ZigBee技術與實訓教程――基於CC2530的無線傳感網技術(第3版·微課視頻版)

薑仲、朱曉紅

  • 出版商: 清華大學
  • 出版日期: 2024-08-01
  • 售價: $419
  • 貴賓價: 9.5$398
  • 語言: 簡體中文
  • ISBN: 7302661871
  • ISBN-13: 9787302661870
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商品描述

"本書以 ZigBee無線傳感網技術為主要對象,基於以 TI公司 CC2530芯片為核心的硬件平臺,在介紹了常用傳感器編程的基礎上,深入剖析了 TI 公司的 Z-Stack協議棧架構和編程接口,並詳細講述瞭如何在此基礎上開發自己的 ZigBee項目,最後簡單介紹了 ZigBee 3.0的應用。 本書可作為工程技術人員進行單片機、無線傳感器網絡應用、 ZigBee 技術等項目開發的學習和參考用書,也可作為高等院校電腦、電子、自動化、無線通信等相關課程的教材。 "

目錄大綱

 

 

目錄

 

第 1章 無線傳感器網絡 .............................................................................................................1 

1.1無線傳感器網絡概述 ....................................................................................................1 

1.2無線傳感器網絡的發展歷程及發展趨勢 ....................................................................2 

1.2.1  無線傳感器網絡的發展歷程 ............................................................................2 

1.2.2  無線傳感器網絡的發展趨勢 ............................................................................3 

1.3無線傳感器網絡的研究現狀和前景 ............................................................................3 

1.4無線傳感器網絡的特點 ................................................................................................4 

1.5無線傳感器網絡體系結構 ............................................................................................6 

1.6無線傳感器網絡的關鍵技術 ........................................................................................9 

1.7無線傳感器網絡應用與發展 ......................................................................................11 

1.8典型短距離無線通信網絡技術 ..................................................................................14 

1.9無線傳感器網絡的主要研究領域 ..............................................................................19  思考題...................................................................................................................................21 

第 2章 IEEE 802.15.4無線傳感器網絡通信標準 ..................................................................22 

2.1  IEEE 802.15.4標準概述 .............................................................................................22 

2.2網絡組成和拓撲結構 ..................................................................................................26 

2.3協議棧架構 ..................................................................................................................28 

2.4物理層規範 ..................................................................................................................29 

2.5 MAC層規範 ................................................................................................................31 

2.6 MAC/PHY信息交互流程 ...........................................................................................38 

2.7基於 IEEE 802.15.4標準的無線傳感器網絡應用實例 ................................................39  思考題...................................................................................................................................41 

第 3章 ZigBee無線傳感器網絡通信標準 ..............................................................................42 

3.1  ZigBee標準概述 .........................................................................................................42 

3.2  ZigBee技術特點 .........................................................................................................43 

3.3  ZigBee協議框架 .........................................................................................................45 

3.4  ZigBee網絡層規範 .....................................................................................................46 

3.5  ZigBee應用層規範 .....................................................................................................48 

3.6  ZigBee安全服務規範 .................................................................................................50  思考題...................................................................................................................................50 

 

第 4章 ZigBee開發平臺..........................................................................................................51 

4.1  

ZigBee硬件開發平臺 .................................................................................................52 

 

4.1.1  

CC2530射頻模塊............................................................................................52 

 

4.1.2  

調試器接口 ......................................................................................................53 

 

4.1.3  

ZigBee學習板 .................................................................................................54 

 

 

 

4.2  

ZigBee軟件開發平臺 .................................................................................................56 

 

4.2.1  

IAR簡介 ..........................................................................................................56 

 

4.2.2  

IAR基本操作 ..................................................................................................57 

 

 

 

 

第 5章 CC2530基礎實驗 ........................................................................................................63 

5.1 

CC2530無線片上系統概述........................................................................................63 

 

5.1.1  

CC2530芯片主要特性 ....................................................................................64 

