嵌入式系統(tǒng)zigbee開發(fā)課件

1、RFID應(yīng)用開發(fā)Zigbee開發(fā)低功耗Wi-Fi開發(fā)傳感器介紹01傳感器介紹溫濕度傳感器DHT11是單總線傳輸方式的溫濕度傳感器數(shù)據(jù)格式: 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) | 8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) | 8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) | 8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) | 8bit 校驗位示例一：接收到的40 位數(shù)據(jù)為： 0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101 計算：0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101 接收數(shù)據(jù)正確：濕度：0011 0101=35H=53%RH 溫度：0001 1000=18

2、H=24溫濕度傳感器 用戶主機（MCU ）發(fā)送一次開始信號后，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，待主機開始信號 結(jié)束后，DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit 的數(shù)據(jù)，幵觸發(fā)一次信采集。信號發(fā)送如圖所示。數(shù)據(jù)時序圖DHT11讀取步驟步驟一：DHT11上電后（DHT11上電后要等待1S以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不能發(fā)送任何指令），測 試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時DHT11的DATA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平； 此時DHT11的DATA引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。 步驟二：微處理器的I/O設(shè)置為輸出同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于18ms（最大不得 超過30ms

3、），然后微處理器的I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)，由于上拉電阻，微處理器的I/O即DHT11的 DATA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等待DHT11作出回答信號。發(fā)送信號如圖所示：主機發(fā)送起始信號DHT11讀取步驟步驟三：DHT11的DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結(jié)束，延遲后DHT11的 DATA引腳處于輸出狀態(tài)，輸出83微秒的低電平作為應(yīng)答信號，緊接著輸出87微秒的高電平通知 外設(shè)準備接收數(shù)據(jù)，微處理器的I/O此時處于輸入狀態(tài)，檢測到I/O有低電平（DHT11回應(yīng)信號） 后，等待87微秒的高電平后的數(shù)據(jù)接收，發(fā)送信號如圖所示：從機相應(yīng)信號DHT11讀取步驟步驟四：由DHT11的DATA引

4、腳輸出40位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O電平的變化接收40位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù) “0”的格式為：54微秒的低電平和23-27微秒的高電平，位數(shù)據(jù)“1”的格式為：54微秒的低 電平加68-74微秒的高電平。位數(shù)據(jù)“0”、“1”格式信號如圖6所示：結(jié)束信號：DHT11的DATA引腳輸出40位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平54微秒后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，由于上拉電 阻隨之變?yōu)楦唠娖?。但DHT11內(nèi)部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，等待外部信號的到來。溫濕度傳感器原理圖溫濕度傳感器核心板管腳對應(yīng)關(guān)系CC2530芯片的P0_6引腳和溫濕度傳感器的D2引腳相連的值，通過無線通信方式，把采集的數(shù)據(jù)傳輸給上位機，并對協(xié)議分析顯示相應(yīng)的

5、數(shù)值。光敏電阻光敏電阻器又叫光感電阻，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。 光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。光敏傳感器原理圖光敏電阻核心板管腳對應(yīng)關(guān)系由原理圖可知，光敏的AD引腳A1與CC2530的P0_5引腳相連，把P0_5引腳配置成ADC模式。繼電器電磁繼電器是一種常見的繼電器，其中一種繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強大的電磁力，吸動銜鐵帶動簧片，使觸點1、2斷開，1、3接通。當線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點1、2

6、接通，1、3斷開。我們只要把需要控制的電路接在觸點1、2間（1、2稱為常閉觸點）或觸點1、3間（稱為常開觸點），就可以利用繼電器達到某種控制的目的。繼電器原理圖繼電器核心板管腳對應(yīng)關(guān)系有原理圖可知，繼電器的控制引腳D1與CC2530的P1_2引腳相連，我們只要給P1_2引腳高低電平繼電器就會進行吸合或釋放。02Zigbee開發(fā)Zigbee簡介什么是zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù)可以采用zigbee,藍牙,wifi和紅外等。ZigBee技術(shù)是一種短距離,低復(fù)雜度,低功耗,低成本,低數(shù)據(jù)速率的雙向無線通信技術(shù)，是一組基于IEEE802.15.4無線標準研制開發(fā)的有組網(wǎng),安全和應(yīng)用軟件方面的

