包4.2.3 數(shù)據(jù)包格式4.2 ZigBee數(shù)據(jù)包PFY幀PFY凈荷PHR凈荷SHR凈荷MAC幀MHRR凈荷M F R R凈荷MAC凈荷MHRR凈荷N

14、WK凈荷AHRM I C凈荷APS凈荷輔助幀HDRNWK幀APS幀4.3.1 串口概述1通用異步收發(fā)器UART異步串行通信接口是嵌入式系統(tǒng)最常用的接口，可用來與上位機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。UART是異步串行通信的總稱，它允許在串行鏈路上進(jìn)行全雙工的通信，輸入/輸出電平為TTL電平。一般來說，全雙工UART定義了一個串行發(fā)送引腳（TxD）和一個串行接收引腳（RxD），可以在同一時刻發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.1 串口概述2同步串行口SPI和I2C串行外設(shè)端口（Serial Peripheral Interface，SPI）是一種同步串行外設(shè)端口，它與各種外圍設(shè)備以串行方

15、式進(jìn)行通信、交換信息。SPI支持全雙工同步傳輸，可選擇以8或16位傳輸幀格式進(jìn)行傳輸，支持多種模式。I2C總線是一個多主機(jī)的總線。這就是說I2C總線可以連接多于一個能控制它的器件。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2 收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法初始化串口，包括設(shè)置波特率、中斷等。向發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)或者從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2 收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法HalUARTOpen()函數(shù)原型：uint8 HalUARTOpen(uint8 port,halUARTCfg_t *config);功能描述：打開串口，對串口進(jìn)行初始化。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2 收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法

16、HalUARTRead()函數(shù)原型：uint8 HalUARTRead (uint8 port,uint8 *buf ,uint16 len);功能描述：從串口讀取數(shù)據(jù)，并將其存放在buf數(shù)組中。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2 收發(fā)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法HalUARTWrite()函數(shù)原型：uint8 HalUARTWrite (uint8 port,uint8 *buf ,uint len);功能描述：寫信息到串口。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3 協(xié)議棧中的串口操作Zigbee協(xié)議棧中的串口操作主要分為3個步驟。1串口初始。2登記任務(wù)。3串口發(fā)送。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3 協(xié)議棧中

17、的串口操作Zigbee協(xié)議棧中的串口操作主要分為3個步驟。1串口初始。我們打開APP目錄下的OSAL_SampleApp.c文件，找到SampleApp_Init()任務(wù)函數(shù)進(jìn)行MT層串口初始化。添加MT_UartInit()；語句。4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3 協(xié)議棧中的串口操作Zigbee協(xié)議棧中的串口操作主要分為3個步驟。2登記任務(wù)。就是把串口事件通過task_id登記在SampleApp_Init()里。MT_UartRegisterTaskID(task_id);/ 登記任務(wù)號4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3 協(xié)議棧中的串口操作3串口發(fā)送。我們在剛剛添加初始化代碼的后面加入一

18、條上面提示Hello World的語句。HalUARTWrite(0,Hello Worldn,12); (串口0，字符，字符個數(shù))。再在預(yù)編譯加入以下一些內(nèi)容。ZIGBEEPROZTOOL_P1MT_TASKMT_SYS_FUNCMT_ZDO_FUNC4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3 協(xié)議棧中的串口操作提示：需要在SampleApp.c這個文件里加入#include MT_UART.h頭文件語句。如果不想要的可以在預(yù)編譯地方把MT相關(guān)內(nèi)容注釋，不再顯示亂碼。ZIGBEEPROZTOOL_P1xMT_TASKxMT_SYS_FUNCxMT_ZDO_FUNC4.3 利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)非易失性存儲

19、器（Non Volatile，NV）:即使系統(tǒng)斷電后，存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)也不會丟失。在Zigbee協(xié)議棧中NV存儲器主要用于保存網(wǎng)絡(luò)的配置參數(shù)（如網(wǎng)絡(luò)地址等）。非易失性存儲器是指能夠永久保存信息的存儲器，設(shè)備在意外復(fù)位或者斷電的情況下不會丟失信息。協(xié)議棧在OSAL文件夾下有OSAL_Nv.h和OSAL_Nv.c文件。4.4非易失性存儲器4.4.1 NV操作函數(shù)osal_nv_item_init()函數(shù)原型：uint osal_nv_item_init(uint16 id,uint16 len,void *buf)功能描述：NV條目初始化函數(shù)。4.4非易失性存儲器4.4.1 NV操作函數(shù)osa

20、l_nv_write()函數(shù)原型：uint8 osal_nv_write(uint16 id,uint16 ndx, uint16 len,void *buf)。功能描述：NV寫入函數(shù)。uint16 id表示NV條目ID號；uint16 ndx距離條目開始地址的偏移量；uint16 len表示要寫入的數(shù)據(jù)長度；void *buf表示指向存放寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針。4.4非易失性存儲器4.4.1 NV操作函數(shù)osal_nv_read()函數(shù)原型：uint8 osal_nv_read(uint16 id,uint16 len,void *buf)。功能描述：NV讀取函數(shù)。uint16 id表示NV條

21、目ID號；uint16 ndx距離條目開始地址的偏移量；uint16 len表示要讀取的數(shù)據(jù)長度；void *buf表示存放讀取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針。4.4非易失性存儲器4.4.2 NV基本操作1網(wǎng)絡(luò)層非易失性存儲器Z-Stack將一些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的重要信息都存儲到非易失性存儲器，保證在Zigbee設(shè)備意外復(fù)位或者斷電后重新啟動時，設(shè)備能夠自動恢復(fù)到原來網(wǎng)絡(luò)中。為了啟用這個功能，需要包含NV_RESTORE編譯選項(xiàng)。注意，在一個最終的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，這個選項(xiàng)必須始終啟用。關(guān)閉這個選項(xiàng)的功能主要是為了開發(fā)調(diào)試。4.4非易失性存儲器4.4.2 NV基本操作2應(yīng)用層非易失性存儲器NV除了用于保存網(wǎng)絡(luò)信息

22、，也可以用來保存應(yīng)用程序的特定信息，用戶描述符就是一個很好的例子。NV中用戶描述符ID項(xiàng)是ZDO_NV_UserDesc（在ZComDef.h定義）。在ZDApp_Init()函數(shù)中，調(diào)用函數(shù)Osal_nv_item_init()來初始化用戶描述符所需要的NV空間。如果之前還沒有建立這個NV空間，這個初始化函數(shù)將為用戶描述符保留空間，并且將它設(shè)置為默認(rèn)值ZDO_DefaultUserDescriptor。4.4非易失性存儲器4.4.2 NV基本操作2應(yīng)用層非易失性存儲器注意：如果用戶應(yīng)用程序要創(chuàng)建自己的NV項(xiàng)，那么必須從應(yīng)用層范圍0 x02010 x0FFF 中選擇ID。4.4非易失性存儲器4.4.3 NV基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)NV存儲器主要的操作有初始化NV存儲器、讀NV存儲器、寫NV存儲器。這些都在OSAL文件夾下中的OSAL_Nv.h和OSAL.h文件中定義和實(shí)現(xiàn)。4.4非易失性存儲器4.4.4 NV基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)效果在ZigBee協(xié)議棧