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第 1章 无线传感器网络 .............................................................................................................1 

1.1无线传感器网络概述 ....................................................................................................1 

1.2无线传感器网络的发展历程及发展趋势 ....................................................................2 

1.2.1  无线传感器网络的发展历程 ............................................................................2 

1.2.2  无线传感器网络的发展趋势 ............................................................................3 

1.3无线传感器网络的研究现状和前景 ............................................................................3 

1.4无线传感器网络的特点 ................................................................................................4 

1.5无线传感器网络体系结构 ............................................................................................6 

1.6无线传感器网络的关键技术 ........................................................................................9 

1.7无线传感器网络应用与发展 ......................................................................................11 

1.8典型短距离无线通信网络技术 ..................................................................................14 

1.9无线传感器网络的主要研究领域 ..............................................................................19  思考题...................................................................................................................................21 

第 2章 IEEE 802.15.4无线传感器网络通信标准 ..................................................................22 

2.1  IEEE 802.15.4标准概述 .............................................................................................22 

2.2网络组成和拓扑结构 ..................................................................................................26 

2.3协议栈架构 ..................................................................................................................28 

2.4物理层规范 ..................................................................................................................29 

2.5 MAC层规范 ................................................................................................................31 

2.6 MAC/PHY信息交互流程 ...........................................................................................38 

2.7基于 IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络应用实例 ................................................39  思考题...................................................................................................................................41 

第 3章 ZigBee无线传感器网络通信标准 ..............................................................................42 

3.1  ZigBee标准概述 .........................................................................................................42 

3.2  ZigBee技术特点 .........................................................................................................43 

3.3  ZigBee协议框架 .........................................................................................................45 

3.4  ZigBee网络层规范 .....................................................................................................46 

3.5  ZigBee应用层规范 .....................................................................................................48 

3.6  ZigBee安全服务规范 .................................................................................................50  思考题...................................................................................................................................50 

第 4章 ZigBee开发平台..........................................................................................................51 

4.1  

ZigBee硬件开发平台 .................................................................................................52 

4.1.1  

CC2530射频模块............................................................................................52 

4.1.2  

调试器接口 ......................................................................................................53 

4.1.3  

ZigBee学习板 .................................................................................................54 

4.2  

ZigBee软件开发平台 .................................................................................................56 

4.2.1  

IAR简介 ..........................................................................................................56 

4.2.2  

IAR基本操作 ..................................................................................................57 

第 5章 CC2530基础实验 ........................................................................................................63 

5.1 

CC2530无线片上系统概述........................................................................................63 

5.1.1  

CC2530芯片主要特性 ....................................................................................64 

5.1.2  

CC2530的应用领域........................................................................................64 

5.1.3  

CC2530概述....................................................................................................65 

5.1.4  

CC2530芯片引脚的功能 ................................................................................67 

5.1.5  

CC2530增强型 8051内核简介......................................................................68 

5.2通用 

I/O端口...............................................................................................................68 

5.2.1  

通用 I/O端口简介...........................................................................................68 

5.2.2  

通用 I/O端口相关寄存器...............................................................................69 

5.2.3  

实验:点亮 LED .............................................................................................70 

5.2.4  

实验:按键控制 LED交替闪烁 ....................................................................71 

5.3外部中断 

......................................................................................................................72 

5.3.1  

中断概述 ..........................................................................................................72 

5.3.2  

中断屏蔽 ..........................................................................................................73 

5.3.3  

中断处理 ..........................................................................................................75 

5.3.4  

实验:按键中断控制 LED .............................................................................78 

5.4定时器 

..........................................................................................................................79 

5.4.1  

片内外设 I/O....................................................................................................79 

5.4.2  

定时器简介 ......................................................................................................81 

5.4.3  

定时器 1寄存器..............................................................................................81 

5.4.4  

定时器 1操作..................................................................................................82 

5.4.5  

16位计数器 .....................................................................................................83 

5.4.6  

实验:定时器 1控制 LED闪烁 ....................................................................84 