7、通信技術(shù)。Zigbee簡介zigbee應(yīng)用范圍智能家居-對家用電器的控制和家庭娛樂系統(tǒng)的管理。樓宇自動化-整合并集中管理照明,采暖,制冷和安全和采集周圍環(huán)境。工業(yè)自動化-利用傳感器采集工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)并進行分析和處理,提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域-將借助于各種傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，準確而且實時的檢測每個病人的血壓、體溫和心跳速度等信息.Zigbee簡介zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)我們在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的時候了解到網(wǎng)絡(luò)的軟件架構(gòu)是按照分層的思想設(shè)計的,每一層負責(zé)不同功能,如典型的有OSI協(xié)議參考模型以及TCP/IP協(xié)議模型。Zigbee簡介應(yīng)用層應(yīng)用支持子層網(wǎng)絡(luò)層介質(zhì)訪問層物理層IEEE802.1

8、5.4規(guī)范定義的Zigbee標準zigbee協(xié)議也是在OSI參考模型上,結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)的特點,采用分層思想實現(xiàn)的。Zigbee簡介zigbee標準將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照功能劃分為協(xié)調(diào)器(Coordinator),路由器(Router)和終端設(shè)備(EndDevice)。協(xié)調(diào)器:為每個設(shè)備分配一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。為整個網(wǎng)絡(luò)選擇一個唯一的16位的PAN ID(個域網(wǎng)標志符),通過這個ID,網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備就可以通過網(wǎng)絡(luò)地址來相互通信了。初始化,終止,轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的消息。路由器允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò),擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋的物理范圍和數(shù)據(jù)包路由的功能。終端設(shè)備主要負責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集。Zigbee模組介紹Zigbee模組：Zigb

9、ee采用TI CC2530芯片，CC2530 SoC集成了RF收發(fā)器、增強型標準8051微處理器內(nèi)核。Zigbee環(huán)境搭建IAR安裝:IAR 8051版本：EW8051-EV-Web-8101Zigbee協(xié)議棧安裝:Z-Stack協(xié)議棧：Z-Stack-Mesh-1.0.0 SmartRF04EB Zigbee仿真器驅(qū)動安裝:驅(qū)動位置：IAR SystemsEmb edded Workbench 5.38051driversTexas Instruments 01Z-Stack介紹文件目錄介紹：Components：存放的是Z-Stack開源的主要程序代碼,包括硬件接口層(hal),MAC層,

10、操作系統(tǒng)(OSAL)代碼等.Documents：TI提供的開發(fā)文檔的，主要是對協(xié)議棧的和API的講解.Projects：該目錄存放的是TI公司提供的協(xié)議棧例程和編程模板.Tools: 該目錄存放的是幾個zigbee相關(guān)的實用工具Z-Stack介紹工程目錄： App：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個項目的主要內(nèi)容。 HAL：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動及操作函數(shù)。 MAC：MAC 層目錄，包含了 MAC 層的參數(shù)配置文件及其 MAC 的 LIB 庫的函數(shù)接口文 件。 MT：實現(xiàn)通過串口可控制各層，并與各層進行直接交互 NWK：網(wǎng)絡(luò)層目錄

11、，包含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件網(wǎng)絡(luò)層庫的函數(shù)接口文件及 APS 層庫的函數(shù)接口。 OSAL：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。 Profile： Application framework 應(yīng)用框架層目錄，包含 AF 層處理函數(shù)文件。應(yīng)用框架層是應(yīng)用程序和 APS 層的無線數(shù)據(jù) 接口。 Security：安全層目錄，包含安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等 Services：地址處理函數(shù)目錄，包括地址 模式的定義及地址處理函數(shù)。 Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及 Z-Stack 相關(guān)配置信息。 ZDO：ZDO 目錄 ZMac：MAC 層目錄，包括 MAC 層參數(shù)配置 及 MAC 層 LIB 庫函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。

12、ZMain：主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及硬件配置文件。 Output：輸出文件目錄，由 IAR IDE 自動生成。OSAL介紹ZigBee協(xié)議棧包含了ZigBee協(xié)議所規(guī)定的基本功能，這些功能是以函數(shù)的形式實現(xiàn)的，為了便于管理這些函數(shù)集，從ZigBee 2006協(xié)議棧開始，ZigBee協(xié)議棧內(nèi)加入了實時操作系統(tǒng)，稱為OSAL（操作系統(tǒng)抽象層，Operating System Abstraction Layer）。ZigBee協(xié)議棧與ZigBee協(xié)議之間并不能完全畫等號。ZigBee協(xié)議棧僅僅是ZigBee協(xié)議的具體實現(xiàn)。OSAL就是一種支持多任務(wù)運行的系統(tǒng)資源分配機制。在ZigBee協(xié)議棧中，O

