物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡技術與應用項目四-無線傳感課件

項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡棧數(shù)據(jù)通信項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡棧數(shù)據(jù)通信知識目標：1.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信道、網(wǎng)絡號、設備類型、地址分配等知識。2.了解zigbee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的結構和傳輸流程。3.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法。項目四ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)通信知識目標：項目四ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)通信技能目標：1.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的組成及組網(wǎng)實現(xiàn)的方法。項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信技能目標：項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信①組網(wǎng)：調用Z-Stack協(xié)議棧提供的網(wǎng)絡組建函數(shù)及網(wǎng)絡加入函數(shù)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立和節(jié)點的加入。②發(fā)送：當需要進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。③接收：當有數(shù)據(jù)包到達時，通過調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸①組網(wǎng)：調用Z-Stack協(xié)議棧提供的網(wǎng)絡組建函數(shù)及網(wǎng)絡加入4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型在zigbee無線傳感網(wǎng)絡中存在三種邏輯設備類型：協(xié)調器（Coordinator）、路由器（Router）和終端設備（End-Device）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型①協(xié)調器協(xié)調器是一個Zigbee網(wǎng)絡的第一個開始的設備，或稱為zigbee網(wǎng)絡的啟動或網(wǎng)絡的建立設備。協(xié)調器節(jié)點選擇一個信道和網(wǎng)絡標志符，然后開始建立一個網(wǎng)絡。協(xié)調器設備在網(wǎng)絡中還可以有其他作用，比如建立安全機制、網(wǎng)絡中的綁定的建立等等。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型②路由節(jié)點允許節(jié)點加入網(wǎng)絡；負責數(shù)據(jù)的轉發(fā)功能；一個路由節(jié)點可以與若干個路由節(jié)點或終端節(jié)點通信。Zigbee星型網(wǎng)絡不支持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）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型③終端節(jié)點只需要負責加入已建立的指定網(wǎng)絡即可，終端節(jié)點不具有網(wǎng)絡維護功能。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，因此為電池供電設備，其可以實現(xiàn)Zigbee低功耗設計。一般來說，該設備需要的內存較少（特別是內部RAM）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型協(xié)調節(jié)點啟動時，根據(jù)定義的搜索信道（DDEFAULT_CHANLIST）和PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）建立網(wǎng)絡；如果PANID定義為0xFFFF，則隨機產生PANID。路由節(jié)點和終端節(jié)點啟動后，搜索指定的PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）網(wǎng)絡，并加入網(wǎng)絡。如果PANID定義為0xFFFF，則可加入其他網(wǎng)絡。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型對每個節(jié)點有兩個任務，具體如下。①執(zhí)行指定的網(wǎng)絡功能函數(shù)。②配置確定的參數(shù)到指定的值。網(wǎng)絡功能的設置確定了該節(jié)點的類型，參數(shù)配置和指定的值確定了堆棧的模式。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎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（StackProfile）。這些堆棧模式參數(shù)被Zigbee聯(lián)盟定義指定。在同一個網(wǎng)絡中的設備必須符合同一個堆棧模式（同一個網(wǎng)絡中所有設備的堆棧模式配置參數(shù)必須一致）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel在zigbee標準協(xié)議中，2.4GHz的射頻頻段被分為16個獨立的信道。每一個設備都有一個-DEFAULT_CHANLIST的默認信道集（0x0B~0x1A）4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel

f8w2530.cxl：該文件包含了CC2530單片機的鏈接控制指令，包括堆棧的大小、內存分配等，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ID號等有關的鏈接命令。每一個設備都有一個DEFFAULT_CHANLIST的默認信道集。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為-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B，只需刪除前面“//”注釋符即可。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANIDPANID指網(wǎng)絡編號，用于區(qū)分不同的Zigbee網(wǎng)絡。設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANID設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANID設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎5．描述符Zigbee網(wǎng)絡中的所有設備都有一些描述符，用來描述設備類型和應用方式。描述符包含節(jié)點描述符、電源描述符和默認用戶描述符等，通過改變這些描述符可以定義自己的設備。描述符的定義和創(chuàng)建配置項在文件ZDOConfig.h和ZDOConfig.c中完成，描述符信息可以被網(wǎng)絡中的其他設備讀取。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.2工作流程①調用協(xié)議棧提供的組網(wǎng)函數(shù)、加入網(wǎng)絡函數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立與節(jié)點的加入。