5.4.7  

定时器 3/4概述...............................................................................................85 

5.4.8  

实验:定时器 1和定时器 3同时控制 LED1和 LED2以不同频率闪烁 .....86 

5.5  

1602型 LCD ................................................................................................................88 

5.5.1 

1602型 LCD简介 ...........................................................................................88 

5.5.2 

1602型 LCD引脚功能 ...................................................................................88 

5.5.3 

1602型 LCD的特性 .......................................................................................88 

5.5.4 

1602型 LCD字符集 .......................................................................................88 

5.5.5 

1602型 LCD基本操作程序 ...........................................................................89 

5.5.6 

1602型 LCD指令集 .......................................................................................90 

5.5.7 

1602型 LCD 4线连接方式 ............................................................................90 

5.5.8  

实验: LCD显示实验 .....................................................................................90 

5.6 USART .........................................................................................................................94 

5.6.1  

串行通信接口 ..................................................................................................94 

5.6.2  

串行通信接口寄存器 ......................................................................................95 

5.6.3  

设置串行通信接口寄存器波特率 ..................................................................97 

5.6.4  

实验: UART发送 ..........................................................................................97 

5.6.5  

UART接收 ......................................................................................................99 

5.6.6  

实验: UART发送与接收 ..............................................................................99 

5.7 ADC............................................................................................................................102 

5.7.1  

ADC简介 ......................................................................................................102 

5.7.2  

ADC输入 ......................................................................................................102 

5.7.3  

ADC寄存器 ..................................................................................................103 

5.7.4  

ADC转换结果 ..............................................................................................105 

5.7.5  

单个 ADC转换 .............................................................................................105 

5.7.6  

实验:片内温度传感器实验 ........................................................................105 

5.8睡眠定时器 

................................................................................................................106 

5.8.1  

睡眠定时器简介 ............................................................................................106 

5.8.2  

睡眠定时器寄存器 ........................................................................................107 

5.8.3  

实验:睡眠定时器唤醒实验 ........................................................................107 

5.

9时钟和电源管理 ........................................................................................................ 111 

5.9.1  

CC2530电源管理简介 .................................................................................. 111 

5.9.2  

CC2530电源管理控制 .................................................................................. 111 

5.9.3  

CC2530振荡器和时钟 ..................................................................................112 

5.9.4  

实验:中断唤醒系统实验 ............................................................................112 

5.10看门狗 

......................................................................................................................114 

5.

10.1看门狗模式 ................................................................................................115 

5.

10.2定时器模式 ................................................................................................115 

5.

10.3看门狗定时器寄存器 ................................................................................115 

5.

10.4实验:看门狗实验 ....................................................................................116 

5.11  DMA.........................................................................................................................118 

5.11.1

  DMA操作..................................................................................................118 

5.11.2

  DMA配置参数..........................................................................................119 

5.11.3

  DMA配置安装..........................................................................................121 

5.11.4实验: DMA传输......................................................................................122  思考题.................................................................................................................................125 

第 6章常用传感器 .................................................................................................................126 

6.

1数字温湿度传感器 DHT11 .......................................................................................126 

6.1.1  

DHT11简介...................................................................................................126 

6.1.2  

DHT11典型应用电路 ...................................................................................126 

6.1.3  

DHT11串行接口...........................................................................................126 

6.1.4  

DHT11串行接口通信过程 ...........................................................................127 

6.1.5  

实验: DHT11实验.......................................................................................128 

6.

2红外人体感应模块实验 ............................................................................................131 

6.2.1  

红外人体感应模块功能特点 ........................................................................131 

6.2.2  

实验:红外人体感应模块实验 ....................................................................132 

6.

3结露传感器实验 ........................................................................................................132 

6.3.1  

结露传感器 HDS05特性曲线 ......................................................................132 

6.3.2  

结露传感器 HDS05电路设计 ......................................................................133 

6.3.3  

实验:结露传感器实验 ................................................................................133 

6.

