福建师范大学协和学院

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1 福建师范大学协和学院 实验报告 课程名称 : 无线网络通信实验 系 别 : 信息技术系 专业 : 班级 : 学号 : 学生姓名 : 2015 年 3 月 1 日

2 实验项目列表 序号实验项目名称学时成绩 1 CC2530 LED 组件实验 2 2 CC2530 定时器组件实验 2 3 CC2530 串口调试组件实验 2 4 节点接收信号强度 (RSSI) 实验 2 5 节点发射功率设置实验 2 6 AD 传感器采集实验 2 7 点对点通信实验 2 8 ATOS 静态路由实验 2 2

3 无线网络通信 报告填写要求一 每一个实验项目均须提交一份报告, 此报告包含实验预习 实验过程和结果分析等, 批改后下发的实验报告请保存起来, 期末上交 二 实验报告内容 : 1. 实验目的 : 明确实验的内容和具体任务, 并明确为什么要做这个实验, 可以验证哪些理论 ; 2. 实验仪器 : 记录主要仪器的名称 型号 ; 3. 实验原理 : 实验内容的简要原理 图表 公式 计算 ( 详细计算过程和结果 ) 等, 分析实验可能出现的结果 ; 4. 实验内容和结果记录 : 实验参数 操作步骤 操作规范和操作注意事项等 ; 5. 实验结果记录 : 准确无误地记录原始数据, 科学 合理地设计原始数据和实验条件的记录表格 ; 6. 实验分析和小结 : 对自己得出的结果进行具体结果分析, 并针对实验内容 教学方法 考核方法等提出需要解决的问题, 提出改进办法与建议 避免抽象地罗列 笼统地讨论 ; 讨论 建议 质疑 : 7. 全部文字叙述内容要求简明扼要, 思路清楚 ; 8. 用直尺绘制芯片图, 做到整洁美观 ; 并填写清楚实验日期 实验台 同组员姓名 三 要求实验报告字迹工整 文字简练 数据齐全 图表规范, 分析充分 具体 对于抄袭实验报告和编篡原始数据的行为, 一经发现, 以零分处理, 并根据相关条例给予处分 3

4 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验一 CC2530 LED 组件实验 一 实验目的 1. 掌握 CC2530 芯片 LED 对应的 GPIO 引脚, 并且熟练掌握 LED 组件的使用 二 实验仪器 1. 实验箱中的基站, 烧录线一根 三 实验内容 1. 熟悉 ATOS 实验平台, 熟悉开发板的硬件环境 2. 安装必要的开发软件, 熟悉开发软件环境 3. 通过 LED 灯的组件实验, 熟悉平台的开发流程 四 实验原理 目前节点上有红 蓝 黄 3 个 LED 灯, 其中, 红灯是工作指示灯, 蓝灯和黄灯主要用于程序调试 现在对 LED 灯的操作有三种 : 点亮 关闭 闪烁 ( 由亮变暗或者由暗变亮 ), 相对应的命令分别为 : LED_BLUE_ON LED_BLUE_OFF LED_BLUE_TOGGLE LED_YELLOW_ON LED_YELLOW_OFF LED_YELLOW_TOGGLE 在 CC2530 芯片中蓝灯对应 P1.2, 黄灯对应 P1.3, 对 P1.2 的操作会反映在蓝灯上, 将 P1.2 置高, 蓝灯就会亮, 否则蓝灯就会灭掉 下面是 CC2530 中 LED 部分的原理图 五 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关, 同时将基站的烧录开关拨上去 4

5 2. 打开 Cygwin 开发环境 3. 在 Cygwin 界面中执行 cd apps/demos/basic/led, 进入到 LED 实验目录下 4. 在 LED 实验目录下执行 make antc5 install 进行编译和烧录 5. 可以看到实验现象为黄灯和蓝灯交替闪烁 六 实验参考程序 /** LED 示例程序的实现模块, 简单的点亮 3 个 LED 灯 */ module LedM uses interface Boot; implementation /** LED 灯演示 task void DemoLed() /** 目前节点上提供两个 LED 灯 LED_BLUE -> 蓝灯 LED_YELLOW -> 黄灯 int i,j; while(1) for(i=0;i<1000;i++) for(j=0;j<500;j++); LED_BLUE_OFF; /* 熄灭蓝色 LED 灯 */ LED_YELLOW_ON; /* 点亮黄色 LED 灯 */ for(i=0;i<1000;i++) for(j=0;j<500;j++); LED_BLUE_ON; /* 熄灭蓝色 LED 灯 */ LED_YELLOW_OFF; /* 点亮黄色 LED 灯 */ /** 启动事件处理函数, 在 LED.nc 已经关联到 MainC.Boot 接口系统启动后会调用此函数 event void Boot.booted() post DemoLed(); 七 思考和小结 (1) 怎样修改让黄灯一直灭, 蓝灯一直交替闪烁? 请写出部分修改的代码 5