 

5.1.2  

CC2530的應用領域........................................................................................64 

 

5.1.3  

CC2530概述....................................................................................................65 

 

5.1.4  

CC2530芯片引腳的功能 ................................................................................67 

 

5.1.5  

CC2530增強型 8051內核簡介......................................................................68 

 

 

 

5.2通用 

I/O埠...............................................................................................................68 

 

5.2.1  

通用 I/O埠簡介...........................................................................................68 

 

5.2.2  

通用 I/O埠相關寄存器...............................................................................69 

 

5.2.3  

實驗:點亮 LED .............................................................................................70 

 

5.2.4  

實驗:按鍵控制 LED交替閃爍 ....................................................................71 

 

 

 

5.3外部中斷 

......................................................................................................................72 

 

5.3.1  

中斷概述 ..........................................................................................................72 

 

5.3.2  

中斷屏蔽 ..........................................................................................................73 

 

5.3.3  

中斷處理 ..........................................................................................................75 

 

5.3.4  

實驗:按鍵中斷控制 LED .............................................................................78 

 

 

 

5.4定時器 

..........................................................................................................................79 

 

5.4.1  

片內外設 I/O....................................................................................................79 

 

5.4.2  

定時器簡介 ......................................................................................................81 

 

5.4.3  

定時器 1寄存器..............................................................................................81 

 

5.4.4  

定時器 1操作..................................................................................................82 

 

5.4.5  

16位計數器 .....................................................................................................83 

 

5.4.6  

實驗:定時器 1控制 LED閃爍 ....................................................................84 

 

5.4.7  

定時器 3/4概述...............................................................................................85 

 

5.4.8  

實驗:定時器 1和定時器 3同時控制 LED1和 LED2以不同頻率閃爍 .....86 

 

 

 

5.5  

1602型 LCD ................................................................................................................88 

 

5.5.1 

1602型 LCD簡介 ...........................................................................................88 

 

5.5.2 

1602型 LCD引腳功能 ...................................................................................88 

 

5.5.3 

1602型 LCD的特性 .......................................................................................88 

 

5.5.4 

1602型 LCD字符集 .......................................................................................88 

 

5.5.5 

1602型 LCD基本操作程序 ...........................................................................89 

 

5.5.6 

1602型 LCD指令集 .......................................................................................90 

 

5.5.7 

1602型 LCD 4線連接方式 ............................................................................90 

 

5.5.8  

實驗: LCD顯示實驗 .....................................................................................90 

 

 

 

 

 

5.6 USART .........................................................................................................................94 

5.6.1  

串行通信接口 ..................................................................................................94 

 

5.6.2  

串行通信接口寄存器 ......................................................................................95 

 

5.6.3  

設置串行通信接口寄存器波特率 ..................................................................97 

 

5.6.4  

實驗: UART發送 ..........................................................................................97 

 

5.6.5  

UART接收 ......................................................................................................99 

 

5.6.6  

實驗: UART發送與接收 ..............................................................................99 

 

 

5.7 ADC............................................................................................................................102 

5.7.1  

ADC簡介 ......................................................................................................102 

 

5.7.2  

ADC輸入 ......................................................................................................102 

 

5.7.3  

ADC寄存器 ..................................................................................................103 

 

5.7.4  

ADC轉換結果 ..............................................................................................105 

 

5.7.5  

單個 ADC轉換 .............................................................................................105 

 

5.7.6  

實驗:片內溫度傳感器實驗 ........................................................................105 

 

 

5.8睡眠定時器 

................................................................................................................106 

 

5.8.1  

睡眠定時器簡介 ............................................................................................106 

 

5.8.2  

睡眠定時器寄存器 ........................................................................................107 

 

5.8.3  

實驗:睡眠定時器喚醒實驗 ........................................................................107 

 

 

 

5.