4烟雾传感器模块 ........................................................................................................135 

6.4.1  

烟雾传感器模块的功能特点 ........................................................................135 

6.4.2  

实验:烟雾传感器模块实验 ........................................................................135 

6.

5光强度传感器模块 ....................................................................................................136 

6.5.1  

数字光模块 GY-30介绍 ...............................................................................136 

6.5.2  

I2C总线介绍 .................................................................................................137 

6.5.3  

实验:光强度传感器模块实验 ....................................................................138  思考题.................................................................................................................................142 

第 7章 CC2530实现红外通信 ..............................................................................................143 

7.1红外通信简介 

............................................................................................................143 

7.1.1  

红外通信的特点 ............................................................................................143 

7.1.2  

红外发射和接收 ............................................................................................143 

7.1.3  

红外遥控发送和接收电路 ............................................................................144 

7.1.4  

红外发射电路 ................................................................................................145 

7.1.5  

NEC协议.......................................................................................................145 

7.

2实验:中断方式发射红外信号 ................................................................................145 

7.3实验:

PWM方式输出红外信号 ..............................................................................150 

7.

4实验:红外接收实验 ................................................................................................154 

第 8章 Z-Stack协议栈...........................................................................................................158 

8.1

  Z-Stack协议栈基础...................................................................................................158 

8.1.1  

Z-Stack协议栈简介 ......................................................................................158 

8.1.2  

Z-Stack协议栈基本概念 ..............................................................................158 

8.1.3  

Z-Stack的下载与安装 ..................................................................................160 

8.2

  Sample Application工程 ...........................................................................................161 

8.2.1

  Sample Application工程简介 .......................................................................161 

8.2.2

  Sample Application工程概况 .......................................................................163 

8.2.3

  Sample Application工程初始化与事件的处理............................................163 

8.2.4

  Sample Application工程事件的处理函数....................................................164 

8.2.5

  Sample Application工程流程 .......................................................................165 

8.3  

OSAL循环.................................................................................................................169 

8.3.1  

Z-Stack的任务调度 ......................................................................................169 

8.3.2  

Z-Stack主函数 ..............................................................................................170 

8.3.3  

Z-Stack任务的初始化 ..................................................................................171 

8.3.4  

Z-Stack的系统主循环 ..................................................................................172 

8.

4数据的发送和接收 ....................................................................................................174 

8.4.1  

网络参数的设置 ............................................................................................174 

8.4.2  

数据的发送 ....................................................................................................176 

8.4.3  

数据的接收 ....................................................................................................178 

8.5修改 

LED驱动 ..........................................................................................................180 

8.6修改按键驱动 

............................................................................................................183 

8.6.1  

Z-Stack的按键机制概述 ..............................................................................183 

8.6.2  

Z-Stack按键的宏定义 ..................................................................................184 

8.6.3  

Z-Stack按键初始化代码分析 ......................................................................184 

8.6.4  

Z-Stack按键的配置 ......................................................................................186 

8.6.5  

Z-Stack轮询方式按键处理 ..........................................................................188 

8.6.6  

Z-Stack中断方式按键处理 ..........................................................................193 

8.7

  Z-Stack 2007串口机制 ..............................................................................................198 

8.7.1  

串口配置 ........................................................................................................198 

8.7.2  

串口初始化 ....................................................................................................199 

8.7.3  

串口接收数据 ................................................................................................203 

8.7.4  

串口发送数据 ................................................................................................207 

8.8

  Z-Stack启动分析 ......................................................................................................209 

8.8.1  

启动配置 ........................................................................................................209 

8.8.2  

Z-Stack启动相关概念 ..................................................................................209 

8.8.3  

SampleApp工程协调器启动过程分析 ........................................................213 

8.9  

ZigBee绑定机制 .......................................................................................................216 

8.10 

SimpleApp工程.......................................................................................................217 

8.10.1 

SimpleApp的打开.....................................................................................217 

8.10.2 

SimpleApp启动分析 .................................................................................218 

8.11灯开关实验 

..............................................................................................................219 

8.11.1  SimpleController.c......................................................................................219 

8.11.2  SimpleSwitch.c...........................................................................................222 

8.11.3灯开关实验其他函数分析 ........................................................................226 

8.

