嵌入式开发记录-day52 zigbee模块介绍及测试

1、模块原理图

　　电源部分：使用USB或者直流DC座供电；在使用一个电源模块将5V转为3.3V

 

 　　UART部分，由于模块使用的是串口，需要使用一个电平转换芯片，方便我们使用电脑上位机直接测试

 　　核心部分，zigbee封装的芯片，使用串口与外部通信

 2、模块的特性：

　　1、配置正常启动后，可以组成多跳网状网络；

　　2、网络中的模块之间可以相互发送数据；

　　3、串口参数：数据位8，起始位1，停止位1，无校验。波特率可以修改；默认115200；

3、zigbee模块传输的协议

　　1、Zigbee模块是一种自组网多跳无线通信模块。该模块工作时，会与周围的模块自动组成一个无线多跳网络，此网络为 对等网络，不需要中心节点。模块无线频率为2.4GHz~2.45GHz，属于 全球免费的无线频段。网络包含以下可配置参数：

　　

 　　将多个Zigbee模块配置成地址不相同，信道和网络ID相同的状态，模块将组成一个网络。

　　Zigbee模块使用定向扩散协议寻找路由，这种路由算法会记录网络的状态，每个节点平 均可记录130个目标节点的路由，在网络建立后传输速度和传输延时可到达最优。但这种算 法网络建立较慢，在节点刚刚启动时，网络需要1~5分钟的时间重新生成路由，在这段时间 内网络使用洪泛路由进行数据通信，此时网络的传输速度较慢。

　　2、网络性能：

 

 　　3、包分割：

　　在通信过程中，最常见的场合是单片机通过Uart告诉模块这样的信息：

　　　　 “将数据 00 AE 13 33 发往地址为0003的模块，目标端口为90，源端口为91。

　　” 对于单片机，需要将这些信息整理成一个包，通过Uart发给模块： FE 08 91 90 03 00 00 AE 13 33 FF 

　　

 　　远程地址长度为2byte，使用小端模式进行传输，即先传输低8位，再传输高8位。

　　传输过程中如果遇到数据部分、地址或者端口号中出现FF，则使用FE FD来代替；

　　如果 出现FE，则用FE FC来代替。以免传输过程中出现的包头和包尾，使接收方误判断。在传输 中这种替换称为“转义”。 包长度不会受到转义的影响，例如发送的数据为09 FF时，替换为09 FE FD，但包头中 的数据长度仍然按照2+4来计算，这样，发送的包如下： FE 06 91 90 03 00 09 FE FD FF 虽然一共传输了7个字节，但包长为6。如果地址、端口号中出现了FF、FE也需要进行 转义。

　　4、端口：

　　。端口号的取值范围是0x00~0xFF，其中0x00~0x7F端口由模块内部程序占用， 0x80~0xFF端口开放给Uart连接的MCU或者电脑

4、模块测试的命令集合

1 读取模块命令：
查询IP地址
Send：    FE 05 90 21 00 00 01 FF
Rec：    FE 07 21 90 00 00 21 02 00 FF

读取网络ID
Send：    FE 05 90 21 00 00 02 FF
Rec:    FE 07 21 90 00 00 22 16 20 FF

读取信道:
Send：    FE 05 90 21 00 00 03 FF 
Rec:    FE 06 21 90 00 00 23 13 FF

读取波特率:
Send:    FE 05 90 21 00 00 04 FF
Rec:    FE 06 21 90 00 00 24 08 FF

2 修改模块的命令
修改IP地址：
Send:    FE 07 90 21 00 00 11 1F 00 FF
Rec:    FE 05 21 90 00 00 00 FF

修改网络ID：
Send:    FE 07 90 21 00 00 12 91 19 FF
Rec:    FE 05 21 90 00 00 00 FF

修改信道：
Send:    FE 06 90 21 00 00 13 12 FF
Rec:    FE 05 21 90 00 00 00 FF

修改波特率：
Send:FE 06 90 21 00 00 14 02 FF
Rec:FE 05 21 90 00 00 00 FF

重启包：
Send:FE 05 90 21 00 00 10 FF
Rec:无返回（模块绿灯亮2S 左右）
注意：配置完模块之后一定要发送重启包，配置才会生效。

3 模块间通信：
信道和网络ID必须相同，IP地址必须不同
模块0为66 4A，模块1为99 4A
Send：    FE 08 91 90 04 00 00 AE 13 33 FF        模块1的地址为04 00
修正为：FE 08 91 90 66 4A 00 AE 13 33 FF
 
