無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程第八章演示文稿

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程第八章演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五第8章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)本章內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)背景和設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五8.1實(shí)驗(yàn)背景和設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)名稱

Mica系列傳感器網(wǎng)絡(luò)的編程實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)安裝和使用CrossBow公司的Mica傳感器網(wǎng)絡(luò)，練習(xí)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)基本工作原理和實(shí)現(xiàn)方法的理解，強(qiáng)化學(xué)生將傳感器網(wǎng)絡(luò)課本知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的能力。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)包括：

(1)掌握安裝TinyOS操作系統(tǒng)；

(2)事件驅(qū)動(dòng)的傳感器數(shù)據(jù)獲??；

(3)發(fā)送與接受消息；

(4)PC機(jī)顯示數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五4、實(shí)驗(yàn)所需軟件操作系統(tǒng)：安裝有Cygwin的Windows2000/XP操作系統(tǒng)，或者安裝有GCC編譯器的Linux操作系統(tǒng)。下載并安裝以下軟件：

①Cygwin();②WinAVR();

③nesC();④JavaJDK();⑤TinyOS(/projects/tinyos).現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五5、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

除了采用普通計(jì)算機(jī)以外，還需要的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備清單如圖：現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五MIB510的具體型號(hào)為MIB510CA，下圖所示的各標(biāo)號(hào)部件的含義如下：①9針的RS232接口。

②與MICAz/MICA2相連的51針接口。

③與MICA2DOT相連的19針接口。

④MICAz/MICA2發(fā)光二極管指示器：紅、綠、黃。

⑤編程指示器：發(fā)光二極管為綠色，表示“電源開(kāi)啟”；如果為紅色，表示“編程中”。

⑥編程接口開(kāi)關(guān)：On/Off開(kāi)關(guān)控制串行傳輸。

⑦臨時(shí)開(kāi)關(guān)：復(fù)位編程處理器和Mote。

⑧10針Jtag接口。

⑨電源：5V@50mA應(yīng)用外接電源?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五Mica2的具體型號(hào)為MPR400CB，各標(biāo)號(hào)部件的含義分別如下：①51針的接口(插針型)。

②電源On/Off開(kāi)關(guān)。③外接電源的接口。④MMCX接口(插孔型)?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五傳感器板的具體型號(hào)為MTS300，各標(biāo)號(hào)部件的含義分別如下：①51針的接口(插座型)。②光傳感器。③聲音傳感器(4kHz)。④蜂鳴器。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五8.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1、安裝TinyOS(1)下載與安裝

TinyOS操作系統(tǒng)有兩種安裝方式，一種是使用安裝向?qū)ё詣?dòng)安裝，另一種是全手動(dòng)安裝。不管使用哪種方式，都需要安裝相同的RPM。RPM就是ReliabilityPerformanceMeasure，是廣泛使用的用于交付開(kāi)源軟件的工具，用戶可以輕松有效地安裝或升級(jí)RPM打包的產(chǎn)品?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

這里介紹在Windows平臺(tái)下自動(dòng)安裝TinyOS。

TinyOS自動(dòng)安裝程序的下載地址如下：。安裝向?qū)峁┑能浖ㄈ缦鹿ぞ撸?、、、Cygwin、SupportTools、Java1.4JDK&JavaCOMM2.0、Graphviz、AVRTools、、avr-libc20030512cvs、avr-gcc3.3-tinyos、和avr-insightcvs-pre6.0-tinyos。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

