《ZigBee实战演练》.pdf-资料库

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前言为什么学习 ZigBee？试想着有一天，你坐在电脑前，你家里的空调、冰箱、洗衣机、电视„等在你屏幕前受你掌控时，这便是物联网的时代。我是一名普通的电子爱好者，半年前由于项目需要我接触了 ZigBee,在那之前我也曾经了解过 ZigBee,感觉是个很神秘的东西，神秘的无线模块。第一天在导师里拿到 ZigBee 模块，我快速寻找着上面的 MCU，很可惜只发现 CC2530 芯片，后来才发现，原来 CC2530 芯片上集成了增强型 8051 单片机内核，我们直接烧写程序进去就可以了。这令我喜出望外，直到现在有人问我 ZigBee 是什么的时候？我会回答：单片机+无线模块。当我利用 TI 例程实验无线点灯那一刻，我感觉这就是我想要的东西。直到今天，大家都在讨论物联网，都在讨论 ZigBee。为什么要写《ZigBee 实战演练》教程？ ZigBee 功能强大、组网方式千变万化，往往令很多初学者望而却步，连最简单的无线点灯、恐怕都要好长一段时间才弄出来，看网络协议栈的代码是，更是被里面千奇百怪的代码，无数的定义搞得头昏目眩。在这代码海洋遨游，看不见陆地。国内可以参加的较为系统的资料少之又少。在这个海洋泡了数月的我感觉找到了一个通向目的地的罗盘，再回过头来看以前的笔记，发现原来 ZigBee 学习还是有方法可寻，因此我们网蜂团队从自己的学习经历中，尽量以最简单的描写来讲述的 ZigBee 的学习方法，从基础实验、组网演练到项目实战，《ZigBee 实战演练》诞生了，电子书能让我们配上精美的彩图，平易近人的口吻讲解实验。每一个代码都是自己亲身的经历，我们的目的是为了让大家能够学好 ZigBee，战胜 ZigBee。为什么要打造网蜂 ZigBee 学习套件？ ZigBee 在中国是一个新兴的东西，前途无限，但是网上的学习模块套件参差不齐，大多是复制 TI 公司开源的开发板来设计，用过的就知道，外国的电路设计跟国内的风格很不同，甚至常常让初学者钻牛角尖。为此，网蜂团队特意打造的中国风的 ZigBee 开发套件，《ZigBee 实战演练》上的例程也是基于这学习板开发的，每个例程都能直接跑起，通过项目实战一章，你甚至可以用它来完成你的项目。我们基于取之于 TI，用之于国民的原则，务求开发最具性价比的 ZigBee 开发套件，软硬件和教程同步更新，力争打造国内一流的物联网开发平台。部分 PCB 模块坚持开源。为大家 ZigBee 学习保驾护航。技术的学习是有限的，奉献的精神是无限的 --网蜂宗旨网蜂团队 2012.8 于广州大学城 QQ：1076678176 邮箱：1076678176@qq.com 官方网店：webee.taobao.com 2

声明《ZigBee 实战演练》已经由网蜂科技于广州版权局注册备案，任何单位或个人未经同意引用其中内容的网蜂科技将以法律形式追究责任。版本说明 ZigBee 实战演练由蜂网团队打造，始终坚持开源原则，包括书籍内容、所有代码和部分 ZigBee 学习模块 PCB 的开源。当前版本为 V2 第二版。基础实验新增 LCD12864 液晶显示；组网演练新增协议栈中的按键实验、网络通讯实验（单播、组播、广播）、 Zigbee 协议栈网络管理、传感器应用等内容；项目实践新增无线点台灯、无线 IC 卡考勤机、串口通讯助手==Zigbee 聊天助手等内容。更新日期：2012.11.11 历史版本： 2012.8.8 第一版。内容涵盖了 ZigBee 的简介、开发环境的建立、基础实验、部分组网实验和几个项目实践。 3