6 (2) 解释程序代码中各个组件的作用 6

7 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验二 CC2530 定时器组件实验 一 实验目的 1. 了解 CC2530 芯片的定时器 2. 学会使用 CC2530 芯片的定时器二 实验仪器 1. 实验箱中的基站, 烧录线一根 三 实验原理 CC2530 芯片包含四个定时器 (Timer1 Timer2 Timer3 Timer4) 和一个休眠定时器 (Sleep Timer) Timer1 是 16 位的定时器, 支持典型的定时 / 计数功能以及 PWM 功能, 该定时器共有三个捕捉 / 比较通道, 每个通道使用一个单独的 I/O 引脚 Timer1 的时钟频率是由系统时钟分频得到, 首先由寄存器中的 CLKON.TICKSPD 分频, 系统时钟是 32MHz 的情况下,CLKON.TICKSPD 可以将该时钟频率分频到 32MHz(TICKSPD 为 000) 16MHz(TICKSPD 为 001) 8MHz(TICKSPD 为 010) 4MHz(TICKSPD 为 011) 2MHz(TICKSPD 为 100) 1MHz(TICKSPD 为 101) 0.5MHz(TICKSPD 为 110) 0.25MHz(TICKSPD 为 111); 分频后的时钟频率可以被 T1CTL.DIV 分频, 分频数为 因此, 在 32MHz 的系统频率下,Timer1 的最小时钟频率为 Hz, 最大时钟频率为 32MHz 详见 CC2530.pdf 第 99 页 Timer2 主要用于为 标准中的 CSMA/CA 算法提供定时 该定时器即使在节点处于低功耗状态下仍然运行 Timer3 和 Timer4 是两个 8 位的定时器, 主要用于提供定时 / 计数功能 Sleep Timer 主要将节点从超低功耗工作状态唤醒 TinyOS 系统下, 定时器组件一般为通用组件 (generic components), 通用组件类似于 C++ 中的类, 可以通过 new 来实例化最多 255 个定时器, 类似于类实例化的对象 在 Antc5 下, 定时器通用组件为 TimerMilliC, 是 Timer1 提供的, 此外,Timer1 还提供了 Alarm32khzC 等组件 定时器向上层提供的接口分为 Timer 和 Alarm 两种, 使用 Timer 接口需要指定定时器的精度, 分为 TMilli( 毫秒 ) T32kHz(32KHz) TMicro( 微秒 ) 三种 ; 使用 Alarm 接口既要指定定时精度, 还要指定

8 定时器的位宽 四 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关, 同时将基站的烧录开关拨上去 2. 打开 Cygwin 开发环境 3. 在 Cygwin 界面中执行 cd apps/demos/basic/ Timer, 进入到定时器实验目录下 4. 在定时器代码目录下执行 make antc5 install, 进行编译和烧录 5. 实验现象为蓝灯 1 秒闪一次, 黄灯 3 秒闪一次 五 实验参考程序 #define DBG_LEV 5 module TimerLedM uses interface Boot; /* Timer 为系统接口 TMilli 指明了定时器的精度为毫秒 */ uses interface Timer<TMilli> as Timer1; /* as 关键字为接口别名 */ uses interface Timer<TMilli> as Timer2; implementation /** 任务 : 切换黄色 LED 灯 */ task void ToggleLedYellow() LED_YELLOW_TOGGLE; /** 启动事件处理函数, 在 TimerLed.nc 已经关联到 MainC.Boot 接口系统启动后会调用此函数 */ event void Boot.booted() /** 定时器 1: 持续工作, 每隔 1s 触发一次 */ call Timer1.startPeriodic(1000); /** 定时器 2: 持续工作, 每隔 3s 触发一次 */ call Timer2.startPeriodic(3000); /** 定时器 1 的事件处理函数 */ event void Timer1.fired() /** 事件处理中直接切换蓝色 LED 灯 */ ADBG(5, "led blue toggle.\r\n"); LED_BLUE_TOGGLE; 8

9 /** 定时器 2 的事件处理函数 */ event void Timer2.fired() ADBG(5, "led yellow toggle.\r\n"); post ToggleLedYellow(); 六 思考和小结 1. 怎么样通过定时器让蓝色等闪烁, 并且闪烁三次后停止闪烁 9

10 (2) 解释程序代码中各个组件的作用, 解释程序代码中 call, event, task 等关键词的作用 10

11 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验三 CC2530 串口调试组件实验 一 实验目的 1. 该实验主要是介绍串口调试的方式 本实验通过一个简单的例子让读者学会串口调试编写的代码 二 实验仪器 1. 实验箱中的基站 2. 烧录线一根 3. 平行串口线一根三 实验原理 串口调试的语句格式为, ADBG( x, args ), 其中 x 为调试级别 我们在 Makefile 中定义一个默认级别, 在写代码的时候只有 x 不小于 Makefile 中定义的默认级别时, 该语句才能被输出到串口,args 为打印的内容, 具体的格式和 c 语言中 printf 相同 ADBG(.) 语句实际上是通过 CC2530 的串口 Uart0 输出打印语句的 三 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关, 同时将基站的烧录开关拨上去 2. 用串口线将基站和 PC 机器连接起来 3. 打开串口助手 ( 串口助手在光盘中的目录为 $( 光盘目录 )\ 辅助工具 \ 串口助手 ) 其中串口号要根据自己的情况选择, 点击 打开串口 4. 打开 Cygwin 开发环境 5. 在 Cygwin 界面中执行 cd apps/demos/basic/ SerialDebug, 进入到串口调试实验目录下 6. 在串口调试代码目录下执行 make antc5 install, 进行编译和烧录 7. 烧录成功后, 实验现象为串口有内容输出 五 实验参考程序 /**

