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ZigBee 無線感測網路實驗

ZigBee 無線感測網路實驗. 屏東教育大學 網路實驗室 劉建宏. 背景知識 (1/2). WSN 在所需處安裝電子標籤和感測器節點 探測對基本事物的識別資訊，及周邊的環境資訊（溫度、濕度、污染資訊、裂縫資訊等） 無線網路路進行即時管理的技術。 ZigbeX 能感測多種環境，由能夠管理這些感測器節點構成的一個實驗器，並能夠便於進行實驗。. 背景知識 (2/2). ZigbeX Mote （智慧感測器）設備 微控制器（ ATmega128L ）、 無線通訊晶片 感測器、天線 程式設計和與主電腦之間進行通訊的介面。

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ZigBee 無線感測網路實驗

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Presentation Transcript

  1. ZigBee無線感測網路實驗 屏東教育大學 網路實驗室 劉建宏

  2. 背景知識(1/2) • WSN • 在所需處安裝電子標籤和感測器節點 • 探測對基本事物的識別資訊，及周邊的環境資訊（溫度、濕度、污染資訊、裂縫資訊等） • 無線網路路進行即時管理的技術。 • ZigbeX能感測多種環境，由能夠管理這些感測器節點構成的一個實驗器，並能夠便於進行實驗。

  3. 背景知識(2/2) • ZigbeX Mote（智慧感測器）設備 • 微控制器（ATmega128L）、 • 無線通訊晶片 • 感測器、天線 • 程式設計和與主電腦之間進行通訊的介面。 • ZigbeX Mote 設備作為可以構成感測器網路的最基本模組，安裝了各種的功能選項感測器板來獲取多種感測器資訊。

  4. Mote Intro. 介面卡 MOTE0 MOTE5 MOTE6 MOTE7 MOTE8

  5. 系統介紹 • Cygwin • Microsoft Windows用Unix環境。 • TinyOS • 美國加州柏克萊大學開發的無線感測器網路的專用作業系統。 • 編譯為非常小的容量（大部分在30KB 以下） • 考慮到無線感測器節點的一般特徵（最少的硬體、低容量記憶體、低CPU 性能及受限的能量）而開發的作業系統。 • 具有類形式元件結構的NesC 語言來實現。

  6. NesC特徵

  7. 實驗分配 • 分組：每組7~8人，共五組。 • 器材： • 實驗一每組一片工具光碟片 • 實驗二每組分配一個MOTE。 • 實驗三每組整套設備，輪流操作。

  8. 實驗一 實驗環境安裝與測試 • 安裝Cygwin於Windows XP模擬Unix環境 • 安裝系統TinyOS • 安裝燒錄軟體AVRStudio4 • USB Driver

  9. 執行程式燒錄

  10. 設定COM PORT • Platform選擇第一個選項；Port選擇”Auto”

  11. 燒錄晶片選擇

  12. 實驗二 • 學習NesC 程式的基本架構和學習如何控制MOTE上的負載 • 學習瞭解 NesC 程式的基本用法 • 學習瞭解 NesC 程式的結構(Configuration、Component、Implementation) • 學習瞭解如何控制 MOTE 上輸出裝置 • 學習如何將撰寫好的 NesC 程式編譯(Compiler)、燒入(Programmer)到MOTE的MCU內

  13. 實驗步驟 Step1 • 首先開啟 BlinkM.NC檔案C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\opt\tinyos-1.x\contrib\zigbex\Blink下方為BlinkM.NC來源碼－＞可改成 (green，yellow，red)任一顏色，改完記得儲存。