9時鐘和電源管理 ........................................................................................................ 111 

 

5.9.1  

CC2530電源管理簡介 .................................................................................. 111 

 

5.9.2  

CC2530電源管理控制 .................................................................................. 111 

 

5.9.3  

CC2530振盪器和時鐘 ..................................................................................112 

 

5.9.4  

實驗:中斷喚醒系統實驗 ............................................................................112 

 

 

 

5.10看門狗 

......................................................................................................................114 

 

5.

10.1看門狗模式 ................................................................................................115 

 

5.

10.2定時器模式 ................................................................................................115 

 

5.

10.3看門狗定時器寄存器 ................................................................................115 

 

5.

10.4實驗:看門狗實驗 ....................................................................................116 

 

 

 

 

5.11  DMA.........................................................................................................................118 

5.11.1

  DMA操作..................................................................................................118 

 

5.11.2

  DMA配置參數..........................................................................................119 

 

5.11.3

  DMA配置安裝..........................................................................................121 

 

 

5.11.4實驗: DMA傳輸......................................................................................122  思考題.................................................................................................................................125 

 

第 6章常用傳感器 .................................................................................................................126 

6.

1數字溫濕度傳感器 DHT11 .......................................................................................126 

 

6.1.1  

DHT11簡介...................................................................................................126 

 

6.1.2  

DHT11典型應用電路 ...................................................................................126 

 

6.1.3  

DHT11串行接口...........................................................................................126 

 

6.1.4  

DHT11串行接口通信過程 ...........................................................................127 

 

6.1.5  

實驗: DHT11實驗.......................................................................................128 

 

 

 

6.

2紅外人體感應模塊實驗 ............................................................................................131 

 

6.2.1  

紅外人體感應模塊功能特點 ........................................................................131 

 

6.2.2  

實驗:紅外人體感應模塊實驗 ....................................................................132 

 

 

 

6.

3結露傳感器實驗 ........................................................................................................132 

 

6.3.1  

結露傳感器 HDS05特性曲線 ......................................................................132 

 

6.3.2  

結露傳感器 HDS05電路設計 ......................................................................133 

 

6.3.3  

實驗:結露傳感器實驗 ................................................................................133 

 

 

 

6.

4煙霧傳感器模塊 ........................................................................................................135 

 

6.4.1  

煙霧傳感器模塊的功能特點 ........................................................................135 

 

6.4.2  

實驗:煙霧傳感器模塊實驗 ........................................................................135 

 

 

 

6.

5光強度傳感器模塊 ....................................................................................................136 

 

6.5.1  

數字光模塊 GY-30介紹 ...............................................................................136 

 

6.5.2  

I2C總線介紹 .................................................................................................137 

 

 

 

6.5.3  

實驗:光強度傳感器模塊實驗 ....................................................................138  思考題.................................................................................................................................142 

 

 

第 7章 CC2530實現紅外通信 ..............................................................................................143 

7.1紅外通信簡介 

............................................................................................................143 

 

7.1.1  

紅外通信的特點 ............................................................................................143 

 

7.1.2  

紅外發射和接收 ............................................................................................143 

 

7.1.3  

紅外遙控發送和接收電路 ............................................................................144 

 

7.1.4  

紅外發射電路 ................................................................................................145 

 

7.1.5  

NEC協議.......................................................................................................145 

 

 

 

7.

2實驗:中斷方式發射紅外信號 ................................................................................145 

 

7.3實驗:

PWM方式輸出紅外信號 ..............................................................................150 

 

7.