12 */ /* 定义调试级别, 参加 Makefile 的 ADBG_LEVEL 定义, 设置大于等于 ADBG_LEVEL */ #define DBG_LEV 3000 module SerialDebugM uses interface Boot; implementation /** 任务 : 通过串口打印信息来调试 */ task void DebugSerial() uint8_t num1 = 0x39; uint32_t num2 = 0x ; float float1 = ; /** ADBG, 格式类似于 printf, 第一个参数为调试等级, 可以参见 tos/lib/common/antdebug.h */ /** 打印字符和字符串 */ ADBG(DBG_LEV, "\r\n\r\ndemo of Serial Debug\r\n", 'x'); ADBG(DBG_LEV, "1. This is a string, and this is char '%c'\r\n", 'x'); /** 打印 8 位的数字 */ ADBG(DBG_LEV, "2. NUM1: HEX=0x%x, DEC=%d\r\n", (int)(num1), (int)(num1)); /** 打印 32 位数字 */ ADBG(DBG_LEV, "2. NUM2: HEX=0x%lx, DEC=%ld\r\n", (uint32_t)(num2), (uint32_t)(num2)); /** 打印浮点数 */ ADBG(DBG_LEV, "3. FLOAT: %f\r\n", float1); /** 启动事件处理函数, 在 SerialDebug.nc 已经关联到 MainC.Boot 接口系统启动后会调用此函数 */ event void Boot.booted() post DebugSerial(); 六 思考和小结 1. 实验成功后, 串口输出的实验结果 12

13 2. 波特率的设置与作用 3. 通过级别控制, 使得某些调试语句没有被输出到串口 13

14 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验四节点接收信号强度 (RSSI) 实验 一 实验目的 RSSI 指接收信号的强度, 在无线定位 无线测距方面有广泛的应用 本实验通过点对点或者一点对多点通信测定 RSSI 的值, 通过该实验希望读者知道 RSSI 值的获取方法, 同时使读者能够更加熟练地使用 ATOS 平台下的底层协议栈 二 实验仪器 1. 带有 CC2530 芯片的基站一个 2. 基本节点一个 3. 天线两个 4. 烧录线一根 5. 平行串口线一根三 实验原理 RSSI 即 Received Signal Strength Indication,CC2530 芯片中有专门读取 RSSI 值的寄存器, 当数据包接收后,CC2530 芯片中的协处理器将该数据包的 RSSI 值写入寄存器 RSS 值和接收信号功率的换算关系如下 : P = RSSI_VAL + RSSI_OFFSET [dbm] 其中,RSSI_OFFSET 是经验值, 一般取 -45, 在收发节点距离固定的情况下,RSSI 值随发射功率线性增长 四 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关 2. 用串口线将基站和 PC 机器连接起来 3. 打开串口助手 4. 打开 Cygwin 开发环境 5. 在 Cygwin 开发环境中执行 cd /opt/atos/apps/demos/rfdemos/2_rssisample

15 6. 在 RSSI 实验目录下执行 make antc5 install GRP=01 NID=01, 进行软件的编译和烧录 7. 烧录成功后, 将基站的烧录开关拨下去, 将节点对应的烧录开关拨上去, 然后打开节点的开关 8. 执行 make antc5 reinstall GRP=01 NID=02 9. 重启基站, 请将串口助手中看到的内容填写出来 10. 打开刚刚烧录的节点, 串口有如下输出 请将输出结果填写出来 五 实验参考程序 #include "RfMessage.h" #define DBG_LEV 1000 module RSSISampleM uses interface Boot; interface Timer<TMilli>; interface AMSend; interface Receive; interface Packet; interface AMPacket; interface AtosControl; implementation message_t msg; uint16_t count = 0; task void sendtask() uint16_t* packet = (uint16_t*)call Packet.getPayload(&msg, NULL); 15

16 packet[0] = count++; ADBG(DBG_LEV, "\r\n\r\n* Sending... from[%d], to [%d], len = [%d]\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(1), ADBG_N(sizeof(uint16_t)) ); call AMSend.send(1, &msg, sizeof(uint16_t)); LED_BLUE_TOGGLE; event void Boot.booted() /* 开启射频 */ call AtosControl.start(); LED_YELLOW_OFF; LED_BLUE_OFF; ADBG(DBG_LEV, "\r\n###############################################\r\n"); ADBG(DBG_LEV, " [RSSISAMPLE DEMO] My Address = 0x%x, Group = 0x%x\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(TOS_IEEE_PANID)); ADBG(DBG_LEV, "###############################################\r\n"); if(call AMPacket.address() == 1) ADBG(DBG_LEV, "\r\n* Prepare to Receive:\r\n"); else call Timer.startPeriodic(2000); ADBG(DBG_LEV, "\r\n* Prepare to Send:\r\n"); event void Timer.fired() /* 定时器定时完成, 准备发送数据 */ post sendtask(); /* 发送完处理 */ event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t success) ADBG(DBG_LEV, "* Sent%s!\r\n", (success == SUCCESS)? "OK" : "FAIL"); /* 射频接收数据 */ event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len) int rssi = RF_MSG_GET_RSSI(msg); 16

