嵌入式開發記錄-day52 zigbee模塊介紹及測試

1、模塊原理圖

　　電源部分：使用USB或者直流DC座供電；在使用一個電源模塊將5V轉為3.3V

 

 　　UART部分，由於模塊使用的是串口，需要使用一個電平轉換芯片，方便我們使用電腦上位機直接測試

 　　核心部分，zigbee封裝的芯片，使用串口與外部通信

 2、模塊的特性：

　　1、配置正常啟動后，可以組成多跳網狀網絡；

　　2、網絡中的模塊之間可以相互發送數據；

　　3、串口參數：數據位8，起始位1，停止位1，無校驗。波特率可以修改；默認115200；

3、zigbee模塊傳輸的協議

　　1、Zigbee模塊是一種自組網多跳無線通信模塊。該模塊工作時，會與周圍的模塊自動組成一個無線多跳網絡，此網絡為 對等網絡，不需要中心節點。模塊無線頻率為2.4GHz~2.45GHz，屬於 全球免費的無線頻段。網絡包含以下可配置參數：

　　

 　　將多個Zigbee模塊配置成地址不相同，信道和網絡ID相同的狀態，模塊將組成一個網絡。

　　Zigbee模塊使用定向擴散協議尋找路由，這種路由算法會記錄網絡的狀態，每個節點平 均可記錄130個目標節點的路由，在網絡建立后傳輸速度和傳輸延時可到達最優。但這種算 法網絡建立較慢，在節點剛剛啟動時，網絡需要1~5分鍾的時間重新生成路由，在這段時間 內網絡使用洪泛路由進行數據通信，此時網絡的傳輸速度較慢。

　　2、網絡性能：

 

 　　3、包分割：

　　在通信過程中，最常見的場合是單片機通過Uart告訴模塊這樣的信息：

　　　　 “將數據 00 AE 13 33 發往地址為0003的模塊，目標端口為90，源端口為91。

　　” 對於單片機，需要將這些信息整理成一個包，通過Uart發給模塊： FE 08 91 90 03 00 00 AE 13 33 FF 

　　

 　　遠程地址長度為2byte，使用小端模式進行傳輸，即先傳輸低8位，再傳輸高8位。

　　傳輸過程中如果遇到數據部分、地址或者端口號中出現FF，則使用FE FD來代替；

　　如果 出現FE，則用FE FC來代替。以免傳輸過程中出現的包頭和包尾，使接收方誤判斷。在傳輸 中這種替換稱為“轉義”。 包長度不會受到轉義的影響，例如發送的數據為09 FF時，替換為09 FE FD，但包頭中 的數據長度仍然按照2+4來計算，這樣，發送的包如下： FE 06 91 90 03 00 09 FE FD FF 雖然一共傳輸了7個字節，但包長為6。如果地址、端口號中出現了FF、FE也需要進行 轉義。

　　4、端口：

　　。端口號的取值范圍是0x00~0xFF，其中0x00~0x7F端口由模塊內部程序占用， 0x80~0xFF端口開放給Uart連接的MCU或者電腦

4、模塊測試的命令集合

1 讀取模塊命令：
查詢IP地址
Send：    FE 05 90 21 00 00 01 FF
Rec：    FE 07 21 90 00 00 21 02 00 FF

讀取網絡ID
Send：    FE 05 90 21 00 00 02 FF
Rec:    FE 07 21 90 00 00 22 16 20 FF

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

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

2 修改模塊的命令
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

修改網絡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

重啟包：
Send:FE 05 90 21 00 00 10 FF
Rec:無返回（模塊綠燈亮2S 左右）
注意：配置完模塊之后一定要發送重啟包，配置才會生效。

3 模塊間通信：
信道和網絡ID必須相同，IP地址必須不同
模塊0為66 4A，模塊1為99 4A
Send：    FE 08 91 90 04 00 00 AE 13 33 FF        模塊1的地址為04 00
修正為：FE 08 91 90 66 4A 00 AE 13 33 FF
 
Send:    FE 08 91 90 03 00 00 AE 13 33 FF        模塊0的地址為03 00

 5、ZigBee協議分析

　　

 

 

 　　其中包頭、包尾格式固定，傳輸的數據區域可變，長度可變化；

　　如果傳輸FE、FF這兩個特殊字符需要使用轉義字符，轉義字符不引入數據長度的變化；

6、ZigBee軟件協議框架

7、軟件代碼分析

　　1、主程序中根據傳入的命令分別設置不同的模式

#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:   // 設置模式
            DPRINTF("set_config\n");
            set_config(fd,argc,argv);
            break;
        case SENDMODE:  // 發送模式
            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、對串口初始化

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

int uart_init(void)
{
    int fd;
    char *uart3 = "/dev/ttySAC3";   // 串口設備節點
    //打開串口
    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、進入設置模式

#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、進入到發送數據

#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、接收數據模式

#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;
}