Send:    FE 08 91 90 03 00 00 AE 13 33 FF        模块0的地址为03 00

 5、ZigBee协议分析

　　

 

 

 　　其中包头、包尾格式固定，传输的数据区域可变，长度可变化；

　　如果传输FE、FF这两个特殊字符需要使用转义字符，转义字符不引入数据长度的变化；

6、ZigBee软件协议框架

7、软件代码分析

　　1、主程序中根据传入的命令分别设置不同的模式

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <errno.h>

#include "main.h"

#define SETMODE  0
#define SENDMODE 1
#define RECMODE 2

extern int uart_init(void);
extern int set_config(int fd ,int length,char *cmd[]);
extern int send_data(int fd,int length,char *cmd[]);
extern int rec_data(int fd);

int para(int argc,char *argv[])
{
    if(argc < 2){
        printf("argv is less\n");
        printf("Usage:    test_zigbee [type] [cmd]\n");
        printf("    type: 0--set, 1--send, 2--recv\n");
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd=0;
    
    if(para(argc,argv)<0){
        return -1;
    }
    
    fd = uart_init();  // 串口初始化
    if(fd < 0){
        return -1;
    }
    DPRINTF("atoi(argv[1]) is %d\n",atoi(argv[1]));
    switch(atoi(argv[1])){
        case SETMODE:   // 设置模式
            DPRINTF("set_config\n");
            set_config(fd,argc,argv);
            break;
        case SENDMODE:  // 发送模式
            DPRINTF("send_data\n");
            send_data(fd,argc,argv);
            break;
        case RECMODE:  // 接收模式
            DPRINTF("rec_data one time\n");
            rec_data(fd);
            break;
        default:
            break;
    }
    
    return 0;
}

　　2、对串口初始化

int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);

int uart_init(void)
{
    int fd;
    char *uart3 = "/dev/ttySAC3";   // 串口设备节点
    //打开串口
    if((fd = open(uart3,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0){
        printf("open %s is failed",uart3);
        return -1;
    }    
    else{
        set_opt(fd, 115200, 8, 'N', 1);
        printf("%s init success \r\n",uart3);
    }
    
    printf("uart_init success.\n");
    return fd;
    
}

int set_opt(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop)
{
    struct termios newtio,oldtio;
    if  ( tcgetattr( fd,&oldtio)  !=  0) { 
        perror("SetupSerial 1");
        return -1;
    }
    bzero( &newtio, sizeof( newtio ) );
    newtio.c_cflag  |=  CLOCAL | CREAD;
    newtio.c_cflag &= ~CSIZE;

    switch( nBits )
    {
        case 7:
            newtio.c_cflag |= CS7;
            break;
        case 8:
            newtio.c_cflag |= CS8;
            break;
    }

    switch( nEvent )
    {
    case 'O':
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag |= PARODD;
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        break;
    case 'E': 
        newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);
        newtio.c_cflag |= PARENB;
        newtio.c_cflag &= ~PARODD;
        break;
    case 'N':  
        newtio.c_cflag &= ~PARENB;
        break;
    }

    switch( nSpeed )
    {
        case 2400:
            cfsetispeed(&newtio, B2400);
            cfsetospeed(&newtio, B2400);
            break;
        case 4800:
            cfsetispeed(&newtio, B4800);
            cfsetospeed(&newtio, B4800);
            break;
        case 9600:
            cfsetispeed(&newtio, B9600);
            cfsetospeed(&newtio, B9600);
            break;
        case 115200:
            cfsetispeed(&newtio, B115200);
            cfsetospeed(&newtio, B115200);
            break;
        case 460800:
            cfsetispeed(&newtio, B460800);
            cfsetospeed(&newtio, B460800);
            break;
        default:
            cfsetispeed(&newtio, B9600);
            cfsetospeed(&newtio, B9600);
            break;
    }
    if( nStop == 1 )
        newtio.c_cflag &=  ~CSTOPB;
    else if ( nStop == 2 )
        newtio.c_cflag |=  CSTOPB;
        newtio.c_cc[VTIME]  = 0;
        newtio.c_cc[VMIN] = 0;
        tcflush(fd,TCIFLUSH);
    if((tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio))!=0)
    {
        perror("com set error");
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

　　3、进入设置模式

#include "main.h"

int set_config(int fd ,int length,char *cmd[])
{
    unsigned char buffer[128],rec_buffer[1];
    int i,nByte=0,time=0,num,flag=0;
    int check_length=0;
    
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    memset(buffer, 0, sizeof(rec_buffer));
    