17 ADBG(DBG_LEV, "\r\n*receive, len = [%d], RSSI:[%d]", ADBG_N(len), ADBG_N(rssi) ); LED_YELLOW_TOGGLE; 六 思考和小结 1. 烧录基站的时候节点号一定要为 1, 如果改为其它数字是否可行 2. 解释程序代码中各个接口的作用 interface Boot; interface Timer<TMilli>; interface AMSend; interface Receive; interface Packet; interface AMPacket; interface AtosControl; 17

18 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验五节点发射功率设置实验 一 实验目的 1. 了解 CC2530 芯片的 8 个输出功率等级, 掌握节点输出功率的设置方法 二 实验仪器 1. 带有 CC2530 芯片的基站一个 2. 基本节点一个 3. 天线两个 4. 烧录线一根 5. 平行串口线一根三 实验原理 CC2530 芯片支持 8 个等级的发射功率, 不同功率等级发射的最远距离不一样, 但是不是线性变化的 该实验就是改变 CC2530 芯片的发射功率寄存器的数值来改变发射功率 可以由 RF 寄存器 TXCTRLL PA_LEVEL 控制

19 四 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关 2. 用串口线将基站和 PC 机器连接起来 3. 打开串口助手 4. 打开 Cygwin 开发环境 5. 在 Cygwin 开发环境中执行 cd /opt/atos/apps/demos/rfdemos/3_settransmitpower/ 6. 在功率设置实验目录下执行 make antc5 install GRP=01 NID=02, 进行软件的编译和烧录 7. 烧录成功后, 将基站的烧录开关拨下去, 将节点对应的烧录开关拨上去, 然后打开节点的开关 8. 执行 make antc5 reinstall GRP=01 NID=01 9. 重启基站, 在串口助手中有如下的内容, 请将内容填写出来 10. 打开节点的开关, 按照上面的提示进行操作 在上面的界面中, 按 Y 后会显示功率列表提供选择, 根据自己的选择进行功率设置, 在设置完成后程序会自动给节点号为 1 的节点发送射频数据, 请将结果填写出来 19

20 五 实验参考程序 #include "cc2530rf.h" #define DBG_LEV 1000 module SetTransmitPowerM uses interface Boot; interface StdControl as UartStdControl; interface UartStream; interface AMSend; interface Receive; interface Packet; interface AMPacket; interface AtosControl; implementation enum INPUT_CHOICE = 0, INPUT_PA_LEVEL = 1, ; enum PA_LEVEL_16 = 16, PA_LEVEL_15 = 15, PA_LEVEL_14 = 14, PA_LEVEL_13 = 13, PA_LEVEL_12 = 12, PA_LEVEL_11 = 11, PA_LEVEL_10 = 10, PA_LEVEL_9 = 9, PA_LEVEL_8 = 8, PA_LEVEL_7 = 7, PA_LEVEL_6 = 6, PA_LEVEL_5 = 5, PA_LEVEL_4 = 4, PA_LEVEL_3 = 3, PA_LEVEL_2 = 2, PA_LEVEL_1 = 1, ; 20

21 message_t msg; uint16_t count = 0; uint8_t m_input_type = 0; bool choice = FALSE; bool power_input = FALSE; uint8_t m_power_index = 0; uint8_t trans_power = 0; task void senddata(); /* 显示菜单 */ task void showmenu() if(m_input_type == INPUT_PA_LEVEL) /* 等待输入功率值 */ ADBG(DBG_LEV, "\r\n###################################\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "\r\n*[1] PA_LEVEL_1\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[2] PA_LEVEL_2\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[3] PA_LEVEL_3\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[4] PA_LEVEL_4\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[5] PA_LEVEL_5\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[6] PA_LEVEL_6\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[7] PA_LEVEL_7\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[8] PA_LEVEL_8\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[9] PA_LEVEL_9\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[10] PA_LEVEL_10\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[11] PA_LEVEL_11\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[12] PA_LEVEL_12\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[13] PA_LEVEL_13\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[14] PA_LEVEL_14\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[15] PA_LEVEL_15\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "*[16] PA_LEVEL_16\r\n"); ADBG(DBG_LEV, "\r\n###################################\r\nselect:\r\n"); power_input = FALSE; else /* 选择是否改变功率 */ ADBG(DBG_LEV, "\r\n#########################################################\r\n* MY nodeid = 0x%x, GROUP = 0x%x, Current PA_LEVEL = %d, set PA_LEVEL?(Y/N)\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(TOS_IEEE_PANID), ADBG_N(m_power_index) ); m_input_type = INPUT_CHOICE; choice = FALSE; 21

22 task void setpower() atomic MAC_RADIO_SET_TX_POWER(trans_power); ADBG(DBG_LEV, "\r\n**set Power %d!\r\n", (int)trans_power); post senddata(); task void senddata() uint8_t i; uint8_t* payload = call Packet.getPayload(&msg, NULL); uint16_t address = call AMPacket.address(); uint16_t dest_address = 1; count++; payload[0] = count; payload[1] = count >> 8; ADBG( DBG_LEV, "\r\n\r\n* Sending... from [%d], to [%d], len=[%d]\r\n", ADBG_N(address), ADBG_N(dest_address), ADBG_N(sizeof(count)) ); call AMSend.send(0x01, &msg, sizeof(count)); LED_BLUE_TOGGLE; /* 发送完处理 */ event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t success) ADBG(DBG_LEV, "* Sent%s!\r\n", (success == SUCCESS)? "OK" : "FAIL"); m_input_type = INPUT_CHOICE; post showmenu(); /* 从串口接收数 */ async event void UartStream.receivedByte(uint8_t c) if(c!= '\r') if(m_input_type == INPUT_CHOICE) /* 输入选择 */ ADBG(DBG_LEV, "%c", c); if(c == 'Y' c == 'y') 22