  14. Step2 • 執行Cygwin • 輸入 cd /opt/tinyos-1.x/contrib/zigbex/Blink • 輸入ls(顯示檔案目錄)

  15. Step3 • make zigbex(軔體編譯) －＞ls－＞build(會看到build 檔案夾)

  16. Step4 • 執行AVR STUDIO (燒錄軟體)－＞COM－＞platform (AVRISP) Port(AUTO)

  17. Step5 • Device(ATmega128)選擇裝置晶片&Programming mode 選擇

  18. Step6 • FLASH(Program)執行燒錄

  19. Step7 • 燒錄完成 Zigbex 可以發現MOTE 上方的的LED 燈顏色會隨程式修改而改變,修改燈號即代表選擇不同輸出腳位訊號。

  20. 實驗結果 • 按照上述順序完成實驗後，則可以確認Mote 設備的Yellow LED 打開，綠色LED 每隔30毫秒開/關一次。 • 在實驗中，利用ISP 下載完成後立即執行Blink 範例，因此有可能出現無法用肉眼確認LED 狀態的情況。 • 這時，先關閉Mote 設備的電源後，重新打開，確認LED 的狀態。 • 如果Mote 設備與電腦仍然處於連接狀態，則先分離連接線後，關閉電源，然後重新啟動。

  21. 實驗練習(一) • 將Mote 設備的RED LED 打開，且每隔60毫秒開/關一次。

  22. 實驗三 無線感測器與拓樸網路整合 • 實驗原理 • 網狀拓樸是指根節點與周邊節點形成樹結構網路的路由協定(無線感測網路原理亦同) • 路徑不可行成迴圈 • 維持自身的上層父節點的地址來實現多跳路由

  23. 實驗三 • 實驗目的 • 學習如何利用Testtree程式來接收MOTE上的溫濕度照度感測器和拓樸網路整合 • 學習如何將MOTE上的溫濕度照度感測器接收到資料傳送到電腦 • 學習無線感測網路拓樸(Ad-Hoc)的應用 • 學習如何將感測器實際應用在網路拓樸(Ad-Hoc)

  24. 實驗三 • 實驗設備 • Zigbex無線感測實驗器數個 • AVR-ISP燒入器 • PC

  25. 實驗步驟 Step1 • 執行Cygwin 輸入 cd /opt/tinyos-1.x/contrib/zigbex/ TestTree • 輸入ls(顯示檔案目錄) • make zigbex(軔體編譯) －＞ls－＞build(會看到build 檔案夾)

  26. Step2 • make zigbex reinstall,X([X=0 1 2 3⋯]再次編譯軔體，為了分配每組MOTE各別的ID) －＞ls－＞build(會看到build 檔案夾) • MOTE 0(X=0) ， MOTE 5(X=1) ， • MOTE 6(X=2) ， MOTE 7(X=3) ， • MOTE 8(X=4) ，

  27. Step3 • 執行AVR STUDIO (燒錄軟體)－＞COM－＞platform (AVRISP) Port(AUTO) • Device(ATmega128)選擇裝置晶片 • Programming mode 選擇 • FLASH(Import HEX File)選擇燒錄檔案路徑 • FLASH(Program)執行燒錄 • 燒錄後MOTE0 即具有基本Zigbee網路SERVER 連線能力) • 燒錄後MOTE1 即具有基本Zigbee 網路連線能力＆照度、絕對溼度、溫度、紅外線讀值能力

  28. Step4 • 感測器連線(執行目錄下Sensor Network Topology-Viewer－＞Viewer.exe • 開啟MOTE 0

  29. 開啟MOTE 5 ，View.exe觀察視窗出現第一個節點

  30. 根據上述步驟，開啟每一個MOTE!最後呈現的結果如下圖：根據上述步驟，開啟每一個MOTE!最後呈現的結果如下圖：

  31. 實驗測試(1/2) • 打開燈光照射於ZigBeeMOTE，此時燈光的數據將會提升許多!

  32. 實驗測試(2/2) • 將一塊不透光的布覆蓋於ZigBeeMOTE ，View.exe執行視窗的燈光數據將會降低。

  33. 實驗練習(二) • 使用make zigbex reinstall,X重新編譯，且將X改為以下所示，觀察與上述實驗是否有不同之處。 • MOTE 5(X=1) ， MOTE 6(X=3) • MOTE 7(X=5) ， MOTE 8(X=7)

  34. 參考資料 • HBE-Zigbex 實驗手冊

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