4實驗:紅外接收實驗 ................................................................................................154 

 

 

第 8章 Z-Stack協議棧...........................................................................................................158 

8.1

  Z-Stack協議棧基礎...................................................................................................158 

 

8.1.1  

Z-Stack協議棧簡介 ......................................................................................158 

 

8.1.2  

Z-Stack協議棧基本概念 ..............................................................................158 

 

8.1.3  

Z-Stack的下載與安裝 ..................................................................................160 

 

 

 

8.2

  Sample Application工程 ...........................................................................................161 

 

8.2.1

  Sample Application工程簡介 .......................................................................161 

 

8.2.2

  Sample Application工程概況 .......................................................................163 

 

8.2.3

  Sample Application工程初始化與事件的處理............................................163 

 

8.2.4

  Sample Application工程事件的處理函數....................................................164 

 

8.2.5

  Sample Application工程流程 .......................................................................165 

 

 

 

8.3  

OSAL循環.................................................................................................................169 

 

8.3.1  

Z-Stack的任務調度 ......................................................................................169 

 

8.3.2  

Z-Stack主函數 ..............................................................................................170 

 

8.3.3  

Z-Stack任務的初始化 ..................................................................................171 

 

8.3.4  

Z-Stack的系統主循環 ..................................................................................172 

 

 

 

8.

4數據的發送和接收 ....................................................................................................174 

 

8.4.1  

網絡參數的設置 ............................................................................................174 

 

8.4.2  

數據的發送 ....................................................................................................176 

 

8.4.3  

數據的接收 ....................................................................................................178 

 

 

 

8.5修改 

LED驅動 ..........................................................................................................180 

 

8.6修改按鍵驅動 

............................................................................................................183 

 

8.6.1  

Z-Stack的按鍵機制概述 ..............................................................................183 

 

8.6.2  

Z-Stack按鍵的宏定義 ..................................................................................184 

 

8.6.3  

Z-Stack按鍵初始化代碼分析 ......................................................................184 

 

8.6.4  

Z-Stack按鍵的配置 ......................................................................................186 

 

8.6.5  

Z-Stack輪詢方式按鍵處理 ..........................................................................188 

 

8.6.6  

Z-Stack中斷方式按鍵處理 ..........................................................................193 

 

 

 

8.7

  Z-Stack 2007串口機制 ..............................................................................................198 

 

8.7.1  

串口配置 ........................................................................................................198 

 

8.7.2  

串口初始化 ....................................................................................................199 

 

8.7.3  

串口接收數據 ................................................................................................203 

 

8.7.4  

串口發送數據 ................................................................................................207 

 

 

 

8.8

  Z-Stack啟動分析 ......................................................................................................209 

 

8.8.1  

啟動配置 ........................................................................................................209 

 

8.8.2  

Z-Stack啟動相關概念 ..................................................................................209 

 

8.8.3  

SampleApp工程協調器啟動過程分析 ........................................................213 

 

 

 

8.9  

ZigBee綁定機制 .......................................................................................................216 

 

8.10 

SimpleApp工程.......................................................................................................217 

 

8.10.1 

SimpleApp的打開.....................................................................................217 

 

8.10.2 

SimpleApp啟動分析 .................................................................................218 

 

 

 

8.11燈開關實驗 

..............................................................................................................219 

 

8.11.1  SimpleController.c......................................................................................219 

8.11.2  SimpleSwitch.c...........................................................................................222 

8.11.3燈開關實驗其他函數分析 ........................................................................226 

 

8.

12傳感器採集實驗 ......................................................................................................226 

 

8.12.1 SimpleCollector.c.......................................................................................226 

8.12.2 SimpleSensor.c...........................................................................................228 

 

8.13 

GenericApp 工程......................................................................................................229 

 

8.13.1 

GenericApp 工程概述 ...............................................................................229 

 

8.

13.2關鍵函數分析 ............................................................................................230 

 

8.13.3 

GenericApp工程實現數據的收發 ............................................................231 

 

 

 

 

 

 

第 9章智能家居系統 .............................................................................................................234 

9.

1智能家居系統設計 ....................................................................................................234 

 

9.1.1  

智能家居系統的需求分析 ............................................................................234 

 

9.1.2  

智能家居系統分析 ........................................................................................234 

 

9.1.3  

智能家居系統軟件設計 ................................................................................235 

 

 

 

9.

