物联网无线传感器网络技术与应用项目二--无线传感课件.ppt

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1、项目二 ZigBee无线传感器网络入门 知识目标：1.掌握zigbee无线传感器模块的芯片选型和硬件资源。2.了解zigbee无线传感器网络的协议栈选型和软件资源。3.了解Z-Stack协议栈的应用。项目二 ZigBee无线传感器网络入门技能目标：1.掌握zigbee无线传感器网络的协议栈选型和软件资源。2.了解Z-Stack协议栈的修改。项目二 ZigBee无线传感器网络入门2.1.1 各功能层简介根据物联网的服务类型和节点等情况，物联网的体系结构主要由物理层、媒体接入控制层、网络/安全层、应用层组成。2.1 需求分析2.1.1 各功能层简介1.物理层2.介质访问控制层3.网络/安全层4.应

2、用层2.1 需求分析2.1.2 最低需求估算硬件需要8位处理器，如80C51。软件需要32KB的ROM，最小软件需要4KB的ROM，如CC2430芯片具有8051内核、内存从32128KB的 Zigbee无线单片机。网络主节点需要更多的RAM，以容纳网络内所有节点的设备信息、数据包转发表、设备关联表以及与安全有关的密钥存储等。2.1 需求分析2.2.1节点芯片选型单片机按照CPU处理数据的位宽可分为4位、8位、16位机和32位机。其中8位单片机由于内部构造简单、体格小、成本低等优势，应用最为广泛。4位单片机主要应用于工业控制领域。16位和32位单片机主要应用于视频采集、图形处理等方面。2.2

3、硬件资源2.2.2核心板硬件资源1CC2530简介CC2530 是用于 IEEE 802.15.4 zigbee 和 RF4CE 应用的一个真正的SoC解决方案。CC2530F256结合了TI公司的业界领先的黄金单元zigbee 协议栈（Z-StackTM），提供Zigbee 解决方案。CC2530F64 结合了TI公司的黄金单元 RemoTI，更好地提供完整的zigbee RF4CE 远程控制解决方案。2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资源1CC2530简介大致可以分为三类：CPU和内存相关的模块，外设、时钟和电源管理相关的模块，以及无线电相关的模块。2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资

4、源2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资源1CC2530简介（1）CPU和内存CC2530芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有3种不同的内存访问总线（特殊功能寄存器（SFR），数据（DATA）和代码/外部数据（CODE/XDATA）。它包括一个调试接口和一个18输入扩展中断单元。2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资源1CC2530简介（2）时钟和电源管理数字内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电。它提供了电源管理功能，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。CC2530有5种不同的复位源来复位设备。2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资源1CC25

5、30简介（3）外设CC2530包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。调试接口执行1个专有的两线串行接口，用于内电路调试。2.2 硬件资源2.2.2核心板硬件资源2.无线设备CC2530具有一个IEEE 802.15.4兼容无线收发器。RF内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令、读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。2.2 硬件资源2.2 硬件资源功能配置CC2530CC2531CC25332.4GHz IEEE 802.15.4标准射频收发器有有有射频调制模式DSSSDSSS最大可

6、编程输出功率4.5dBmW4.5dBmW4.5dBmW内置FLASH空间（Byte）32k/64k/128k/256128k/256k32k/64k/96k内置RAM空间8k4k/6kUSB接口（FULL SPEED）无有无ADC有无电池低电压监控不支持支持I2C不支持支持待机消耗电流（UA）11封装QFN40QFN40QFN40IEEE 802.15.4支持支持支持标准RF 4CE协议栈支持支持支持标准TIMAC协议栈支持支持支持标准SimpliciTI协议栈支持支持支持标准Z-Stack协议栈支持支持不支持2.2.2核心板硬件资源2.2 硬件资源2.2.3 底板硬件资源1.底板电源电路设计

7、2.2 硬件资源2.2.3 底板硬件资源2.LED电路设计2.2 硬件资源2.2.3 底板硬件资源3.LED电路设计2.2 硬件资源2.2.3 底板硬件资源4.LED电路设计2.2 硬件资源2.3.1 ZigBee协议栈选型常见的zigbee协议栈分3种：非开源的协议栈、半开源的协议栈和开源的协议栈。1非开源的常见的非开源的协议栈的解决方案包括Freescale解决方案和Microchip解决方案。2.3 软件资源2.3.1 ZigBee协议栈选型1非开源的常见的非开源的协议栈的解决方案包括Freescale解决方案和Microchip解决方案。2.3 软件资源2.3.1 ZigBee协议栈选