12传感器采集实验 ......................................................................................................226 

8.12.1 SimpleCollector.c.......................................................................................226 

8.12.2 SimpleSensor.c...........................................................................................228 

8.13 

GenericApp 工程......................................................................................................229 

8.13.1 

GenericApp 工程概述 ...............................................................................229 

8.

13.2关键函数分析 ............................................................................................230 

8.13.3 

GenericApp工程实现数据的收发 ............................................................231 

第 9章智能家居系统 .............................................................................................................234 

9.

1智能家居系统设计 ....................................................................................................234 

9.1.1  

智能家居系统的需求分析 ............................................................................234 

9.1.2  

智能家居系统分析 ........................................................................................234 

9.1.3  

智能家居系统软件设计 ................................................................................235 

9.

2智能家居系统开发环境的搭建 ................................................................................235 

9.2.1  

Mini6410 ARM11开发板 .............................................................................236 

9.2.2  

建立 Android应用开发环境 .........................................................................236 

9.2.3  

在 Android程序中访问串口 .........................................................................239 

9.2.4 

Android上的 Servlet服务器 i-jetty..............................................................240 

9.

3智能家居系统下位机程序设计 ................................................................................241 

9.3.1  

下位机程序设计思路 ....................................................................................241 

9.3.2  

一键报警功能下位机实现 ............................................................................241 

9.3.3  

水浸报警功能下位机实现 ............................................................................242 

9.3.4  

中断方式报警的红外入侵传感器的实现 ....................................................243 

9.

4智能家居系统设置模块 ............................................................................................244 

9.4.1  

SQLite简介 ...................................................................................................244 

9.4.2 

Android系统中 SQLite数据库的操作 ........................................................245 

9.4.3  

智能家居系统设置模块的实现 ....................................................................246 

9.

5智能家居系统监听服务 ............................................................................................248 

9.5.1 Android Service..............................................................................................248 

9.5.2 

Android多线程..............................................................................................249 

9.5.3  

短信的发送与接收 ........................................................................................250 

9.5.4  

智能家居系统监听服务的实现 ....................................................................251 

9.6

  Web方式访问智能家居系统 ....................................................................................255 

9.6.1  

ContentProvider简介.....................................................................................255 

9.6.2  

ContentProvider操作.....................................................................................256 

9.6.3  

创建 ContentProvider.....................................................................................258 

9.6.4  

Web方式访问智能家居系统的实现............................................................258 

第 10章智能温室系统 ...........................................................................................................264 

10.1  

智能温室系统设计 ..................................................................................................264 

10.1.1  

智能温室定义 ............................................................................................264 

10.1.2  

智能温室系统的需求分析 ........................................................................264 

10.1.3  

智能温室系统分析 ....................................................................................264 

10.2  

入侵检测、水浸检测和烟雾报警的实现 ..............................................................265 

10.2.1  

学习板的改进 ............................................................................................265 

10.2.2  

入侵检测的实现 ........................................................................................265 

10.2.3  

水浸检测的实现 ........................................................................................269 

10.2.4  

烟雾检测的实现 ........................................................................................270 

10.3  

Wi-Fi模块的使用....................................................................................................271 

10.4  PHP...........................................................................................................................273 

10.4.1  

PHP简介....................................................................................................273 

10.4.2  

PHP语法概述............................................................................................274 

10.4.3  

PHP例程....................................................................................................275 

10.5  Drupal.......................................................................................................................276 

10.5.1  

Drupal简介................................................................................................276 

10.5.2  

环境功能的实现 ........................................................................................283 

10.5.3  

控制功能的实现 ........................................................................................298 

10.6  

温湿度检测的实现 ..................................................................................................305 

10.6.1  温湿度传感器 DHT11模块的连接 ..........................................................305 

