优秀无线传感器网络实验报告.docx

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1、郑州航空工业管理学院无线传感器网络实验报告（第1版）2022- 2023 第 L学期院系：电子通信工程姓名：专业：物联网工程学号：电子通信工程系2022年6月制实验一 WSNS开发环境的建立一、实验目的了解基于TI CC2431/CC2530的WSNs基础知识,熟悉WSNs的开发环境,掌握Cygwin、 TinyOS、SDCC、SmarlRF Studio 7 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；TinyOS2.x操作系统的安装；（3）SDCC小型设备C编译器的安装：（4） SmarlRF

2、Sludio 7编程软件的安装;AMReceiverC2.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) make cc2431(2) makccc2431 reinstall.。(3) makecc243l reinstall(4) makccc2431 rcinstall.23.在BasicMACM.nc源代码中，修改DataMsg.send函数的首个参数：event void Photo.rcadDonc(crror_t rcsult,uintl6_t data) if (call DataMsg.send ( ToAddr , &scndms

3、g,call Packct.payloadLcngth (&sendmsg)= SUCCESS)(call Leds.led2On();(1) DalaMsg.send 函数的苜个参数为 AM_BROADCAST_ADDR,表示：V Broadcast 通信 Unicast 通信(2) DataMsg.send函数的苜个参数为特定节点的地址(ID),表示： Broadcast 通信J 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Green LED和Yellow LED指示 灯闪烁。此外，一边Yellow LED瞬间闪烁时(发送完数

4、据后)，通过另一边节点的Red LED (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 reinstalls”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 Power control 及 Multichannel；2 . 了解CC2431上提供的Power

5、级别及信道信息；3 .通过实践掌握CC2431节点模块的power control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：Imel(R)Pentium(R)及以上；内存：IGB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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ：WSNs 开发环境：Cygwin. TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7. G

6、CC。五、实验步骤1 . CC2431 可以传送从最高 0.6 dBm (1. 1482mW)到最低 -25.2 dBm(0. 003mW)的 电波，接收侧接收的电波强度在-94 dBm (3.981e7()mV)以上时可以接收电波。2 . CC2431 RF部分支持26个Multichannel中2. 4 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-ll) MHz, k = 11, 12 263 .在路径/opl/tinyos-2.x/comrib/cc243l/MCH_PTRSSI 下，MCH_PTRSSIM 模块调用了 TinyOS 操作系统模块：

7、MainC 、 TimerMilliC 、 BusyWaitMicroC、 ActiveMessageC、 AMSenderC、 ActiveMessageC、HAL CC2430ControlC及 SerialActivcMessagcC 等 8 个模块。4 .在 MCH_PTRSSIM.nc 源代码中，修改 task void RF_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/linyos-2.x/conlrib/cc2431cd MCH.PTRSSI运行结果：六、遇到的

8、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种传感器的测晟值的方法；3 .尝试通过SerialTest程序，直接确认串行传入的数据。三、

9、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) Peniium(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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack I ；WSNs 开发环境:Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7. GCC。五、实验步骤1 .将路径切换至/opt/tinyos-2.x/contrib/cc2431/AHsensors 目录下,打开 AllsensorsAp

10、pC 源代码，查看AllsensorsC模块调用了哪些模块？AllsensorsC, MainC, LedsC , TimcrMilliC , SensirionShtl IC , PhotoSensorC , UltraredSensorC, SerialActiveMessageC2 .编译Allsensors工程程序，安装app. hex至节点模块，运行SerilTesl. exe程序， 观察并记录采集的传感器数据(附图)。运行cygwincd /opt/tinyos-2.x/contrib/cc2431cd Allsensors编译 make cc2431首先将下载了 Allsenso

11、rs例题的HBE-Ubi-CC243l节点通过USB连接线与PC连接，使USB MCU开关指向RS232一侧。运行SerilTesl.exe文件，可以看到如右图所示画面。在ScrilTest上单击Port Configuration,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ScrialTcst程序的Open Port按钮和Binary Type Display,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. Ultrar

12、ed值。运行结果如下：六、遇到的问题及解决办法 在SerilTest上单击Port Configuration,设定Pori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0k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

13、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：机el(R) Pentium(R)及以上；内存：IGB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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ；WSNs 开发环境:Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7 GCC。五、实验步骤1 .切换路径至opttinyos-2.xcontribcc2431H

14、anback_TestTree 目录，打开应用程序源代 码 Hanback_TestTreeAppC.nc 杳看 Hanback_TestTreeAppM 模块调用 了哪些模块？Boot, Tiiner, Leds, StdControl , AMSend, Receive2 . Hanback_TrccRouting组件是为了 Tree协议的实现而创建的配置文件。3 . Tree路由为了周期性地向周围节点报告自身的跳数信息需要传送Beacon仁hello)数据包。4 .完成信道设定后，sink节点直接传送Beacon数据包。其它节点向周围节点请求 Beacona为了构成Tree拓扑，需要以S