②發(fā)送設備調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。③接收設備調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.2工作流程4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.3數(shù)據(jù)發(fā)送在Zigbee協(xié)議棧中進行數(shù)據(jù)發(fā)送可以調用AF_DataRequest函數(shù)實現(xiàn)，該函數(shù)會調用協(xié)議棧里面與硬件相關的函數(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_tAF_DataRequest(afAddrType_t*dstAddr,endPointDesc_t*srcEP,uint16cID,uint16len,uint8*buf,uint8*transID,uint8options,uint8radius)4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.3數(shù)據(jù)發(fā)送4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收當協(xié)調器收到數(shù)據(jù)后，操作系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)封裝成一個消息，然后放入消息隊列中，每個消息都有自己的消息ID，標識接收到新數(shù)據(jù)的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，其中AF_INCOMING_MSG_CMD的值是0x1A，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ZComDef.h文件中）4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee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()。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收①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。②傳遞上來的數(shù)據(jù)內容是什么？數(shù)據(jù)內容由pkt->cmd.Data決定。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.2.1Zigbee數(shù)據(jù)包的結構4.2ZigBee數(shù)據(jù)包4.2.1Zigbee數(shù)據(jù)包的結構4.2ZigBee數(shù)4.2.2Zigbee數(shù)據(jù)傳輸流程在這里可以看出在網(wǎng)絡層管理實體一旦選擇了一個PAN標識符，就會立刻選擇一個0x0000的16位網(wǎng)絡地址，并且設置MAC層的macShortAddressPIB屬性，使其等于所選擇的網(wǎng)絡地址。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包中，體現(xiàn)了在網(wǎng)絡層中的數(shù)據(jù)以及格式，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包如圖4.9所示。網(wǎng)絡層中也體現(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)絡層包，附加了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)。4.2ZigBee數(shù)據(jù)包4.2.2Zigbee數(shù)據(jù)傳輸流程4.2ZigBee數(shù)4.2.3數(shù)據(jù)包格式4.2ZigBee數(shù)據(jù)包PFY幀PFY凈荷PHR凈荷SHR凈荷MAC幀MHRR凈荷MFRR凈荷MAC凈荷MHRR凈荷NWK凈荷AHRMIC凈荷APS凈荷輔助幀HDRNWK幀APS幀4.2.3數(shù)據(jù)包格式4.2ZigBee數(shù)據(jù)包PFY幀P4.3.1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，可用來與上位機或其他外部設備進行數(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I2C①串行外設端口（SerialPeripheralInterface，SPI）是一種同步串行外設端口，它與各種外圍設備以串行方式進行通信、交換信息。SPI支持全雙工同步傳輸，可選擇以8或16位傳輸幀格式進行傳輸，支持多種模式。②I2C總線是一個多主機的總線。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)4.3.1串口概述4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法①初始化串口，包括設置波特率、中斷等。②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)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法①HalUARTOpen()函數(shù)原型：uint8HalUARTOpen(uint8port,halUARTCfg_t*config);功能描述：打開串口，對串口進行初始化。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法②HalUARTRead()函數(shù)原型：uint8HalUARTRead(uint8port,uint8*buf,uint16len);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)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法③HalUARTWrite()函數(shù)原型：uint8HalUARTWrite(uint8port,uint8*buf,uintlen);功能描述：寫信息到串口。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法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。3．串口發(fā)送。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3協(xié)議棧中的串口操作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。我們打開APP目錄下的OSAL_SampleApp.c文件，找到SampleApp_Init()任務函數(shù)進行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。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條上面提示HelloWorld的語句。HalUARTWrite(0,"HelloWorld\n",12);(串口0，‘字符’，字符個數(shù))。再在預編譯加入以下一些內容。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編譯地方把MT相關內容注釋，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)4.3.3協(xié)議棧中的串口操作4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)非易失性存儲器（NonVolatile，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)絡的配置參數(shù)（如網(wǎng)絡地址等）。