用戶可以選擇“完全”安裝和“自定義”安裝兩種類型之一。完全安裝包括以上所有內(nèi)容，而自定義安裝允許用戶選擇自己需要的部分。用戶需要選擇一個(gè)安裝目錄。所有選擇的模塊都會(huì)安裝在這個(gè)目錄下。以下稱這個(gè)安裝目錄為INSTALLDIR，通常默認(rèn)目錄為C:\ProgramFiles\UCB\，并假設(shè)我們選擇完全自動(dòng)安裝的選項(xiàng)?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五注意：TinyOS自動(dòng)安裝向?qū)щm然允許用戶可以自己決定選擇安裝某些部分，也可選擇不安裝某些部分，但是除非使用者對(duì)TinyOS各個(gè)不同模塊、工具之間的交互及其聯(lián)合工作的版本完全清楚，強(qiáng)烈建議選擇完全安裝。另外，必須以具有管理員權(quán)限的用戶安裝TinyOS，否則安裝不可能成功而且還會(huì)留下殘損的文件。現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五(2)軟件與硬件驗(yàn)證在使用嵌入式設(shè)備時(shí)，調(diào)試應(yīng)用程序通常比較困難，因此在工作前一定要確保所使用的工具工作正常以及各硬件系統(tǒng)功能完好。一旦某個(gè)部件或工具中存在某些問(wèn)題而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將耗費(fèi)大量的時(shí)間去調(diào)試。下面介紹如何檢查各硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五①PC工具驗(yàn)證如果在Windows平臺(tái)下使用TinyOS開(kāi)發(fā)環(huán)境，“toscheck”是一個(gè)專門用來(lái)檢驗(yàn)這些軟件是否正確安裝以及相應(yīng)的環(huán)境變量是否設(shè)置完好的工具。在cygwinshell命令行的提示下，轉(zhuǎn)到tinyos-1.x/tools/scripts目錄，運(yùn)行toscheck，輸出結(jié)果可能會(huì)報(bào)告環(huán)境變量設(shè)置不正確，TinyOS運(yùn)行檢查不通過(guò)?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五根據(jù)系統(tǒng)的提示，需要自己設(shè)置一下環(huán)境變量。對(duì)于TinyOS1.x的環(huán)境變量設(shè)置問(wèn)題，可以修改C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\etc\profile.d\tinyos.sh文件，內(nèi)容如下：#設(shè)置TinyOS根路徑exportTOSROOT='/opt/tinyos-1.x'#設(shè)置TinyOS核心組件所在的目錄exportTOSDIR='$TOSROOT/tos'#classpath的設(shè)置需要根據(jù)自己的安裝路徑進(jìn)行設(shè)置exportCLASSPATH='.;$CLASSPATH;C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\opt\tinyos-.x\tools\java\javapath;C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\opt\tinyos-1.x\tools\java;'#設(shè)置Make入口點(diǎn)exportMAKERULES='$TOSROOT/tools/make/Makerules‘現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五重新啟動(dòng)cygwin之后，再運(yùn)行toscheck進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)會(huì)報(bào)告安裝成功。最后一行報(bào)告“toscheckcompletedwithouterror.”，這是十分重要的，只有顯式了這一行才表示安裝無(wú)誤；否則如果報(bào)告存在什么錯(cuò)誤或問(wèn)題，一定要先修補(bǔ)好。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五②硬件驗(yàn)證

TinyOS的apps目錄下有一個(gè)應(yīng)用程序“MicaHWVerify”，是專門用來(lái)測(cè)試mica/mica2/mica2dot系列硬件設(shè)備是否功能完好的驗(yàn)證工具。對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)在硬件編程時(shí)須注意：若使用配套的電源給編程接口板供電，將傳感器節(jié)點(diǎn)插到接口板前要保證節(jié)點(diǎn)上的電池已取出；若利用傳感器節(jié)點(diǎn)上的電池給編程接口板供電，不需再接電源，并保證電池電量大于等于3.0V且節(jié)點(diǎn)上開(kāi)關(guān)狀態(tài)為On。如果既外接電源，又采用電池供電，很可能會(huì)燒毀電路板?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

以下步驟以MICA2節(jié)點(diǎn)為例，對(duì)MICA2DOT節(jié)點(diǎn)只需修改相應(yīng)參數(shù)即可。第一步：運(yùn)行cygwin后，在C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\opt\tinyos-1.x\apps目錄下，鍵入makemica2來(lái)編譯MicaHWVerify程序。在使用MICA2/MICA2DOT平臺(tái)時(shí)，輸入如下完整的命令：

PFLAGS=-DCC1K_MANUAL_FREQ=<freq>make<mica2|mica2dot>

其中，<freq>可以根據(jù)需要在315MHz，433MHz和915MHz中選擇一個(gè)。針對(duì)Mica2系列的節(jié)點(diǎn)，手工設(shè)置頻率為916.7MHz。這里的命令格式是：PFLAGS=-DCC1K_MANUAL_FREQ=916700000makemica2現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五若編譯沒(méi)問(wèn)題，將輸出一個(gè)內(nèi)存描述，顯示如下的類似內(nèi)容：

compiledMicaHWVerifytobuild/mica2/main.exe10386bytesinROM390bytesinRAMavr-objcopy--output-target=srecbuild/mica2/main.exebuild/mica2/main.srec

如果輸出結(jié)果與上述描述類似，則說(shuō)明應(yīng)用程序已經(jīng)編譯好，下一步就將它加載到節(jié)點(diǎn)中?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五第二步：將MICA2節(jié)點(diǎn)插到編程接口板上（MIB510），用電池或電源供電，通電后編程接口板上的綠燈亮。第三步：將編程接口板連到計(jì)算機(jī)，將程序裝載到MICA2節(jié)點(diǎn)，鍵入命令：