13、SAL負責(zé)調(diào)度各個任務(wù)的運行，如果有事件發(fā)生了，則會調(diào)用相應(yīng)的事件處理函數(shù)進行處理。 ZigBee中采用的方法是：建立一個事件表，保存各個任務(wù)的對應(yīng)的事件，建立另一個函數(shù)表，保存各個任務(wù)的事件處理函數(shù)的地址，然后將這兩張表建立某種對應(yīng)關(guān)系，當某一事件發(fā)生時則查找函數(shù)表找到對應(yīng)的事件處理函數(shù)即可LED原理介紹參考原理圖：由原理圖可知，LED2(D7)連接P1_0，LED3(D9)連接P1_1。LED4(D10)連接P1_4，由圖可知三個燈可通過拉低管腳電量LED等底板LED燈 底板核心板插座 核心板插針OSAL LED 參考代碼在代碼中調(diào)用相應(yīng)接口即可完成LED的控制OSAL串口支持-編譯選項修

14、改在工程預(yù)編譯選項MT_TASK、MT_SYS_FUNC、MT_ZDO_FUNC、LCD_SUPPORTED=DEBUG前加上x,加上x代表不編譯對應(yīng)的功能代碼。加入一個工程預(yù)編譯選項ZTOOL_P1，代表我們使用的串口是0。OSAL串口支持-代碼修改在GenericApp.c文件中加入兩個相關(guān)的頭文件，如下圖所示：并將GenericApp_Init()函數(shù)修改為OSAL串口支持-串口配置串口波特率和流控配置，如圖：Zigbee透傳打開zstack Samples工程在Workspace選擇“CoordinatorB”-協(xié)調(diào)程序Zigbee透傳打開工程在Workspace選擇“EndDevic

15、eEB”-節(jié)點程序Zigbee透傳協(xié)調(diào)器程序分別編譯燒寫后即可完成組網(wǎng)，可實現(xiàn)透傳，如圖PanIDZigBee 協(xié)議使用一個 16 位的個域網(wǎng)標志符（PAN ID）來標識一個網(wǎng)絡(luò)。ZStack 允許用兩種方式配置 PAN ID，當 ZD APP_CONFIG_PAN_ID （在協(xié)議棧Tools文件夾下f8wConfig .cfg文件中）的值不設(shè)置為 0 xFFFF 時，那么設(shè)備建立或加入網(wǎng)絡(luò)的 PAN ID 由 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 指定；如果設(shè)置ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 為 0 xFFFF，那么協(xié)調(diào)器設(shè)備就將建立一個“最優(yōu)”的網(wǎng)絡(luò)（PANID）。PANID的范

16、圍為: 00 x3FFF.03低功耗Wi-Fi開發(fā)模組介紹Wi-Fi模組：Wi-Fi模組采用M0(STM32F051)+Wi-Fi通信模組(ESP8266)的方式ST-Link驅(qū)動安裝:驅(qū)動位置：MDK安裝目錄下01開發(fā)環(huán)境搭建RealView MDK(KeilC) 安裝:MDK ARM 版本：MDK-ARM V5.23核心板原理介紹STM32F051部分 ESP8266部分開發(fā)環(huán)境搭建ESP8266 Wi-Fi模組AT指令:AT+RST：模塊復(fù)位AT+CWMODE= mode=1：station模式mode=2：AP模式mode=3：AP+station模式AT+CWSAP=,配置AP參數(shù)，

17、ssid：接入點名稱 pwd：密碼 chl：通道 ecn：加密方式AT+CWLIF：查看已接入設(shè)備的IPAT+CIFSR：查看本模塊IPAT+CWMODE?：查看本模塊模式AT+CIPMUX?：查看本模塊是否建立多連接0：單路連接模式 1：多路連接模式AT+CIPMODE?：查看本模塊的傳輸方式0：非透傳模式 1：透傳模式AT+CIPSERVER=, ：創(chuàng)建服務(wù)器0：關(guān)閉1：開啟8080：端口號AT+CIPSERVER=1,8080AT+CIPSTO=：設(shè)置服務(wù)器超時時間AT+CIPSTO=1234開發(fā)環(huán)境搭建ESP8266 Wi-Fi模組AT指令:AT+CIPSTATUS：查看當前連接AT+