8、型2半开源的协议栈TI公司开发的是一个半开源的zigbee协议栈，是一款免费的zigbee协议栈，它支持zigbee和zigbeePRO栈，并向后兼容zigbee 2006和zigbee 2004。Z-Stack内嵌了OSAL操作系统，标准的C语言代码，使用IAR开发平台，比较容易学习，是一款适合工业级应用的zigbee协议栈。2.3 软件资源2.3.1 ZigBee协议栈选型3开源的协议栈Freakz是一个彻底开源的zigbee协议栈，配合contiki操作系统，contiki的代码全部由C语言编写，对于初学者来说比较容易上手。Freakz适合用于学习，对于工业应用，Z-Stack比较适用。

9、2.3 软件资源2.3.2 IAR集成开发环境的安装对于单片机的开发环境，软件方面涉及对编程语言、编辑编译和调试环境的选择问题。根据应用对象的特点选择合适的开发编程语言和工具，是解决问题的首要任务。单片机的编程环境一般有两种：汇编语言和C语言。2.3 软件资源2.3.3 安装仿真器驱动程序2.3 软件资源2.4.1 IAR的应用1.新建一个工 程2.参数设置3.第一个项目4.标记行号和字体2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装协议栈Z-Stack-CC2530-2.3.0-1.4.0.exe和协议栈Z-Stack-CC2530-2.5.0虽然都针对CC2530开发，功能稍有差别，采用哪个协议

10、栈开发的软件必须在哪个协议栈下使用。2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（1）App应用层目录（Application Programming Interface，API）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（2）硬件层目录（Hardware Abstract Layer，HAL）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（3）介质访问控制层（Media Access Control，MAC）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（4）监控调试层目录（MonitorTest，MT）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（5）网络层目录（Netw

11、ork Layer，NWK）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（6）协议栈的操作系统（Operating System Abstraction Layer，OSAL）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（7）应用框架层目录(Application Farmework，AF)2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（8）安全层目录2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（9）Zigbee和802.15.4设备的地址处理函数目录2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（10）工程配置目录2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（11）Zigbee设备对象（Zigbee Device Ob

12、jects，ZDO）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（12）Z-Stack MAC移植层目录（Z-Stack MAC，ZMac）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（13）Zigbee协议栈的主程序（Zigbee main，ZMain）2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（14）输出文件目录2.4 软件应用2.4.2 协议栈的安装（14）输出文件目录2.4 软件应用2.4.3协议栈的移除和增加文件2.4 软件应用2.4.4 协议栈的基本操作（1）查看函数或者宏定义2.4 软件应用2.4.4 协议栈的基本操作（2）信道选择和修改网络ID号f8w2530.cxl：该文件包含了该文件

13、包含了CC2530单片机的链接控制指令，包括堆栈单片机的链接控制指令，包括堆栈的大小、内存分配等，一般情况下我们不需要修改。的大小、内存分配等，一般情况下我们不需要修改。f8wConfig.cfg：该文件包含了信道选择、网络：该文件包含了信道选择、网络ID号等有关的链接命令。号等有关的链接命令。2.4 软件应用2.4.4 协议栈的基本操作（3）设置zigbee网络的拓扑结构将将 NWK_MODE_MESH改成改成NWK_MODE_STAR（NWK_MODE_MESH为网状网、为网状网、NWK_MODE_STAR为星型网、为星型网、NWK_MODE_TREE为树状网，在这里我们设置为星型网其是最

14、简单也为树状网，在这里我们设置为星型网其是最简单也是最稳定的一种）。是最稳定的一种）。2.4 软件应用1Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由硬件和软件组成。2单片机按照CPU处理数据的位宽可分为4位、8位、16位机和32位机。其中8位单片机由于内部构造简单、体格小、成本低等优势，应用最为广泛。4位单片机主要应用于工业控制领域而16位和32位单片机主要应用于视频采集、图形处理等方面。3CC2530芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有三种不同的内存访问总线（特殊功能寄存器（SFR），数据（DATA）和代码/外部数据（CODE/XDATA）。4常见的zigbee协议栈分三种：非开源的协议栈、半开源的协议栈和开源的协议栈。小结Thanks物联网应用的精彩未来有待你的参与物联网应用的精彩未来有待你的参与