2智能家居系統開發環境的搭建 ................................................................................235 

 

9.2.1  

Mini6410 ARM11開發板 .............................................................................236 

 

9.2.2  

建立 Android應用開發環境 .........................................................................236 

 

9.2.3  

在 Android程序中訪問串口 .........................................................................239 

 

9.2.4 

Android上的 Servlet服務器 i-jetty..............................................................240 

 

 

 

9.

3智能家居系統下位機程序設計 ................................................................................241 

 

9.3.1  

下位機程序設計思路 ....................................................................................241 

 

9.3.2  

一鍵報警功能下位機實現 ............................................................................241 

 

9.3.3  

水浸報警功能下位機實現 ............................................................................242 

 

9.3.4  

中斷方式報警的紅外入侵傳感器的實現 ....................................................243 

 

 

 

9.

4智能家居系統設置模塊 ............................................................................................244 

 

9.4.1  

SQLite簡介 ...................................................................................................244 

 

9.4.2 

Android系統中 SQLite數據庫的操作 ........................................................245 

 

9.4.3  

智能家居系統設置模塊的實現 ....................................................................246 

 

 

 

9.

5智能家居系統監聽服務 ............................................................................................248 

 

9.5.1 Android Service..............................................................................................248 

9.5.2 

Android多線程..............................................................................................249 

 

9.5.3  

短信的發送與接收 ........................................................................................250 

 

9.5.4  

智能家居系統監聽服務的實現 ....................................................................251 

 

 

 

9.6

  Web方式訪問智能家居系統 ....................................................................................255 

 

9.6.1  

ContentProvider簡介.....................................................................................255 

 

9.6.2  

ContentProvider操作.....................................................................................256 

 

9.6.3  

創建 ContentProvider.....................................................................................258 

 

9.6.4  

Web方式訪問智能家居系統的實現............................................................258 

 

 

 

 

第 10章智能溫室系統 ...........................................................................................................264 

10.1  

智能溫室系統設計 ..................................................................................................264 

 

10.1.1  

智能溫室定義 ............................................................................................264 

 

10.1.2  

智能溫室系統的需求分析 ........................................................................264 

 

10.1.3  

智能溫室系統分析 ....................................................................................264 

 

 

 

10.2  

入侵檢測、水浸檢測和煙霧報警的實現 ..............................................................265 

 

10.2.1  

學習板的改進 ............................................................................................265 

 

10.2.2  

入侵檢測的實現 ........................................................................................265 

 

10.2.3  

水浸檢測的實現 ........................................................................................269 

 

10.2.4  

煙霧檢測的實現 ........................................................................................270 

 

 

 

10.3  

Wi-Fi模塊的使用....................................................................................................271 

 

 

 

10.4  PHP...........................................................................................................................273 

10.4.1  

PHP簡介....................................................................................................273 

 

10.4.2  

PHP語法概述............................................................................................274 

 

10.4.3  

PHP例程....................................................................................................275 

 

 

10.5  Drupal.......................................................................................................................276 

10.5.1  

Drupal簡介................................................................................................276 

 

10.5.2  

環境功能的實現 ........................................................................................283 

 

10.5.3  

控制功能的實現 ........................................................................................298 

 

 

10.6  

溫濕度檢測的實現 ..................................................................................................305 

 

10.6.1  溫濕度傳感器 DHT11模塊的連接 ..........................................................305 

10.6.2  Enddevice.c................................................................................................306 

10.6.3  Coordinator.c..............................................................................................309 

10.6.4  s7396.php ...................................................................................................309 

 

10.7  

光照度檢測的實現 ..................................................................................................310 

 

10.7.1  GY-30數字光模塊簡介 ............................................................................310 

10.7.2  Enddevice.c................................................................................................311 

10.7.3  Coordinator.c..............................................................................................317 

10.7.4  S8657.php...................................................................................................318 

 