23 choice = TRUE; return; else if(c == 'N' c== 'n') post senddata(); return; else ADBG(DBG_LEV, "\r\n invalid input!!\r\n"); post showmenu(); return; else /* 输入功率等级 */ ADBG(DBG_LEV, "%c", c); if(c >= '1' && c <= 'F' && power_input!= TRUE) m_power_index = (uint8_t)( c - '0'); trans_power = ((m_power_index - 1) << 4) + 5; power_input = TRUE; return; else ADBG(DBG_LEV, "\r\n invalid input!!\r\n"); post showmenu(); return; if(m_input_type == INPUT_PA_LEVEL ) if( power_input == TRUE) post setpower(); else if(choice ==TRUE) 23

24 m_input_type = INPUT_PA_LEVEL; post showmenu(); /* 节点启动 */ event void Boot.booted() /* 开启射频 */ call AtosControl.start(); /* 开启串口通信 */ call UartStdControl.start(); LED_YELLOW_OFF; LED_BLUE_OFF; ADBG(DBG_LEV, "\r\n#####################################################\r\n"); ADBG(DBG_LEV, " [SETTXPOWER DEMO] My Address = 0x%x, Group = 0x%x\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(TOS_IEEE_PANID)); ADBG(DBG_LEV, "#####################################################\r\n"); m_input_type = INPUT_CHOICE; if(call AMPacket.address()!=1) post showmenu(); /** 实现接口 UartStream 接口中的事件 */ async event void UartStream.sendDone(uint8_t* buf, uint16_t len, error_t error) async event void UartStream.receiveDone(uint8_t* buf, uint16_t len, error_t error) /* 射频接收数据 */ event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len) uint8_t i; ADBG(DBG_LEV, "\r\n*receive, len = [%d]\r\n", ADBG_N(len)); LED_YELLOW_TOGGLE; m_input_type = INPUT_CHOICE; //post showmenu(); 24

25 六 思考和小结 1. 实验中基站的节点号是多少, 基本节点的节点号是多少 2. 解释实验中的如下代码 (1)call AMPacket.address(); (2)payload[0] = count; payload[1] = count >> 8; 25

26 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验六 AD 传感器采集实验 一 实验目的 了解 AD 传感器采集的过程, 掌握针对一个 AD 传感器进行传感器数据采集的过程 二 实验仪器 1. 带有 CC2530 芯片的基站一个 2. 烧录线一根 3. 光传感器一个 4. 光传感器三 实验原理 A/D 转换器 (Analog-to-Digital Converter) 又叫模 / 数转换器, 即是将模拟信号 ( 电压或是电流的形式 ) 转换成数字信号 这种数字信号可让仪表, 计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用 A/D 转换器 (ADC) 的型式有很多种, 方式的不同会影响测量后的精准度 A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量 由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同, 因此生产出种类繁多的 A/D 转换芯片 A/D 转换器按分辨率分为 4 位 6 位 8 位 10 位 14 位 16 位和 BCD 码的 31/2 位 51/2 位等 按照转换速度可分为超高速 ( 转换时间 =330ns), 次超高速 (330~3.3μS), 高速 ( 转换时间 3.3~333μS), 低速 ( 转换时间 >330μS) 等 A/D 转换器按照转换原理可分为直接 A/D 转换器和间接 A/D 转换器 所谓直接 A/D 转换器, 是把模拟信号直接转换成数字信号, 如逐次逼近型, 并联比较型等 其中逐次逼近型 A/D 转换器, 易于用集成工艺实现, 且能达到较高的分辨率和速度, 故目前集成化 A/D 芯片采用逐次逼近型者多 ; 间接 A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量, 然后再转换成数字量, 如电压 / 时间转换型 ( 积分型 ), 电压 / 频率转换型, 电压 / 脉宽转换型等 其中积分型 A/D 转换器电路简单, 抗干扰能力强, 切能作到高分辨率, 但转换速度较慢 有些转换器还将多路开关 基准电压源 时钟电路 译码器和转换电路集成在一个芯片内, 已超出了单纯 A/D 转换功能, 使用十分方便 26

27 ADC 经常用于通讯 数字相机 仪器和测量以及计算机系统中, 可方便数字讯号处理和信息的储存 大多数情况下,ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上, 但部份设备仍需使用独立的 ADC 行动电话是数字芯片中整合 ADC 功能的例子, 而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的 ADC 以提供最佳性能 ADC 具备一些特性, 包括 : 模拟输入, 可以是单信道或多信道模拟输入 ; 参考输入电压, 该电压可由外部提供, 也可以在 ADC 内部产生 ; 频率输入, 通常由外部提供, 用于确定 ADC 的转换速率 ; 电源输入, 通常有模拟和数字电源接脚 ; 数字输出,ADC 可以提供平行或串行的数字输出 四 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关 2. 用串口线将基站和 PC 机器连接起来 3. 打开串口助手 4. 打开 Cygwin 开发环境 5. 在 Cygwin 开发环境中执行 /opt/atos/apps/demos/ sensor/digitalsensor/ 6. 在该目录下执行 make antc5 install, 进行软件的编译和烧录 7. 烧录完成后, 将温湿度传感器插在基站的旁边的插槽 8. 重启基站, 看串口输出, 请将结果填写下来 五 实验参考程序 #define DBG_LEV 9 module DigitalSensorP uses interface Boot; interface SHT; interface Timer<TMilli> as SensorTimer; 27