MIB510=COM#makereinstallmica2

其中，COM#表示MIB510連接在計(jì)算機(jī)端口COM#上，#=1、2、3...。這里假設(shè)取為COM1。reinstall是直接將已編譯過(guò)的程序裝載到指定節(jié)點(diǎn)，而不再重新編譯程序，因此速度較快。如果使用命令install代替reinstall，則先對(duì)目標(biāo)平臺(tái)編譯，再將程序裝載到節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五MIB510編程接口板的典型輸出如下：

$mib510makereinstallmica2installingmica2binaryuisp-dprog=mib510-dserial=COM1-dpart=ATmega128--wr_fuse_e=ff--erase--uploadif=build/mica2/main.srecFirmwareVersion:2.1AtmelAVRATmega128isfound.Uploading:flashFuseExtendedBytesetto0xff

這時(shí)可以知道編程接口板和計(jì)算機(jī)串口工作正常，然后驗(yàn)證傳感器節(jié)點(diǎn)硬件。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五第四步：鍵入命令：make-fjmakefile然后再鍵入命令：

MOTECOM=serial@COM1:57600javahardware_check

這時(shí)計(jì)算機(jī)的輸出會(huì)出現(xiàn)如下類似內(nèi)容：

hardware_checkstartedhardwareverificationsuccessfulNodeSerialID:16048fb6001d

其中，NodeSerialID是MicaHWVerify程序分配給MICA2節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)。這個(gè)程序檢查節(jié)點(diǎn)序列號(hào)、閃存連通性、UART功能和外部時(shí)鐘。當(dāng)這些狀態(tài)都正常時(shí)，屏幕打印出硬件檢測(cè)成功的消息?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五第五步：驗(yàn)證傳感器節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信。

通信時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)間使用統(tǒng)一的頻率，即PFLAGS=-DCC1K_MANUAL_FREQ=916700000。為了操作方便，我們可以在apps/目錄下建立一個(gè)Makelocal文件來(lái)設(shè)定參數(shù)的默認(rèn)值，內(nèi)容如下：

CFLAGS=-DCC1K_DEFAULT_FREQ=CC1K_915_998_MHZMIB510=COM1

這樣以后就不必每次輸入MIB510=...PFLAGS=...之類的參數(shù)了。通信實(shí)驗(yàn)需要兩個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，因此先對(duì)另一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件檢測(cè)，再按下述步驟操作，使它充當(dāng)?shù)谝粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)匯聚節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五第六步：

進(jìn)入/apps/TOSBase目錄鍵入makemica2編譯TOSBase程序。第七步：

將TOSBase程序裝載到插在MIB510編程接口板的傳感器節(jié)點(diǎn)，并將另一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)放在附近，該節(jié)點(diǎn)裝載的是MicaHWVerify程序。第八步：

鍵入命令：

MOTECOM=serial@COM1:57600THjavahardware_check現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

這是運(yùn)行hardware_checkjava程序，輸出結(jié)果類似如下內(nèi)容：

hardware_checkstartedHardwareverificationsuccessful.NodeSerialID:16048fb6001e

這里返回遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)，表示傳感器節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行無(wú)線通信已經(jīng)成功。如果遠(yuǎn)端傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)閉或工作不正常，將返回提示信息“Nodetransmissionfailure”。如果系統(tǒng)通過(guò)了上述測(cè)試，就可以進(jìn)行TinyOS的開(kāi)發(fā)工作了?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五2、事件驅(qū)動(dòng)的傳感器數(shù)據(jù)獲取為了演示事件驅(qū)動(dòng)的傳感器數(shù)據(jù)獲取，這里選用簡(jiǎn)單的傳感器應(yīng)用示例程序Sense，它從傳感器主板的光傳感器獲取光強(qiáng)度值，并將其低三位值顯示在節(jié)點(diǎn)的發(fā)光二極管。該應(yīng)用程序位于apps/Sense目錄，配置文件為Sense.nc，實(shí)現(xiàn)模塊文件為SenseM.nc。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

跟前面的例子一樣，在C:\ProgramFiles\UCB\cygwin\opt\tinyos-1.x\apps\Sense目錄下輸入命令：makemicainstall

