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易思ZigBee开发教程.pdf
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易思开发板 ES Technology
http://es-tech.taobao.com
1
易思 ZigBee 开发教程
ES Technology
2014 年 2 月 12 号
版本:V1.0
易思开发板 ES Technology
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2
目录
1. 第一章 ZigBee 介绍..................................................................................... 3
1.1
什么是 ZigBee
........................................................................................... 3
1.2
ZigBee 无线网络拓扑结构
....................................................................... 6
1.3
ZigBee 技术的应用领域
........................................................................... 7
2. 第二章 IAR 集成开发环境的使用................................................................ 8
2.1
IAR 集成开发环境简介
............................................................................. 8
2.2
系统要求和安装前注意
............................................................................ 8
2.3
安装 IAR8.10
............................................................................................. 8
2.4
IAR 的使用
............................................................................................... 11
2.5
打开一个保存的 IAR 工程
...................................................................... 21
3. 第三章 驱动和其他软件的安装................................................................ 22
3.1.
仿真器驱动安装
.................................................................................. 22
3.2.
USB 转串口驱动(PL2303 驱动)
...................................................... 25
3.3.
使用 Flash Programmer 直接烧写 hex 到芯片中。
........................ 26
3.4.
Hex 文件的生成和下载。
................................................................... 28
3.5.
ZigBee Sensor Monitor 的安装
...................................................... 30
3.6.
抓包软件 Packet Sniffer 的安装和使用
........................................ 32
4. 第四章 Z-Stack 协议栈的入门................................................................. 38
4.1
如何使用协议栈
...................................................................................... 38
4.2
第一个 Z-stack 协议栈实验:数据传输实验
..................................... 46
4.3
建立自己的协议栈工程
.......................................................................... 54
5. 基础例程...................................................................................................... 67
5.1.
IO 控制 Led 亮灭
................................................................................. 67
6. 传感器例程.................................................................................................. 70
6.1.
继电器模块
.......................................................................................... 70
7. 第五章 Z-stack 协议栈开发提高............................................................. 71
7.1.
深入理解 Z-Stack 协议栈的构成
...................................................... 72
7.2.
Z-Stack 协议栈 OSAL 介绍
.............................................................. 75
7.3.
OSAL 常用术语
.................................................................................... 75
7.4.
OSAL 运行机理
.................................................................................... 76
7.5.
OSAL 消息队列
.................................................................................... 80
7.6.
OSAL 添加新任务
................................................................................ 80
7.7.
OSAL 应用编程接口
............................................................................ 81
8. 第六章 项目实践........................................................................................ 84
8.1.
智能家居控制
...................................................................................... 84
8.2.
一个 Z-stack 通信实验
...................................................................... 95
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1. 第一章 ZigBee 介绍
ES technology 开发了一套基于CC2530 SOC的zigbee开发平台,完全满足
IEEE802.15.4-2006标准和ZigBee 2010技术标准的无线网络技术设计开发要求,
该平台包含了构建多种ZigBee无线网络所需的全部硬件、软件专业开发工具,文
档和各种展示,表演软件,是ZigBee初学者理想的选择。
CC2530无线节点采用德州仪器(TI)ZigBee SoC射频芯片CC2530F256,片上
集成高性能8051内核、ADC、USART等,支持ZigBee协议栈。该模块引出20个可用
I/O,用户可使用片上所有资源。节点集成了电池盒,直接安装两节5号干电池即
可以工作。方便用户实现高性价比、高集成度的ZigBee解决方案。
CC2530 开发平台可以由 CC2530 仿真器/调试器(SmarRF04EB)通过 USB 接口直接
连接到你的电脑,具有代码高速下载,在线调试 DEBUG,硬件断点,单步,变量
观察,寄存器观察等全部 C51 源水平调试的功能,实现对 CC2530 系列无线单片
机实时在线仿真/调试/测试。
1.1
什么是 ZigBee
1.1.1 ZigBee 简介
ZigBee是一种标准,该标准定义了短距离、低数据传输速率无线通信所需要
的一系列通信协议。基于ZigBee的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz
和2.4GHz,最大数据传输速率为250kbps。
下面通过一个具体酌例子向读者展示一下ZigBee的具体应用。在病人监控系
统中,病人的血压可以通过特定的传感器检测,因此,可以将血压传感器和ZigBee
设备相连,ZigBee设备定期检测病人的血压,将血压数据以无线的方式发送到服
务器,服务器可以将数据传输到医生的电脑上,医生就可以根据病人的血压数据
进行恰当的诊断。
在设计网络的软件构架时,一般采用分层的思想,不同的层负责不同的功能,
数据只能在相邻的层之间流动。例如,以太网中分层模型是ISO国际化标准组织
提出的OSI( Open System Interconnection)七层参考模型,如图所示。
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模型与 TCP/IP 协议
ZigBee协议也在OSI参考模型的基础上,结合无线网络的特点,采用分层的
思想实现。ZigBee无线网络各层示意图,如图所示。
Zigbee 网络分层
从上图中可以看出,zigbee无线网络共分为5层
物理层(PHY)
介质访问控制层(MAC)
网络层(NWK)
应用程序支持子层(APS)
应用层(APL)
采用分层思想有很多优点,例如,当网络协议的一部分发生变化时,可以很
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容易的对此相关的几个层进行修改,其他层不需要改变即可。
1.1.2 ZigBee 特点
总体而言,ZigBee技术具有如下特点:
(1)高可靠性
对于无线通信而言,由于电磁波在传输过程中容易受很多因素的干扰,例如,
障碍物的阻挡、天气状况等,因此,无线通信系统在数据传输过程中,具有内在
的不可靠性。无线控制系统作为无线通信的一个小的分支,在数据传输过程中,
也具有不可靠性。
ZigBee联盟在制定ZigBee规范时已经考虑到这种数据侍输过程中的内在的
不确定性,采取了一些措施来提高数据传输的可靠性,主要包括:物理层兼容高
可靠的短距离无线通信协议IEEE 802.11.5同时使用OQPSK和DSSS技术;使用
CSMA-CA(Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance)技术来解决
数据冲突问题;使用16-bits CRC来确保数据的正确性;使用带应答的数据传输
方式来确保数据正确的传输目的地址;采用星形网络尽量保证数据可以沿着不同
的传输路径从源地址到达目的地址。
(2)低成本、低功耗
ZigBee技术可以应用于8-bit MCU,目前TI公司推出的兼容ZigBee 2007协议
的SoC芯片CC2530每片价格在9元左右,外接几个阻容器件构成的滤波电路和PCB
天线即可实现网络节点的构建。
关于低功耗问题需要说明一下,ZigBee网络中的设备主要分为三种:
·协调器( Coordinator),主要负责无线网络的建立和维护;
·路由器( Router),主要负责无线网络数据的路由;
·终端节点(End Device),主要负责无线网络数据的采集。
低功耗仅仅是对终端节点而言,因为路由器和协调器需要一直处于工作状
态,只有终端节点可以定时休眠,下面通过一个例子向读者展示一下终端节点的
低功耗是如何实现的。例如,一般情况下,市面上每节5号电池的电量为1500mA.h,
对于两节5号电池供电的终端节点而言,总电量为3000mA.h,即电池以ImA电流
放电,可以连续放电3000h(理论值),如果放电电流为lOOmA,则可以连续放电
30h。
·终端节点在数据发送期间需要的瞬时电流是29mA;
·数据接收期间所需要的瞬时电流为24mA。
再加上各种传感器所需的工作电流,为了讨论问题方便,假设各种传感器所
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