10.8  

一鍵報警的實現 ......................................................................................................318 

 

10.8.1  Enddevice.c................................................................................................319 

10.8.2  Coordinator.c..............................................................................................319 

10.8.3  alert.php......................................................................................................320 

 

10.9  

遠程控制設備的實現 ..............................................................................................320 

 

10.9.1  

繼電器簡介 ................................................................................................320 

 

10.9.2  

遠程控制設備處理流程 ............................................................................321 

 

 

10.9.3  Enddevice.c................................................................................................322 

10.9.4  Coordinator.c..............................................................................................323 

10.9.5  lamp.php.....................................................................................................325 

 

10.

10微信小程序訪問智能溫室系統 ............................................................................326 

 

10.

10.1微信小程序簡介 .....................................................................................326 

 

10.

10.2微信小程序訪問智能溫室系統的實現 .................................................326 

 

 

10.10.3  lol6216.php .............................................................................................331 

 

10.

11智能溫室系統休眠功能的實現 ............................................................................332  思考題.................................................................................................................................333 

 

 

 

第 11章學生考勤管理系統 ...................................................................................................334 

11.

1學生考勤管理系統設計 ..........................................................................................334 

 

11.1.1  

校園一卡通學生考勤管理系統的組成 ....................................................334 

 

11.1.2  

校園一卡通學生考勤管理系統的可行性分析 ........................................334 

 

11.1.3  

校園一卡通學生考勤管理系統的需求分析 ............................................335 

 

 

 

11.

2學生考勤管理系統的時鐘功能的實現 ..................................................................335 

 

11.2.1  

DS1302實時時鐘電路 ..............................................................................335 

 

11.2.2  

DS1302實時時鐘模塊 ..............................................................................335 

 

11.2.3  

DS1302實時時鐘模塊的操作說明 ..........................................................335 

 

11.2.4  

DS1302時鐘模塊例程 ..............................................................................337 

 

11.2.5  

Z-Stack中使用 DS1302時鐘模塊實現顯示時間的功能 ........................340 

 

 

 

11.

3學生考勤管理系統讀卡功能的實現 ......................................................................341 

 

11.3.1  

RFID介紹 ..................................................................................................341 

 

11.3.2  

M104BPC讀寫模塊 ..................................................................................342 

 

11.3.3  

例程 ............................................................................................................346 

 

11.3.4  

Z-Stack實現讀卡功能 ...............................................................................351 

 

 

 

 

第 12章 ZigBee 3.0 .................................................................................................................353 

12.1  ZigBee 3.0簡介 .......................................................................................................353 

12.1.1  Z-Stack 3.0.2 ..............................................................................................353 

12.1.2  BDB............................................................................................................354 

12.1.3  Z-Stack 3.0.2數據發送實驗 .....................................................................356 

12.2  ZCL ..........................................................................................................................360 

12.2.1  

ZCL簡介 ...................................................................................................360 

 

12.2.2  

ZCL開關命令實驗 ...................................................................................360 

 

 

12.3  

ZCL屬性的讀寫實驗..............................................................................................365 

 

12.3.1  

ZCL屬性讀命令實驗 ...............................................................................365 

 

12.3.2  

ZCL屬性寫命令實驗 ...............................................................................369 

 

 

 

12.4  

CC2530節點與 CC2652R雙協議節點的通信實驗 ..............................................373 

 

12.4.1  

SimpleLink MCU平臺 ..............................................................................373 

 

12.4.2  

多協議無線 MCU......................................................................................374 

 

 

12.4.3  CC2652R....................................................................................................374 

12.4.4  SIMPLELINK-CC13XX-CC26XX-SDK ..................................................375 

12.4.5  實驗步驟 ....................................................................................................378 

 

12.5  

使用 Wireshark對 ZigBee網絡進行抓包分析 ......................................................382 

 

 

思考題.................................................................................................................................387  參考文獻.....................................................................................................................................388