28 implementation uint8_t m_len; task void sensortask() call SHT.read(); event void Boot.booted() ADBG(DBG_LEV, "##############Boot.booted###################\n"); call SensorTimer.startPeriodic(3000); event void SensorTimer.fired() post sensortask(); event void SHT.readDone(error_t result, uint16_t temperature, uint16_t humidity) float temp,hum; ADBG(DBG_LEV, "\n\ntemperature Data = %04x\n", temperature); ADBG(DBG_LEV, "humidity Data = %04x\n", humidity); call SHT.calcRealValue(&temp, &hum, temperature, humidity); ADBG(DBG_LEV, "temp = %f\n", temp); ADBG(DBG_LEV, "hum = %f\n", hum); 六 思考和小结 1. 请画出实验中程序的流程图 28

29 2. 根据以上实验设计一个温度报警系统, 当温度大于某个值的时候, 对应的指示灯会亮, 温度正常时候, 对应指示灯灭 列写主要程序代码, 并在试验箱上面验证结果 29

30 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验七 点对点通信实验 一 实验目的 1. 了解节点对点通信过程 2. 学会 ATOS 平台通讯模块 (ActiveMessage) 的使用二 实验仪器 1. 带有 CC2530 芯片的基站一个 2. 基本节点一个 3. 天线两个 4. 烧录线一根 5. 平行串口线一根三 实验原理 本实验使用 TinyOS 中的活动消息 (PlatformMacC) 模型实现点对点通信, 活动模型组件 PlatformMacC 包含了网络协议中路由层以下的部分 在 ATOS 平台下,PlatformMacC 包含的主要功能有 :CSMA/CA 链路层重发 重复包判断等机制 其中,CSMA/CA 机制使节点在发送数据之前, 首先去侦听信道状况, 只有在信道空闲的情况下才发送数据, 从而避免了数据碰撞, 保证了节点间数据稳定传输 ; 链路层重发机制是当节点数据发送失败时, 链路层会重发, 直到发送成功或重发次数到达设定的阈值为止, 提高了数据成功到达率 ; 重复包判断机制是节点根据发送数据包的源节点地址及数据包中的 dsn 域判断该包是不是重复包, 如果是重复包, 则不处理, 防止节点收到同一个数据包的多个拷贝 PlatformMacC 向上层提供的接口有 AMSend Receive AMPacket Packet Snoop 等 AMSend 接口实现数据的发送,Receive 接口实现数据的接收,Snoop 是接收发往其它节点的数据,AMPacket 接口用于设置和提取数据包的源节点地址 目的地址等信息,Packet 接口主要是得到数据包的有效数据长度 (payload length) 最大有数据长度 有效数据的起始地址等 AMSend Receive Snoop 都是参数化接口, 参数为一个 8 位的 id 号, 类似于 TCP/IP 协议中的端口号 两个节点通信时, 发送节点使用的 AMSend 接口的参数 id 必须与接收节点的 Receive 接口的参数 id 一致

31 在 TinyOS 操作系统下, 所有的数据包都封装到一个叫 message_t 的结构体中 message_t 结构体包含 四个部分 :header data footer metadata 四个部分 其中 header 中包含了数据包长度 fcf dsn 源 地址 目的地址等信息 ;metadata 包含了 rssi 等信息, 详见 cc2420.h Message.h platform_message.h 其中,metadata 部分不需要通过射频发送出去, 只是在发送前和接收后提取或写入相应的域 四 实验步骤 1. 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关, 将基站的烧录开关拨上去 2. 用串口线将基站和 PC 机器连接起来 3. 打开串口助手 4. 打开 Cygwin 开发环境 5. 在 Cygwin 开发环境中执行 /opt/atos/apps/demos/rfdemos/1_p2p 6. 在点对点通讯目录下执行 make antc5 install GRP=01 NID=01, 进行软件的编译和烧录,(GRP=01 NID=01 的意思是将当前的点烧录为第一组, 第一号 ) 7. 烧录成功后, 将基站的烧录开关拨下去, 将节点对应的烧录开关拨上去, 然后打开节点的开关 8. 执行 make antc5 reinstall GRP=01 NID=02 9. 重启基站, 在串口助手中有如下的内容, 请将结果填写下来 10. 打开刚刚烧录的节点的开关 11. 在串口助手中根据提示输入对应的操作内容 12. 当节点和基站通讯成功的情况如下图, 请将结果填写下来 31

32 五 实验参考程序 #define DBG_LEV 1000 module P2PM uses interface Boot; interface AtosControl; interface StdControl as UartStdControl; interface UartStream; interface AMSend; interface Receive; interface AMPacket; interface Packet; implementation enum MAX_ADDRESS_LEN = 5, INPUT_ADDRESS = 0, 32