非易失性存儲器是指能夠永久保存信息的存儲器，設備在意外復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非易失性存儲器非易失性存儲器（NonVolatile，NV）:即使系統(tǒng)斷4.4.1NV操作函數(shù)①osal_nv_item_init()函數(shù)原型：uintosal_nv_item_init(uint16id,uint16len,void*buf)功能描述：NV條目初始化函數(shù)。4.4非易失性存儲器4.4.1NV操作函數(shù)4.4非易失性存儲器4.4.1NV操作函數(shù)②osal_nv_write()函數(shù)原型：uint8osal_nv_write(uint16id,uint16ndx,uint16len,void*buf)。功能描述：NV寫入函數(shù)。uint16id表示NV條目ID號；uint16ndx距離條目開始地址的偏移量；uint16len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4.4.1NV操作函數(shù)4.4非易失性存儲器4.4.1NV操作函數(shù)③osal_nv_read()函數(shù)原型：uint8osal_nv_read(uint16id,uint16len,void*buf)。功能描述：NV讀取函數(shù)。uint16id表示NV條目ID號；uint16ndx距離條目開始地址的偏移量；uint16len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4.4.1NV操作函數(shù)4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作1．網(wǎng)絡層非易失性存儲器Z-Stack將一些網(wǎng)絡相關的重要信息都存儲到非易失性存儲器，保證在Zigbee設備意外復位或者斷電后重新啟動時，設備能夠自動恢復到原來網(wǎng)絡中。為了啟用這個功能，需要包含NV_RESTORE 編譯選項。注意，在一個最終的Zigbee網(wǎng)絡中，這個選項必須始終啟用。關閉這個選項的功能主要是為了開發(fā)調試。4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作2．應用層非易失性存儲器NV除了用于保存網(wǎng)絡信息，也可以用來保存應用程序的特定信息，用戶描述符就是一個很好的例子。NV中用戶描述符ID項是ZDO_NV_UserDesc（在ZComDef.h定義）。在ZDApp_Init()函數(shù)中，調用函數(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，并且將它設置為默認值ZDO_DefaultUserDescriptor。4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作2．應用層非易失性存儲器注意：如果用戶應用程序要創(chuàng)建自己的NV項，那么必須從應用層范圍0x0201~0x0FFF中選擇ID。4.4非易失性存儲器4.4.2NV基本操作4.4非易失性存儲器4.4.3NV基礎實驗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文件中定義和實現(xiàn)。4.4非易失性存儲器4.4.3NV基礎實驗4.4非易失性存儲器4.4.4NV基礎實驗效果在ZigBee協(xié)議棧中，其他需要保存的一些常量數(shù)據(jù)都是使用上述方法將其存儲到NV存儲器中，這樣就可以實現(xiàn)一些關鍵數(shù)據(jù)的保存，特別是網(wǎng)絡參數(shù)的保存。4.4非易失性存儲器4.4.4NV基礎實驗效果4.4非易失性存儲器4.5.1幀格式介紹4.5組網(wǎng)驗證4.5.1幀格式介紹4.5組網(wǎng)驗證4.5.1幀格式介紹4.5組網(wǎng)驗證4.5.1幀格式介紹4.5組網(wǎng)驗證4.5.2組網(wǎng)測試當終端傳感器節(jié)點入網(wǎng)以后，協(xié)調器會給終端傳感器節(jié)點分配16位的短地址。當協(xié)調器收到終端傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)信息后，通過串口向PC機發(fā)送。其中，串口傳輸設置為：115200b/s，1位停止位，無校驗位。4.5組網(wǎng)驗證4.5.2組網(wǎng)測試4.5組網(wǎng)驗證1．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡是大量的傳感器節(jié)點以自組織或者多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡。2．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡是構成物聯(lián)網(wǎng)感知層和網(wǎng)絡層的一部分，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。3．傳感器負責在傳感器網(wǎng)絡中感知和采集數(shù)據(jù)，它處于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的感知層，是識別物體、采集信息的設備。4．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和任務管理節(jié)點等幾部分組成。5．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議棧主要分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層5層。小結1．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡是大量的傳感器節(jié)點以自組織或者Thanks物聯(lián)網(wǎng)應用的精彩未來有待你的參與Thanks物聯(lián)網(wǎng)應用的精彩未來有待你的參與項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡棧數(shù)據(jù)通信項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡棧數(shù)據(jù)通信知識目標：1.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的信道、網(wǎng)絡號、設備類型、地址分配等知識。2.了解zigbee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的結構和傳輸流程。3.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法。項目四ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)通信知識目標：項目四ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)通信技能目標：1.掌握zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的組成及組網(wǎng)實現(xiàn)的方法。項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信技能目標：項目四ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信①組網(wǎng)：調用Z-Stack協(xié)議棧提供的網(wǎng)絡組建函數(shù)及網(wǎng)絡加入函數(shù)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立和節(jié)點的加入。