這條命令完成編譯應(yīng)用程序，并安裝到傳感器節(jié)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)中需要將一個(gè)帶有光傳感器的傳感器板連接到節(jié)點(diǎn)。例如Mica2傳感器主板使用51針的連接頭。傳感器主板的類型可以在ncc的命令行上使用“-board”選項(xiàng)來(lái)選擇。在Mica2節(jié)點(diǎn)上，缺省的傳感器類型為micasb?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五TinyOS支持的所有傳感器板都在tos/sensorboards目錄下，每個(gè)目錄對(duì)應(yīng)一種型號(hào)，目錄名稱與主板名稱相一致。這里ADC將光傳感器獲取的大樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為10位的數(shù)字，表示當(dāng)節(jié)點(diǎn)在光亮處時(shí)LED關(guān)掉，在黑暗中LED則發(fā)亮，因而將該數(shù)據(jù)的高三位求反。在SenseM.nc的函數(shù)ADC.dataReady()中有如下語(yǔ)句：“display(7-((data>>7)&0x7));”，就是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)用途?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五3、發(fā)送與接受消息這個(gè)實(shí)驗(yàn)是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)編寫(xiě)“CntToLedsAndRfm”程序，它通過(guò)無(wú)線方式傳輸計(jì)數(shù)器的數(shù)值，假設(shè)命名為“節(jié)點(diǎn)1”。對(duì)另外一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)編寫(xiě)“RfmToLeds”程序，這個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)以LED顯示所接收到的計(jì)數(shù)器數(shù)值，假設(shè)命名為“節(jié)點(diǎn)2”。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Mica2通過(guò)串口與MIB510編程板相連。

(2)打開(kāi)Cygwin窗口，輸入下面的命令：

cd/opt/tinyos-1.x/apps/CntToLedsAndRfm現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五(3)輸入編譯命令：makemica2install

這時(shí)我們可以看到節(jié)點(diǎn)2上的LED會(huì)顯示3位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)然這也是節(jié)點(diǎn)1通過(guò)無(wú)線發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)果。(4)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)1的電源，將另外的其它一個(gè)節(jié)點(diǎn)與編程板相連，假設(shè)這個(gè)節(jié)點(diǎn)命名為“節(jié)點(diǎn)3”。輸入下面命令：

cd/opt/tinyos-1.x/apps/RfmToLeds(5)輸入下面命令：makemica2install.2(6)打開(kāi)節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)3，這時(shí)我們可以看到節(jié)點(diǎn)1通過(guò)無(wú)線發(fā)送計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)3在它的LED上顯示所接收到的計(jì)數(shù)值。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五4、PC機(jī)顯示數(shù)據(jù)本實(shí)驗(yàn)的目的是將傳感器網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)集成起來(lái)，讓傳感器數(shù)據(jù)在PC機(jī)上顯示出來(lái)。(1)Oscilloscope應(yīng)用程序這里使用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序在apps/Oscilloscope目錄下。該應(yīng)用程序包含一個(gè)從光傳感器讀取數(shù)據(jù)的模塊。每當(dāng)讀取到10個(gè)傳感數(shù)據(jù)時(shí)，該模塊就向串口發(fā)送一個(gè)包含這些數(shù)據(jù)的包。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)僅僅只用串口發(fā)送數(shù)據(jù)包?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

先編譯該應(yīng)用程序，并安裝到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。將傳感器主板連接到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，以便可以獲得光強(qiáng)數(shù)據(jù)。根據(jù)傳感器主板類型在apps/Oscilloscope/Makefile中設(shè)置SENSORBOARD選項(xiàng)，要么是micasb，要么是basicsb。將帶有傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接到與PC機(jī)串口相連的編程器主板。Oscilloscope應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，如果傳感數(shù)據(jù)超過(guò)某一閾值（在代碼中設(shè)置，缺省為0x0300），紅色的LED燈將發(fā)亮。每當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包被傳回給串口時(shí)，黃色的LED燈就發(fā)亮?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五(2)“監(jiān)聽(tīng)”工具：顯示原始數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)為了在PC機(jī)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間建立通信，首先將串口電纜連接到編程器主板上，并檢查JDK以及m包是否安裝完好。將Oscilloscope代碼編譯好安裝到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)后，轉(zhuǎn)到tools/java目錄下，輸入命令：

makeexportMOTECOM=serial@serialport:baudrate

環(huán)境變量MOTECOM在這里用于告訴javaListen工具要監(jiān)聽(tīng)哪些數(shù)據(jù)包。serial@serialport:baudrate的意思是監(jiān)聽(tīng)連接到串口的微粒，其中serialport是連接到編程器主板的串行端口，baudrate是波特率。mica和mica2dot的波特率是19200，mica2是57600波特。現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期五

設(shè)置好MOTECOM參數(shù)后，運(yùn)行如下命令：

將得到類似于如下的輸出信息：

serial@COM1:19200:resynchronising7e000a7d1a01000