搜索
第8单元物联网常用协议之ZigBee协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育内容目录1.单元任务预览2.PC端四输入传感值数据解析3.安卓端四输入传感值数据解析4.ZigBee标准协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育该系统是以物联网数据采集技术、传感器技术为主，通过传感器、继电器的指令发送、接收以及数值的运算，让学生学习传感数值的转换过程，熟悉传感器技术及数据采集技术在物联网环境领域的应用及开发。1、实验目的战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育感知层基础套件是选取具有典型意义的物联网感知层设备为基础，结合可灵活部署的桌面型工位，以突出学校实际教学需求为导向，培养物联网或其它相关专业学生在物联网综合应用开发方面的基础编程能力、项目设计及创新实践能力。该系统是以物联网数据采集技术、传感器技术为主，通过一些典型案例，让学生由浅入深的学习C#编程及JAVA编程技术在物联网各个行业系统的开发应用的一套实训系统。2、背景描述战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育感知层基础套件是选取具有典型意义的物联网感知层设备为基础，结合可灵活部署的桌面型工位，以突出学校实际教学需求为导向，培养物联网或其它相关专业学生在物联网综合应用开发方面的基础编程能力、项目设计及创新实践能力。该系统是以物联网数据采集技术、传感器技术为主，通过一些典型案例，让学生由浅入深的学习C#编程及JAVA编程技术在物联网各个行业系统的开发应用的一套实训系统。3、实验原理战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育内容目录1.单元任务预览2.PC端四输入传感值数据解析3.安卓端四输入传感值数据解析4.ZigBee标准协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育1、任务描述战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育四输入要获取传感的数据，无发送指令，只需点击“发送指令”就可获取到四输入上各个通道的传感模拟量数值。四输入传感模拟量数据转换公式如下：(模拟量*3300/1023/150-4)*(最大量程-最小量程)/16+最小量程。将四输入的串口线连接到电脑上，打开典型物联网解析工具，设置好串口及波特率，四输入的波特率为38400，选择四输入，点击“连接”。2、任务实现战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育在“数据获取”下拉框中选择传感器类型及硬件连接的通道，填写传感器所对应的值的位数，传感模拟量值的位数从HEAD为1开始数，如下（以Value2为温度进行演示）。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育在“进制转换”中选择转换符号，将十六进制转换成十进制，第一个框格选择异或符号|，第二个框格选择向左移符号，在最后一个框格中输入8，代表向左移8位，设置好后点击“确定”，得到10进制值。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育点击“确定”获取计算的结果值，其中“实际值”是由软件程序内部计算出的，也就是实际的传感器，结果值是由用户自己计算出的，根据实际值与结果值的比较，来判断用户对传感模拟量数据的转换是否正确。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议(包括MAC层、路由、网络层、应用层等)，传统的无线协议很难适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，这种情况下，ZigBee协议应运而生。Zigbee的基础是IEEE802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。3、ZigBee通讯协议简介战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育HEAD：数据头，固定为0xfeLEN：数据包长度，ADRL开始到CHK前一个字节的字节数CMD0：命令类型，固定为0x46CMD1：命令类型，固定为0x87ADRL：传输信息源节点的短地址低8位ADRH：传输信息源节点的短地址高8位DTYPEL：数据类型低位，固定为0x02DTYPEH：数据类型高位，固定为0x00DLEN：[SDATA]的长度REV：保留，固定为0x00战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育内容目录1.单元任务预览2.PC端四输入传感值数据解析3.安卓端四输入传感值数据解析4.ZigBee标准协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育1、任务描述战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育1、任务实现四输入要获取传感的数据，无发送指令，只需点击“发送指令”就可获取到四输入上各个通道的传感模拟量数值。四输入传感模拟量数据转换公式如下：(模拟量*3300/1023/150-4)*(最大量程-最小量程)/16+最小量程。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育点击“确定”获取计算的结果值，其中“实际值”是由软件程序内部计算出的，也就是实际的传感器，结果值是由用户自己计算出的，根据实际值与结果值的比较，来判断用户对传感模拟量数据的转换是否正确。