33 INPUT_DATA = 1, ; message_t m_msg; uint8_t m_len = 0; char m_address_str[max_address_len] = 0; uint8_t m_address_index = 0; uint8_t m_input_type = 0; /* 显示菜单 */ task void showmenu() if( m_input_type == INPUT_DATA) /* 等待输入欲发送的数据 */ ADBG_APP( "\r\n* To Send:\r\n"); else /* 等待输入欲发送的地址 */ ADBG_APP( "\r\n###################################################\r\n* MY NodeId = 0x%x, Group=0x%x, destination?\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(TOS_IEEE_PANID) ); m_input_type = INPUT_ADDRESS; m_address_index = 0; /* 将从串口输入的地址字符串转化为真实地址 */ uint16_t getdestaddress() uint16_t address = 0; uint8_t i = 0; if(m_address_index > MAX_ADDRESS_LEN) m_address_index = MAX_ADDRESS_LEN -1; for ( i=0; i < m_address_index; ++i) uint8_t digital = m_address_str[i]; if(digital >= 'A' && digital <= 'F') digital = digital - 'A' + 10; else if(digital >= 'a' && digital <= 'f') digital = digital - 'a' + 10; 33

34 else if(digital >= '0' && digital <= '9') digital = digital - '0'; address = address*16 +digital; return address; /* 发送数据 */ task void senddata() uint8_t i; uint8_t* payload = call Packet.getPayload(&m_msg, NULL); uint16_t address = call AMPacket.address(); uint16_t dest_address = getdestaddress(); ADBG_APP( "\r\n\r\n* Sending... from [%d], to [%d], len=[%d]\r\n", ADBG_N(address), ADBG_N(dest_address), ADBG_N(m_len) ); call AMSend.send(dest_address, &m_msg, m_len); //LED_BLUE_TOGGLE; /* 发送完处理 */ event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t result) //ADBG_APP( "send done\n"); ADBG_APP( "* Sent%s!\r\n", (result == SUCCESS)? "OK" : "FAIL"); if (result == SUCCESS) LED_BLUE_TOGGLE; else LED_YELLOW_TOGGLE; m_len = 0; m_input_type = INPUT_ADDRESS; post showmenu(); /* 节点启动完毕 */ event void Boot.booted() 34

35 /* 开启射频 */ call AtosControl.start(); /* 开启串口通信 */ call UartStdControl.start(); LED_YELLOW_OFF; LED_BLUE_OFF; ADBG_APP( "\r\n###############################################\r\n"); ADBG_APP( " [P2PDEMO] My Address = 0x%x, Group = 0x%x\r\n", ADBG_N(call AMPacket.address()), ADBG_N(TOS_IEEE_PANID)); ADBG_APP( "###############################################\r\n"); m_input_type = INPUT_ADDRESS; post showmenu(); /* 从串口接收数据 */ async event void UartStream.receivedByte(uint8_t c) if(c!= '\r') if (m_input_type == INPUT_DATA) /* 输入数据 */ uint8_t* payload = (uint8_t*)call Packet.getPayload(&m_msg, NULL); if(m_len >= call Packet.maxPayloadLength()) return; payload[m_len++] = c; ADBG_APP( "%c", c); if(m_len < call Packet.maxPayloadLength()) return; else /* 输入地址 */ if(m_address_index < MAX_ADDRESS_LEN) m_address_str[m_address_index++] = c; ADBG_APP( "%c", c); if(m_address_index < MAX_ADDRESS_LEN) return; 35

36 /* 按下回车键或者到达最大长度, 则处理 */ if(m_input_type == INPUT_DATA) post senddata(); else /* 地址处理完毕, 准备输入数据 */ m_input_type = INPUT_DATA; post showmenu(); /** 实现接口 UartStream 接口中的事件 */ async event void UartStream.sendDone(uint8_t* buf, uint16_t len, error_t error) async event void UartStream.receiveDone(uint8_t* buf, uint16_t len, error_t error) /* 射频接收数据 */ event message_t* Receive.receive(message_t* msg, void* payload, uint8_t len) uint8_t i; ADBG_APP( "\r\n*receive, len = [%d], DATA:\r\n", ADBG_N(len)); for(i=0; i < len; i++) ADBG_APP( "%c", ((uint8_t*)payload)[i]); ADBG_APP( "\r\n"); LED_YELLOW_TOGGLE; m_input_type = INPUT_ADDRESS; 六 思考和小结 1. 完成一个点对点的传输, 让基站给单独节点发送一个命令, 节点在接收到命令后将自己的蓝灯 状态改变 36