15、ink为中心形成拓扑。在一般节点上，如果听到了 sink 发送的beacon数据包，则得知自身周围存在sink,认作是距离sink 一(填数字)跳的节点。月.将自身的ID和距离sink为一跳的信息放入到自身的beacon数据包中周期性传 送。如果虽然不属于sink的传送范围，但从sink 一跳内的其它节点听到beacon,则判断此 节点为距离sink两(填数字)跳的节点，并同样周期性传送记录了两跳信息的自身的 beacono也就是，。号的sink节点直接传送Beacon,非0号节点需要从sink或已经收到sink的 beacon的周围节点接收Beacon数据包，才可以参与到tree拓扑中。5

16、.如果节点从其它节点收到了 Beacon数据包，则RecvBeacon.receiveO函数会发出 Beacon信号通知。在此函数中，首先收到的数据包如果不是记入了跳数信息的一般Beacon 数据包，检查是否是请求Beacon数据包的BeaconRequest数据包。如果是BeaconRequest数据包时，调用TransmilBeaconO任务,传送自身的Beacon数 据包。如果收到的数据包是一般Beacon时，将此数据包通过updateRoute收bieO函数存储在 Neighbor Tabic 中。6 .程序中为了能在近距离范围内测试多跳环境，设置了 0号传送的Beacon只被节点 1

17、,2, 3,4号收到,4号以下发送的Beacon只被5,6,7, 8号节点收到。即1,2, 3,4号节点作为 0号的one hop运行，其余5, 6, 7, 8号作为two hop,剩余节点作为three hop强制形成拓扑。7 . processNex(Address()函数是比较存储的路由表的值，选择最适的Nexladdress的函 数。在此函数中，首先以距离Sink的跳数为基准进行比较，跳数相同时，再比较LQL LQI 相同时比较RSSI值。由于此函数在Timer.fired()函数中被周期性地调用,每隔10秒，重新 求一次最适的Nextaddresso这个Nextaddress最终是指

18、自身的父节点。这样，可以构成能够应付更多适应状况的tree 拓扑。8 .运行Sensor Network Topology-Viewer应用程序，观察Tree型网络及多跳数据传输(附 图)。运行cygwincd /opt/tinyos-2.x/contrib/cc2431cd Hanback TcstTrccmake cc2431进行编译连接节点和PC,打开其它节点的电源。而且，如果执行CD的programScnsor Network Topology-Viewer_Korean (# Sensor Network Topology-Viewer)文件夹内的 exe 文件， 将 如右图直观地显

19、示从传感器节点0号进入的数据。通信连接输入AVR-ISP的USB端口号， Baud rate设定为57600后,如果按Connect按钮，则会被连接。运行如图：六、遇到的问题及解决办法未对AVR-ISP的USB端口号进行设定，以及Baud rate的设定，改正之后基本实现 预期目标，掌握了按顺序调用节点的多个传感器的方法，基本对Tree路由的理解及应用有 一定把握，建立了利用多个传感器节点的多跳路由网络。二、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：ImeKR）Penlium（R）及以上；内存：1GB及以上；实验设备：

20、CC2431无线传感器网络节点模块；2 .软件环境配置操作系统：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ；WSNs 开发环境：Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7o五、实验分析1 .安装的 Cygwin 仿真软件时选择口1於311 from Internet 还是，口Install from Local Directoryo （在正确的前面打勾）2 .在安装Cygwin时，需要选择安装包，如卜图所示，在箭头所指向的位置，表示对 所有（AH）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 I

21、 Cygwin Setup - Select Package安装方式： Default、 Install Reinstall、 Uninstall 。3 .安装TinyOS 2.x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。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： Progarm FilesSDCC5 .安装TIFlash编程软件SmariRFProgr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

22、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CC243I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SmariRFProgr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setup-x86.exe安装包，双击运行，到安装界面.默认选项，下一步.（2）到Select Packages 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

23、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TI Flash编程软件 SmailRFProgr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，也就无法卜载程序。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CC243I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

24、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opllinyos-2.xcomribcc2431Helloworld F,查看其中的 HelloWorld.nc 源码和 HelloWorldM.nc 源码；2 .切换到/optAinyos-2.x/con【rib/cc2431/Helloworld 路径下，编译 HelioWorld程；3 .下载app.hex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

25、的编译方法。四、实验设备1 .硬件环境配置计算机：Iniel(R) Peniium(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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ；WSNs 开发环境：Cygwin TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7o五、实验分析1. HelloWoHd.nc 是()；HelloWorldM.nc 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. HclloWorl