目录第 1 章 ZigBee 简介和开发环境快速建立 ............................................................. 6 1.1 ZigBee 简介 ............................................................................................. 6 1.2 WeBee ZigBee 开发套件介绍 ................................................................. 8 1.2.1 WeBee CC2530 核心板 .................................................................. 8 1.2.2 WeBee CC2530+CC2591(PA)核心板 ............................................... 9 1.2.3 WeBee 功能底板 .......................................................................... 9 1.2.4 WeBee 传感器底板 .................................................................... 10 1.2.5 WeBee 普通底板（PCB 开源） .................................................. 12 1.2.6 CC DEBUGGER 仿真器 ................................................................. 13 1.3 开发环境快速建立.................................................................................. 15 1.3.1 相关软件和驱动安装 ..................................................................... 15 1.3.2 IAR 工程文件的快速建立 ............................................................... 22 附录： ............................................................................................................ 29 一．使用 TI SmartRF Flash Programmer 下载程序 ................................ 29 第 2 章基础实验 ................................................................................................... 31 2.1 点亮第一个 LED ...................................................................................... 31 2.2 按键 ......................................................................................................... 34 2.3 外部中断 ................................................................................................. 38 2.4 定时器 ..................................................................................................... 41 2.4.1 定时器 T1(查询方式) ................................................................. 41 2.4.2 定时器 T3(中断方式) ................................................................. 44 2.5 串口通讯 .................................................................................................. 47 2.5.1 串口发送(hello webee) ................................................................... 47 2.5.2 串口接收和发送(send & receive) .................................................. 53 2.5.3 UART0-控制 LED ............................................................................. 56 2.6. AD 控制（自带温度计） ....................................................................... 58 2.7.睡眠唤醒 ................................................................................................. 63 2.7.1 中断唤醒 ...................................................................................... 64 2.7.2 定时器唤醒................................................................................... 67 2.8 看门狗 ................................................................................................... 70 2.9 LCD12864 液晶显示 ............................................................................... 73 第 3 章组网演练 ................................................................................................... 78 3.1 Zigbee 协议栈简介 ................................................................................... 78 3.2 无线点灯 ................................................................................................. 81 3.3 信号传输质量检测.................................................................................. 93 3.4 协议栈工作原理介绍 ............................................................................ 104 3.5 协议栈中的串口实验 ............................................................................ 114 3.6 协议栈中的按键实验 ............................................................................ 127 3.7 一小时实现无线数据传输 ..................................................................... 132 3.8 串口透传,打造无线串口模块 ................................................................ 143 3.9 网络通讯实验（单播、组播、广播） ................................................. 154 3.9.1 点播（点对点通讯） ................................................................ 155 4

3.9.2 组播 ........................................................................................... 162 3.9.3 广播 ........................................................................................... 168 Zigbee 协议栈网络管理 ................................................................. 172 3.10 3.9 传感器应用 ...................................................................................... 178 3.11.1 温度传感器 DS18B20............................................................... 178 3.11.2 温湿度度传感器 DHT11 .......................................................... 190 3.11.3 光敏传感器 ............................................................................. 203 3.11.4 烟雾传感器 ............................................................................. 212 3.11.5 红外热释电传感器 .................................................................. 220 3.11.6 三轴加速度传感器（文档编写中） ................................... 228 3.12 Zigbee 无线传感网数据采集系统（文档编写中） ......................... 228 附录 .............................................................................................................. 229 一、CC2530+PA（CC2591）模块协议栈的使用方法 ........................... 229 二、如何在同一地方组建多个 ZigBee 网络 ........................................ 231 三、ZigBee OAD 无线下载程序（硬件调试中）........................... 232 第 4 章项目实战 ................................................................................................. 233 4.1 无线点台灯 ........................................................................................... 233 4.2 无线 IC 卡考勤机 .................................................................................. 241 4.3 串口通讯助手==Zigbee 聊天助手........................................................ 253 4.4 无线互联:ZigBee+GPRS （文档编写中） ..................................... 259 4.5 室内定位系统（开源项目） ......................................... 259 4.6 家电控制无线传输协议（开源项目） ......................................... 259 5

第 1 章 ZigBee 简介和开发环境快速建立 1.1 ZigBee 简介 Zigbee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。国内通常会翻译成“紫蜂”，我倒不喜欢这个名字，因为它歪曲了原来的含义。相信大部分人开始时会以为 Zigbee 是一类无线模块，我一开始也是这么的认为，所以当我首次看到 Zigbee 产品时，第一时间找它上面的 MCU，还真想知道用什么单片机来控制这东西，找了半天没发现，一头雾水。最后才发现，原来我们 CC2530 芯片上集成了 8051 内核，你没看错，我也没打错，里面集成了一片增强型的 51 单片机。只要你有 51 单片机的编程基础，就可以轻轻松松的开始玩 Zigbee 了。图 1.1A Zigbee、蓝牙、WIFI 传输标准对比图从表 1.1A 中几种无线传输的属性中我们可以看到 Zigbee 的应用范围是低速率远距离的。这造就了 Zigbee 低功耗信息传输的优势，网上经常谈到两节普通的 5 号干电池可以使用 6 个月到 2 年的时间，免去充电和更换电池的麻烦。 ZigBee 节点所属类别主要分三种，分别是协调器(Coodinator)、路由器 (Router)、终端(End Device)。同一网络中至少需要一个协调器，也只能有 1 个协调器，负责各个节点 16 位地址分配（自动分配）。理论上可以连上 65536 个节点。组网方式千变网化，如图 1.1B 所示。 6

图 1.1B ZigBee 网络目前 ZigBee 的应用领域主要有: 1. 智能家居物联网（物联网似乎已经成了趋势，我们拭目以待） 2. 工业、农业无线监测系统 3. 个人监控、医院病人定位 4. 消费电子 5. 城市智能交通 6. 户外作业及地下矿场安全监护 „ „ 图 1.1C ZigBee 应用领域 7

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