18、CIPSEND=,：想某個連接發(fā)送數(shù)據(jù) AT+CIPSTART=,：建立連接 AT+CIPSTART=2,“TCP”,“1”,8080：建立TCP連接AT+CIPSTART=2,“UDP”,“1”,8080：建立UDP連接AT+CWLAP：查看當前無線路由列表AT+CWJAP=“SSID”,”PWD”：加入無線網(wǎng)絡(luò)AT+CWJAP?：查看連接狀態(tài)04RFID應(yīng)用開發(fā)模組介紹基于13.56MHz頻段的高頻讀寫器：系統(tǒng)組成讀寫器（MFRC522 & STM32F051）MFRC522（概述）：高度集成的非接觸式（13.56MHz）讀寫卡芯片。此發(fā)送模塊利

19、用調(diào)制和解調(diào)的原理，并將它們完全集成到各種非接觸式通信方法和協(xié)議中（13.56MHz）。MFRC522發(fā)送模塊支持下面的工作模式：讀寫器，支持ISO 14443A/MIFARE可實現(xiàn)各種不同主機接口的功能：SPI接口串行UART（類似RS232，電壓電平取決于提供的管腳電壓）I2C接口模組介紹基于13.56MHz頻段的高頻讀寫器：系統(tǒng)組成讀寫器（MFRC522 & STM32F051）MFRC522：此模塊主機即STM32F051，通信接口對應(yīng)天線，MFRC522與主機通訊支持UART、SPI以及I2C模組介紹高度集成的模擬電路，解調(diào)和譯碼響應(yīng)緩沖的輸出驅(qū)動器與天線的連接使用最少的外部元件。支

20、持ISO 14443A/MIFARE讀寫器模式中與ISO 14443A/MFARE的通信距離高達50mm，取決于天線的長度和調(diào)諧。讀寫器模式下支持MIFARE Classic加密支持ISO 14443 212kbit/s和424kbit/s的更高傳輸速率的通信支持的主機接口有SPI，I2C，UART64字節(jié)的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)靈活的中斷模式低功耗的硬復(fù)位功能軟件掉電模式可編程定時器內(nèi)部振蕩器，連接27.12MHz的晶體3.3V的電源電壓CRC協(xié)處理器自由編程的I/O管腳內(nèi)部自測試MFRC522（特性）：標簽介紹標簽(S50卡)MIFARE RF接口(ISO/IEC 14443A) 無線傳

21、送數(shù)據(jù)和能量(不需要電池) 工作距離最高可達100mm(這個是由天線的結(jié)構(gòu)決定的) 工作頻率為13.56Mhz 數(shù)據(jù)傳送速度最快為106kbit/s 數(shù)據(jù)高度可靠，16位CRC，奇偶校驗，位編碼，位計數(shù)EEPROM1K字節(jié)，分成16個區(qū)，每區(qū)又分成4段，每一段中有16個字節(jié)用戶可以定義每一個存儲器段的訪問條件數(shù)據(jù)可以保持10年可寫100000次保密性需要通過3輪確認(ISO/IEC DIS9798-2)RF信道的數(shù)據(jù)加密，防止攻擊截取每個區(qū)有兩套獨立的秘鑰，支持帶秘鑰層的應(yīng)用每個設(shè)備有唯一的序列號在運輸過程中訪問EEPROM有傳輸秘鑰保護標簽介紹存儲區(qū)S50 射頻卡的 8K 位 EEPROM 分為 16 個扇區(qū),每個扇區(qū)由 4 塊組成,每塊有 16 個字節(jié),第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下：讀寫器原理介紹原理圖分析：讀寫器原理介紹MFRC522與主機的通訊本模塊采用SPI接口通訊使用不同的通信接口是如何選擇的：通過右側(cè)表與原理圖可以看出（即通過檢測I2C與EA管腳狀態(tài)進行識別）RC522的SPI總線接口有其自身的時序要求。它只能工作于從模式，最高傳輸速率為1