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育协调器应答:HEAD+LEN+CMD0+CMD1+PROL+PROH+PANIDL+PANIDH+CHANCEL+CHKHEAD：数据头，固定为0xFELEN：数据包长度，PROL开始到CHK前一个字节的字节数CMD0：数据类型低位，固定为0x61CMD1：数据类型高位，固定为0x012、知识点拨战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育内容目录1.单元任务预览2.PC端四输入传感值数据解析3.安卓端四输入传感值数据解析4.ZigBee标准协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育建立基于实时数据库的生产信息管理系统，实现对控制装置的数据上传，实时数据监测，形成一个工业控制网络是现代企业工业化管理的特征，如图8.25所示。随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，无线通讯技术逐渐在工业控制领域，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供无线数据链路，特别是在一些特殊环境下弥补有线网络的不足，进一步完善工业控制网络的通信性能，成为工业通信的新宠。1、引言战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育1)、协议简单:ZigBee采用基本的主一从结构配合静态的星型网络，因此更加适用于使用频率低、传输速率低的设备，其传输速率为20k字节/秒到250k字节/秒。2)、功耗低:由于工作周期很短，收发信息功耗也较低，并且采用了多种节能方式，电池的使用时间最终决定于不同的网络应用。通常情况下，ZigBee两节五号电池可以支持长达6个月到2年的使用时间，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。2、ZigBee技术特点及应用战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育1)、协议简单:ZigBee采用基本的主一从结构配合静态的星型网络，因此更加适用于使用频率低、传输速率低的设备，其传输速率为20k字节/秒到250k字节/秒。2)、功耗低:由于工作周期很短，收发信息功耗也较低，并且采用了多种节能方式，电池的使用时间最终决定于不同的网络应用。通常情况下，ZigBee两节五号电池可以支持长达6个月到2年的使用时间，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。3、IEEE802.15.4协议战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两个物理层都基于DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频）技术，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段，划分成l6个信道,码元速率为62.5kbaud，采用了l6进制正交调制，用码片长度为8的伪随机码直接扩频技术,能够提供250kb/s的传输速率.868MHz频段是欧洲的ISM频段，有1个信道，数据传输速率为20kb／s。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育数据链路层负责数据成帧、帧检测、介质访问和差错控制等。IEEE802系列标准把数据链路层分为媒质接入子层MAC和逻辑链路控制子层LLC。MAC子层依赖于物理层提供的服务实现设备之间无线链路的建立与拆除、数据帧传输等；LLC子层在MAC子层的基础上，为设备提供连接服务，由IEEE802.6定义，为IEE802系列标准公用。链路层通过两个服务访问点（SAP）访问高层，通用部分SAP（MCPS-SAP）访问数据服务，管理实体SAP(MLME-SAP)访问管理服务。ZigBee/IEEE802.15.4网络的所有节点都工作在同一个信道上，当邻近的节点同时发送数据就有可能发生数据冲突.。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育ZigBee网络定义了三种节点类型：协调器、路由器和终端设备。协调器和路由器必须是全功能器件(FFD:Fullfunctiondevice)，终端设备可以是全功能器件，也可以是简约器件（RFD:reducefunctiondevice）。一个ZigBee网络只允许有一个协调器，也称作ZigBee协调点，协调点是一个特殊的FFD，它具有较强的功能，是整个网络的主要控制者。4、网络层战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育ZigBee网络的拓扑结构主要有三种，星型网、网状（mesh）网和混合网，见图3。星型网（图3-c）是由一个协调点和一个或多个终端节点组成的。协调点必须是FFD，它负责发起建立和管理整个网络，其它的节点（终端节点）一般为RFD，分布在协调点的覆盖范围内，直接与协调点进行通信。星型网的控制和同步都比较简单，通常用于节点数量较少的场合。战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。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。5、ZigBee组网简介及工作原理战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育战略性信息产业教育服务提供商联世界育未来——创新物联教育确定网络协调器，首先判断节点是否是FFD节点，接着判断此FFD节点是否在其他网络里或者网络里是否已经存在协调器。通过主动扫描，发送一个信标请求命令（Beaconrequestcommand），然后设置一个扫描期限（T_scan_duration），如果在扫描期限内都没有检测到信标，那么就认为FFD在其pos(个人操作空间)内没有协调器，那么此时就可以建立自己的ZigBee