    DPRINTF("set_config setdata is : ");
    for(i = 0; i < length-2; i++){    
        buffer[i] = strtol(cmd[i+2], NULL, 16);    
        check_length++;
        if(buffer[i] == 0xfe){
            check_length--;
        }
        printf("0x%02x ",buffer[i]);
    }
    printf("\n");
    
    DPRINTF("length uis %d and %d\n",buffer[1],check_length);
    //pak_length = pkg_length - num_fe - 2 
    if(buffer[1] == check_length - 2){
        write(fd,buffer,i);
    }
    else{
        printf("cmd length is err\n");
        return -1;
    }
    
    check_length = 0;
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    while(1){
        while((nByte = read(fd, rec_buffer, 1))>0){
            if(rec_buffer[0] == 0xfe && flag != 1){
                num = 0;    
                flag = 1;
                printf("set_config rev data is : ");
            }
            if(flag==1){
                buffer[num] = rec_buffer[0];
                printf("0x%02x ",rec_buffer[0]);
                
                check_length++;
                if(rec_buffer[0] == 0xfe)
                    check_length--;
            }
            
            if(rec_buffer[0] == 0xff){
                goto rec_over;
            }
            
            memset(rec_buffer, 0, sizeof(rec_buffer));
            num++;
            nByte = 0;
            time = 0;
        }
    //if overtime 10ms , break.    
        usleep(1);
        time++;
        if(time>10000){
            DPRINTF("over time\n");
            close(fd);
            break;
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
    
rec_over:
    printf("\n");
    if(buffer[1] == check_length - 2){
        DPRINTF("rec length check ok\n");
    }
    else{
        DPRINTF("rec length is err\n");
        return -1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}

　　4、进入到发送数据

#include "main.h"

int send_data(int fd,int length,char *cmd[])
{
    unsigned char buffer[128];
    int i,time=0,num,flag=0;
    int check_length=0;
    
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    
    printf("set_config setdata is : ");
    for(i = 0; i < length-2; i++){    
        buffer[i] = strtol(cmd[i+2], NULL, 16);    
        check_length++;
        if(buffer[i] == 0xfe){
            check_length--;
        }
        printf("0x%02x ",buffer[i]);
    }
    printf("\n");
    
    DPRINTF("length is %d and %d\n",buffer[1],check_length);
    //pak_length = pkg_length - num_fe - 2 
    if(buffer[1] == check_length - 2){
        write(fd,buffer,i);
    }
    else{
        DPRINTF("cmd length is err\n");
        return -1;
    }
    
    return 0;
}

　　5、接收数据模式

#include "main.h"

int rec_data(int fd)
{
    unsigned char buffer[128],rec_buffer[1];
    int nByte,num,flag=0;
    int check_length=0;
    char buf[128];

    memset(rec_buffer, 0, sizeof(rec_buffer));
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    
    while(1){
        while((nByte = read(fd, rec_buffer, 1))>0){
            if(rec_buffer[0] == 0xfe && flag != 1){
                num = 0;    
                flag = 1;
                printf("set_config rev data is : ");
            }
            if(flag==1){
                buffer[num] = rec_buffer[0];
                printf("0x%02x ",rec_buffer[0]);
                printf("num is %d\n",num);
                if((num == 6) && (buffer[6] == 0x01))
                {
                    //system("echo 1 > /sys/class/gpio/gpio126/value");
                    system("./relay 1");
                }
                else if((num == 6) && (buffer[6] == 0x02))
                {
                    //system("echo 0 > /sys/class/gpio/gpio126/value");
                    system("./relay 0");
                }
                if((num == 6) && (buffer[6] == 0x03))
                {
                    system("./step_motor_app R 4076 3000");
                }
                else if((num == 6) && (buffer[6] == 0x04))
                {
                    system("./step_motor_app L 4076 3000");
                }
                check_length++;
                printf(" check_length is %d\n",check_length);
                if(rec_buffer[0] == 0xfe)
                    check_length--;
            }
            
            if(rec_buffer[0] == 0xff){
                //goto rec_over;
                num=0;
                flag=0;
                check_length=0;
                memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
            }
            
            memset(rec_buffer, 0, sizeof(rec_buffer));
            num++;
        }
        usleep(100);
    }
    close(fd);
    return 0;
    
rec_over:
    printf("\n");
    if(buffer[1] == check_length - 2){
        DPRINTF("rec length check ok\n");
    }
    else{
        DPRINTF("rec length is err\n");
        return -1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}