26、d.nc源码中声明使用了四个模块，分别是：(1) MainC(2) HelloWorldM(3) LcdsC(4) new TimerMiHiCO其中， HelloWorldM 模块是本工程自定义的程序模块。3 .从HeHoWorklM.nc源码可知，LED闪烁的基木时长是一 1000 ms,其中:(1) 11保持 2000 ms:(2)常亮 1000ms,长闭1000ms:(3)常亮一 300()ms,长闭1000ms。4 .观察程序的运行效果，对比HelloWorldM.nc源码，试分析：(1) Timer.siarlOneShol。函数与Timer.fired。函数是事件驱动的么？是(2

27、) Timer.siariOneSholO函数触发 Timer.fired。函数的执行么？是(3) Timer.startOneShot。函数与Timer.fired。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结构体；2 .区分串行通信使用的message_t结构体

28、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：机el(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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ；WSNs 开发环境:Cygwin、TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7. GCCo五、实验步骤

29、1 .编译节点模块程序在 Cygwin 环境下，切换至/opt/tinyos-2. x/contrib/cc2431/Scrial_Echo_Tcst 路径， 运行 make cc2431指令，得到hex文件 ，将其下载到节点模块。2 .在/opt/tinyos-2. x/contrib/cc2431/Serial_Echo_Test 路径下，按实际使用的串 口号调整Serial_Echo_PC_Program. h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Serial_Echo_PC_Program. c，可以得到可执行的run程序。输入的编译指令为：gcc

30、- o run Serial_Echo_PC_Program. c./run3 .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(23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:FF FF 20 27 0A xx 7E xx实际被传送的数据：7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 7D 5E xx CRC1 CRC2 7E(2)在TinyOS中想要串行发送的数据:FF FF 20 27 0A xx 7D xx实际被传送的数据：7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 71) 51)xx CRC1

31、CRC2 7E(3)在TinyOS中想要串行发送的数据：FF FF 20 27 0A xx 7E 7D xx实际传送的数据：7E 45 00 FF FF 20 27 0A xx 7D 5E 7D 5D xx CRC1 CRC2 7E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()x7E值先被输入, 其后没有ACK的数据类型一 0x45值被输入。(在TinyOS LX中，0x42值是没有ACK的数 据类型。)接下来，表示串行消息的DispatchlDOxOO被输入。接着，对应TinyOS定义的申 行消息格式的数据和2bytes CRC字段被输入。最后，作为完成通信的意义

32、，Ox7E被输入4 .在opllinyos-2. xloslypes路径下的 message, h 源代码中定义了 message结 构体，在下面列出该结构体的定义。typcdof nxstruct serialheador nx am addr t dest;nx_am_addr_t src;nxuint8t length;nx_am_group_t group;nx am id t type;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OxFFFF。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

33、域的长度。Group和 type字段表示编译时设定的组ID和Seria 1 ActiveMessageC接口数组中放入的数字。(在 TinyOS 2.X中，串行通信时，不填满group字段，以值0x00传送。)六、遇到的问题及解决办法没有调整Scrial_Echo_PC_Program.h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SHT1I的工作原理及电气接口；

34、2 .熟悉控制SHTU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J解TinyOS nesC软件编程：了解CC243I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)Pemium(R)及以上；内存：IGB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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ；WSNs 开发环境:Cygwin. TinyOS、SDCC、SmartRF

35、Studio 7. 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) SensirionShtllC. nc(2) SensirionShtlILoicP. nc3 .节点模块温湿数据采集应用工程为 optti nyos-2.xcontribcc2431 Osc i 1 loscopcSHT 11 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) SensirionShtl IC(4) Serial

36、 AciiveMessageC(5) LcdsC4.切换到/opt/tinyos-2.x/conlrib/cc2431/OscinoscopeSHTl I 路径下，为 了编译得到 CC2431 运行的app.hex,需要执行以下指令：Make CC2431使用Java程序启动ScrialForwardcr服务器程序，需要执行以下指令：路径：/opt/tinyos - 2.x/conlrib/OscilloscoDe(iava指令：切换到/opl/tinyos-2.x/conlrib/cc2431/OscilloscopeSHT 11 Java 路径下，分别执行以下指令:(1) make(2)

37、./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协议一CSMA/CA；2 .理解TinyOS操作系统中提供的无线通信ActiveMessageC , AMSendeiC以及 AMReceiverC 组件；3 .利用BasicMAC实例了解Broadcast和Unicast无线通信；三、预

38、备知识(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：Imel(R)Pentium(R)及以上；内存：IGB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：Microsoft Windows 7 Professional Service Pack 1 ：WSNs 开发环境：Cygwin. TinyOS、SDCC、SmartRF Studio 7. GCC。五、实验步骤1 .切换路径到opl【inyos-2.xconlribcc243lBasicMAC 目录，打开 BasicMACM.nc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