②發(fā)送：當需要進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。③接收：當有數(shù)據(jù)包到達時，通過調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸①組網(wǎng)：調用Z-Stack協(xié)議棧提供的網(wǎng)絡組建函數(shù)及網(wǎng)絡加入4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型在zigbee無線傳感網(wǎng)絡中存在三種邏輯設備類型：協(xié)調器（Coordinator）、路由器（Router）和終端設備（End-Device）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型①協(xié)調器協(xié)調器是一個Zigbee網(wǎng)絡的第一個開始的設備，或稱為zigbee網(wǎng)絡的啟動或網(wǎng)絡的建立設備。協(xié)調器節(jié)點選擇一個信道和網(wǎng)絡標志符，然后開始建立一個網(wǎng)絡。協(xié)調器設備在網(wǎng)絡中還可以有其他作用，比如建立安全機制、網(wǎng)絡中的綁定的建立等等。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型②路由節(jié)點允許節(jié)點加入網(wǎng)絡；負責數(shù)據(jù)的轉發(fā)功能；一個路由節(jié)點可以與若干個路由節(jié)點或終端節(jié)點通信。Zigbee星型網(wǎng)絡不支持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）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型③終端節(jié)點只需要負責加入已建立的指定網(wǎng)絡即可，終端節(jié)點不具有網(wǎng)絡維護功能。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，因此為電池供電設備，其可以實現(xiàn)Zigbee低功耗設計。一般來說，該設備需要的內存較少（特別是內部RAM）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型協(xié)調節(jié)點啟動時，根據(jù)定義的搜索信道（DDEFAULT_CHANLIST）和PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）建立網(wǎng)絡；如果PANID定義為0xFFFF，則隨機產生PANID。路由節(jié)點和終端節(jié)點啟動后，搜索指定的PANID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）網(wǎng)絡，并加入網(wǎng)絡。如果PANID定義為0xFFFF，則可加入其他網(wǎng)絡。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎1．設備類型對每個節(jié)點有兩個任務，具體如下。①執(zhí)行指定的網(wǎng)絡功能函數(shù)。②配置確定的參數(shù)到指定的值。網(wǎng)絡功能的設置確定了該節(jié)點的類型，參數(shù)配置和指定的值確定了堆棧的模式。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎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（StackProfile）。這些堆棧模式參數(shù)被Zigbee聯(lián)盟定義指定。在同一個網(wǎng)絡中的設備必須符合同一個堆棧模式（同一個網(wǎng)絡中所有設備的堆棧模式配置參數(shù)必須一致）。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel在zigbee標準協(xié)議中，2.4GHz的射頻頻段被分為16個獨立的信道。每一個設備都有一個-DEFAULT_CHANLIST的默認信道集（0x0B~0x1A）4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎3．信道Chanel

f8w2530.cxl：該文件包含了CC2530單片機的鏈接控制指令，包括堆棧的大小、內存分配等，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ID號等有關的鏈接命令。每一個設備都有一個DEFFAULT_CHANLIST的默認信道集。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為-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B，只需刪除前面“//”注釋符即可。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANIDPANID指網(wǎng)絡編號，用于區(qū)分不同的Zigbee網(wǎng)絡。設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANID設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4．PANID設備的PANID值由DZDAPP_CONFIG_PAN_ID來設置，如果DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設置為0xFFFF，則協(xié)調器將產生一個隨機的PAN_ID。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎5．描述符Zigbee網(wǎng)絡中的所有設備都有一些描述符，用來描述設備類型和應用方式。描述符包含節(jié)點描述符、電源描述符和默認用戶描述符等，通過改變這些描述符可以定義自己的設備。描述符的定義和創(chuàng)建配置項在文件ZDOConfig.h和ZDOConfig.c中完成，描述符信息可以被網(wǎng)絡中的其他設備讀取。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.1開發(fā)基礎4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.2工作流程①調用協(xié)議棧提供的組網(wǎng)函數(shù)、加入網(wǎng)絡函數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立與節(jié)點的加入。②發(fā)送設備調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。③接收設備調用協(xié)議棧提供的無線數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.2工作流程4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.3數(shù)據(jù)發(fā)送在Zigbee協(xié)議棧中進行數(shù)據(jù)發(fā)送可以調用AF_DataRequest函數(shù)實現(xiàn)，該函數(shù)會調用協(xié)議棧里面與硬件相關的函數(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_tAF_DataRequest(afAddrType_t*dstAddr,endPointDesc_t*srcEP,uint16cID,uint16len,uint8*buf,uint8*transID,uint8options,uint8radius)4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.3數(shù)據(jù)發(fā)送4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收當協(xié)調器收到數(shù)據(jù)后，操作系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)封裝成一個消息，然后放入消息隊列中，每個消息都有自己的消息ID，標識接收到新數(shù)據(jù)的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，其中AF_INCOMING_MSG_CMD的值是0x1A，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ZComDef.h文件中）4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee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()。