37 37

38 福建师范大学协和学院 无线网络通信 实验报告 实验日期 : 年 月 日 学号 : 姓名 : 实验台 : 组员姓名 : 实验成绩 : 实验八 ATOS 静态路由实验 一 实验目的 1. 深刻掌握静态路由的概念, 能够在 ATOS 平台上自己通过平台的静态路由完成数据的发送 二 实验仪器 1. 带有 CC2530 芯片的基站两个 2. 基本节点三个 3. 天线五个 4. 光传感器三个 5. 烧录线一根 6. 平行串口线两根三 实验原理 该平台中的静态路由就是指某个节点根据自己保存的下一跳的节点信息来发送数据 在不对保存的下一跳节点信息编辑的情况下, 每个节点的下一跳的是固定的 当某个节点有数据要发送的时候, 它会从保存的路由信息中选择第一个节点尝试发送, 如果没有发送成功, 它会遍历路由表直到发送成功为止 在该实验中方便对路由的控制, 我们提供了路由修改工具 通过这个工具可以随便修改每个节点的路由信息 让每个节点的路由可以根据自己的要求修改 所以在这个实验中有三个部分 第一个部分为路由控制端, 这个部分是通过基站和 PC 相连, 通过它可以编辑周围基本节点的路由信息 ; 第二个部分为基本节点, 这个部分可以接受路由控制端发送的路由编辑信息, 并且按照信息更新路由信息, 同时这个部分还完成数据采集和发送的功能 ; 第三个部分为汇聚节点端, 这个部分主要负责接收基本节点的数据, 并且将数据通过串口给上位机, 通过上位机表现出来 四 实验步骤 1) 将基站同电脑用烧录线连接好, 打开基站的开关 2) 打开 Cygwin 开发环境在 Cygwin 开发环境中执行 cd /opt/atos/apps/atosenet/antprofileroutebase/ 3) 在静态路由基站端实验目录下面执行 make antc5 install GRP=01 NID=01

39 4) 烧录成功后, 将基站的烧录开关拨下去, 将节点对应的烧录开关拨上去, 然后打开节点的开关 5) 在 Cygwin 开发环境中执行 cd /opt/atos/apps/atosenet/antprofileroute 6) 在静态路由节点实验目录下面执行 make antc5 ASO=LIGHT TYPE=3 install GRP=01 NID=02 PID=01 7) 再将剩下的两个基本节点也烧录同样的节点程序, 并且要保证 NID 不一样 8) 首先将刚刚烧录好的节点的电源关闭, 然后将控制模块端的电源打开, 并且将控制模块同电脑用串口连接好 9) 选择应用程序 ATOS 物联网综合平台, 运行的界面如下图所示 10) 点击 ATOS 物联网综合平台上的数据采集中心即可 11) 点击即时监控 12) 点击实时图表 3 号节点实时图表 13) 点击拓扑结构, 请将看到的拓扑结果画出来 14) 选择正确的串口号, 点击运行图标, 可以在光监控的软件中看到刚刚编辑的路由的效果,3 4 号的下一跳是 2,2 的下一跳是基站 39

40 五 实验参考程序 #include "AtosRoute.h" #define DBG_LEV 100 module ANTProfileRouteP uses interface Boot; interface AtosControl as AtosNetControl; interface AMPacket; interface Packet; interface PacketEx; interface AtoSensorCollection; interface AMSend; interface Timer<TMilli> as SensorTimer; interface StdControl as SystemHeartControl; implementation message_t m_sensor_msg; uint8_t m_sensor_length = 0; uint8_t* p_sensor_payload; uint sensor_retry = 0; bool m_sensoring = FALSE; task void enablesensor() call SensorTimer.startPeriodic(CONFIG_SENSOR_RATE); task void disablesensor() call SensorTimer.stop(); task void sensordatatask() error_t result; result = call AtoSensorCollection.startSensor(p_sensor_payload); if(result!= SUCCESS) if (sensor_retry++ < 3) post sensordatatask(); else 40

41 atomic m_sensoring = FALSE; event void Boot.booted() uint8_t *data_header; ADBG(DBG_LEV, "\r\n============ Boot.booted ==========\r\n"); /* Enable system monitor... */ //call SystemHeartControl.start(); /* route header */ data_header = (uint8_t *)call Packet.getPayload(&m_sensor_msg, NULL); data_header[0] = ANT_NODE_TYPE; /* sensor payload */ p_sensor_payload = data_header + 1; call AtosNetControl.start(); post enablesensor(); event void SensorTimer.fired() ADBG(DBG_LEV, "\n\n====== SensorTimer fired %d======\r\n", (int)m_sensoring); atomic if (m_sensoring) return; m_sensoring = TRUE; sensor_retry = 0; post sensordatatask(); task void sendmsgtask() uint8_t i; LED_BLUE_TOGGLE; ADBG1(DBG_LEV, "\nsensor payload:"); for (i=0; i < m_sensor_length; ++i) ADBG(DBG_LEV, "%02x ", (int)p_sensor_payload[i]); // add sesor type if (call AMSend.send(0x0001, &m_sensor_msg, m_sensor_length + 1)!= SUCCESS) atomic m_sensoring = FALSE; 41

42 event void AtoSensorCollection.sensorDone(uint8_t* data, uint8_t len, error_t result) ADBG(DBG_LEV, "Sensor data done, data len = %d, result=%d", (int)len, (int)result); if(result == SUCCESS) m_sensor_length = len; post sendmsgtask(); else atomic m_sensoring = FALSE; m_sensoring = FALSE; event void AMSend.sendDone(message_t* msg, error_t err) atomic m_sensoring = FALSE; 六 思考和小结 在静态路由的基础上, 自己动手画一个不带自环的拓扑图, 并且用静态路由实现 实验步骤中 GRP 是什么意思, 为什么每个节点要设置一样, NID 是什么意思, 为什么每个节点设置不一样 42