10.6.2  Enddevice.c................................................................................................306 

10.6.3  Coordinator.c..............................................................................................309 

10.6.4  s7396.php ...................................................................................................309 

10.7  

光照度检测的实现 ..................................................................................................310 

10.7.1  GY-30数字光模块简介 ............................................................................310 

10.7.2  Enddevice.c................................................................................................311 

10.7.3  Coordinator.c..............................................................................................317 

10.7.4  S8657.php...................................................................................................318 

10.8  

一键报警的实现 ......................................................................................................318 

10.8.1  Enddevice.c................................................................................................319 

10.8.2  Coordinator.c..............................................................................................319 

10.8.3  alert.php......................................................................................................320 

10.9  

远程控制设备的实现 ..............................................................................................320 

10.9.1  

继电器简介 ................................................................................................320 

10.9.2  

远程控制设备处理流程 ............................................................................321 

10.9.3  Enddevice.c................................................................................................322 

10.9.4  Coordinator.c..............................................................................................323 

10.9.5  lamp.php.....................................................................................................325 

10.

10微信小程序访问智能温室系统 ............................................................................326 

10.

10.1微信小程序简介 .....................................................................................326 

10.

10.2微信小程序访问智能温室系统的实现 .................................................326 

10.10.3  lol6216.php .............................................................................................331 

10.

11智能温室系统休眠功能的实现 ............................................................................332  思考题.................................................................................................................................333 

第 11章学生考勤管理系统 ...................................................................................................334 

11.

1学生考勤管理系统设计 ..........................................................................................334 

11.1.1  

校园一卡通学生考勤管理系统的组成 ....................................................334 

11.1.2  

校园一卡通学生考勤管理系统的可行性分析 ........................................334 

11.1.3  

校园一卡通学生考勤管理系统的需求分析 ............................................335 

11.

2学生考勤管理系统的时钟功能的实现 ..................................................................335 

11.2.1  

DS1302实时时钟电路 ..............................................................................335 

11.2.2  

DS1302实时时钟模块 ..............................................................................335 

11.2.3  

DS1302实时时钟模块的操作说明 ..........................................................335 

11.2.4  

DS1302时钟模块例程 ..............................................................................337 

11.2.5  

Z-Stack中使用 DS1302时钟模块实现显示时间的功能 ........................340 

11.

3学生考勤管理系统读卡功能的实现 ......................................................................341 

11.3.1  

RFID介绍 ..................................................................................................341 

11.3.2  

M104BPC读写模块 ..................................................................................342 

11.3.3  

例程 ............................................................................................................346 

11.3.4  

Z-Stack实现读卡功能 ...............................................................................351 

第 12章 ZigBee 3.0 .................................................................................................................353 

12.1  ZigBee 3.0简介 .......................................................................................................353 

12.1.1  Z-Stack 3.0.2 ..............................................................................................353 

12.1.2  BDB............................................................................................................354 

12.1.3  Z-Stack 3.0.2数据发送实验 .....................................................................356 

12.2  ZCL ..........................................................................................................................360 

12.2.1  

ZCL简介 ...................................................................................................360 

12.2.2  

ZCL开关命令实验 ...................................................................................360 

12.3  

ZCL属性的读写实验..............................................................................................365 

12.3.1  

ZCL属性读命令实验 ...............................................................................365 

12.3.2  

ZCL属性写命令实验 ...............................................................................369 

12.4  

CC2530节点与 CC2652R双协议节点的通信实验 ..............................................373 

12.4.1  

SimpleLink MCU平台 ..............................................................................373 

12.4.2  

多协议无线 MCU......................................................................................374 

12.4.3  CC2652R....................................................................................................374 

12.4.4  SIMPLELINK-CC13XX-CC26XX-SDK ..................................................375 

12.4.5  实验步骤 ....................................................................................................378 

12.5  

使用 Wireshark对 ZigBee网络进行抓包分析 ......................................................382 

思考题.................................................................................................................................387  参考文献.....................................................................................................................................388