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收①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。②傳遞上來的數(shù)據(jù)內容是什么？數(shù)據(jù)內容由pkt->cmd.Data決定。4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.1.4數(shù)據(jù)接收4.1ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸4.2.1Zigbee數(shù)據(jù)包的結構4.2ZigBee數(shù)據(jù)包4.2.1Zigbee數(shù)據(jù)包的結構4.2ZigBee數(shù)4.2.2Zigbee數(shù)據(jù)傳輸流程在這里可以看出在網(wǎng)絡層管理實體一旦選擇了一個PAN標識符，就會立刻選擇一個0x0000的16位網(wǎng)絡地址，并且設置MAC層的macShortAddressPIB屬性，使其等于所選擇的網(wǎng)絡地址。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包中，體現(xiàn)了在網(wǎng)絡層中的數(shù)據(jù)以及格式，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包如圖4.9所示。網(wǎng)絡層中也體現(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)絡層包，附加了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)。4.2ZigBee數(shù)據(jù)包4.2.2Zigbee數(shù)據(jù)傳輸流程4.2ZigBee數(shù)4.2.3數(shù)據(jù)包格式4.2ZigBee數(shù)據(jù)包PFY幀PFY凈荷PHR凈荷SHR凈荷MAC幀MHRR凈荷MFRR凈荷MAC凈荷MHRR凈荷NWK凈荷AHRMIC凈荷APS凈荷輔助幀HDRNWK幀APS幀4.2.3數(shù)據(jù)包格式4.2ZigBee數(shù)據(jù)包PFY幀P4.3.1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，可用來與上位機或其他外部設備進行數(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I2C①串行外設端口（SerialPeripheralInterface，SPI）是一種同步串行外設端口，它與各種外圍設備以串行方式進行通信、交換信息。SPI支持全雙工同步傳輸，可選擇以8或16位傳輸幀格式進行傳輸，支持多種模式。②I2C總線是一個多主機的總線。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)4.3.1串口概述4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法①初始化串口，包括設置波特率、中斷等。②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)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法①HalUARTOpen()函數(shù)原型：uint8HalUARTOpen(uint8port,halUARTCfg_t*config);功能描述：打開串口，對串口進行初始化。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法②HalUARTRead()函數(shù)原型：uint8HalUARTRead(uint8port,uint8*buf,uint16len);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)的實現(xiàn)方法4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法③HalUARTWrite()函數(shù)原型：uint8HalUARTWrite(uint8port,uint8*buf,uintlen);功能描述：寫信息到串口。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.2收發(fā)數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法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。3．串口發(fā)送。4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)4.3.3協(xié)議棧中的串口操作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。我們打開APP目錄下的OSAL_SampleApp.c文件，找到SampleApp_Init()任務函數(shù)進行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。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條上面提示HelloWorld的語句。HalUARTWrite(0,"HelloWorld\n",12);(串口0，‘字符’，字符個數(shù))。再在預編譯加入以下一些內容。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編譯地方把MT相關內容注釋，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)4.3.3協(xié)議棧中的串口操作4.3利用串口收發(fā)數(shù)據(jù)非易失性存儲器（NonVolatile，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)絡的配置參數(shù)（如網(wǎng)絡地址等）。非易失性存儲器是指能夠永久保存信息的存儲器，設備在意外復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非易失性存儲器非易失性存儲器（NonVolatile，NV）:即使系統(tǒng)斷4.4.1NV操作函數(shù)①osal_nv_item_init()函數(shù)原型：uintosal_nv_item_init(uint16id,uint16len,void*buf)功能描述：NV條目初始化函數(shù)。4.4非易失性存儲器4.4.1NV操作函數(shù)4.4非易失性存儲器4.4.1NV操作函數(shù)②osal_nv_write()函數(shù)原型：uint8osal_nv_write(uint16id,uint16ndx,uint16len,void*buf)。功能描述：NV寫入函數(shù)。uint16id表示NV條目ID號；uint16ndx距離