实战微功耗SimpliciTI无线网络

一、什么是SimpliciTI无线网络？

 

无线节点和节点间，无线节点和无线网关间，要进行无线网络通讯，必然需要一个大家都明白的通讯规范和约定，这就是无线通讯的协议，SimpliciTI 通讯协议是一种入门级别的通讯协议；由美国TI公司开发， 是一种免费的通讯协议，协议非常小，只占了无线单片机闪存中的 8K字节。对于希望入门无线传感器网络和短距离无线数据通讯而言，是一个非常理想的敲门砖；SimpliciTI 通讯协议虽然很小，但是，麻雀虽小， 五脏俱全，SimpliciTI 通讯协议包括了网络加入，网络管理，低功耗，无线跳频通讯，网络抗干扰等多种技术，而这些技术，正是无线传感器网络的核心技术，对于初学者而言，掌握这些基本技术，将为进一步 学习ZigBee技术，WI-FI技术，蓝牙技术，3G通讯技术打下良好的基础.

 

SimpliciTI 的网络拓扑如图 1所示:

图1  SimpliciTI 的网络拓扑

SimpliciTI 通讯协议是一种软件协议栈，需要运行在TI CC2510或者CC1110无线单片机上，许多运行SimpliciTI 通讯协议协议栈的无线单片机，就构成了SimpliciTI 网络的基本部件，包括：网关（AP），终端节点（ED）和转发节点（RE）

 

CC系列无线单片机由一个高性能的8051微控制器和一个2.4GHZ的无线收发器集成组成，功能强大，价格低廉，芯片原理见图 2所示。

 

图2  CC2510无线单片机电路原来图 

 

二、    选择SimpliciTI无线网络开发工具

开发一个SimpliciTI 网络系统，其本质上和开发一个典型的单片机系统的过程类似，但是也有很多不同；类似的方面是都需要采用C51编程语言，设计嵌入式软件开发代码，都需要对这些代码进行编译和调试， 除错等；不同是涉及到高频无线通讯和多点网络无线通讯，需要有相关硬件（无线通讯模块，无线单片机开发工具，样板代码等）开发工具。

 

图三是一套无线龙通讯公司专门为开SimpliciTI 网络而设计的一套低价格开发工具DIYRF-2510。

           

 

图3 无线龙通讯公司 设计的DIYRF-2510

 

这套系统可能和面前市场上的单片机系统有很大的不同，包含了三个功能：

1、普通8051单片机学习功能 ，DIY RF-2510系统包括一个类似JTAG功能的非入侵式高级在线仿真器，在不占用单片机任何资源前提下，实现软件下载，单步，断点和在C语言水平下实时调试功能， 支持功能强大的IAR 电子平台C51编译，调试环境。

2、全功能基础低功耗无线网络功能展示和测试。

3、SimpliciTI无线基础网络软件协议栈学习和开发功能，包括协议栈源代码和表演软件代码；DIYRF-2510系统由一个无线网关（兼作单片机在线仿真器），两个无线节点成套而成，无线节点上有最新传感器和按键，显示功能, 系统全部工作在2.4GHZ 全球免执照频段。

更大的惊喜是DIYRF-2510 无线节点和网关板上，都有一个无线模块扩展插座，在插座上扩展上对应的无线龙无线模块，就可以容易升级到更高级的无线网络开发，例如 ZigBee网络开发。同时用同样方法， 我们也可以容易升级到我们陆续微功耗Wi-Fi、蓝牙 ，3G无线网络开发。DIY-2510开发系统全套系统零售价仅仅为395元人民币！用户到www.DIYRF.com 和 www.RFMCU.cn 就可以很容易买到；《无线电》 杂志2009年第9期以2万字的篇幅，详细介绍了这套系统的使用和如何入门简单无线网络。

 

一、    如何评估和测试SimpliciTI无线网络功能？

首先，我们需要对SimpliciTI无线基础网络的功能进行评估，了解SimpliciTI无线基础网络的性能和主要功能；你需要安装 DIYRF-2510开发系统, 该系统的低功耗无线网络结构图如图4所示。系统结构为使用一根USB电缆，连接网关节点到PC机，将网关通过无线网络获得的信息或者PC发出的命令，通过无线网络传输到节点。

 

无线节点板采用标准AAA电池供电，通过网络协议，以自组织方式加入网络，实现将传感器数据和操作信号，通过无线网络传输给无线网关(GATEWAY)。

 

图4 DIYRF-2510网络结

 

DIYRF-2510 具有两种功能，一是评估SimpliciTI无线基础网络的功能，二是对SimpliciTI无线基础网络进行软件开发测试；如果你运行SimpliciTI无线基础网络评估功能， 首先你需要安装无线龙DIYRF PC 监控软件，这非常容易，按照说明书的安装流程，很容易就完成了安装，你运行DIYRF 软件，PC会出现下面的图5的欢迎图画：

 

图5 DIY SimpliciTI无线网络

然后从这里将USB电缆接如PC机USB接口。

 

图6 连接你的网关到PC(USB)

点击开始，软件自动会搜索，网关的接口，然后出现下面画面如图7。

 

图7 网关节点在屏幕中

如图8，安装你的无线节点的电池，然后打开电池开关到ON，设定DIP开关在全部关闭－000，你可以看见图9画面。

 

图8 启动你的无线节点

 

图9 看到你的无线网络中的全部节点

然后你对照说明书，改变PC屏幕上的实验功能和无线节点上的DIP开关，确定进行下面丰富多彩的各种实验，包括无线门铃，无线温度计，无线遥控器，无线红绿灯，无线节能路灯控制，无线游戏摇杆等， 如图10所表示。

图10 各种无线网络实验

 

四、实战开发调试 SimpliciTI 无线网络软件和应用

作为一个开始，我们使用两个无线节点，不需要PC机，实现采用SimpliciTI软件协议栈相互遥控对方的节点板上的小灯的实际例子。
步骤是：1、安装IAR C51编译软件（需要自己到IAR网站下载评估版本）。
              2、按如下示意图十一连接仿真器到PC USB 口， 注意这次是不同USB接口。

 

图11 连接仿真器到PC USB 口

     3、根据需要将仿真器分别连接无线节点板，进行下载和调试，首先进行第一号节点，作为AP使用。
     4、打开工程软件，DIYRF.PRJ 如图12。该工程文件包括了SimpliciTI全部源代码和完整的工程文件，表演代码，作为设计者，你可以容易的修改无线通讯协议栈和你的应用代码，开发出各种实际无线网络应用产品；

 

图12 IAR平台 DIYRF工程文件和和源代码

    5、你可以在C语言源代码中，修改和定义你使用无线节点上那个按键发射（也可以做你自己的任何修改），然后继续编译，如果提示正确，说明你成功完成编译。
             6、点击下载，完成编译好的调试代码下载。
             7、退出下载。
             8、按启动（RESET）开始运行。
             9、仿真电缆连接 2号节点，定义为ED(终端节点) ，然后重复3－8步。
             10、1号 按下你在软件中 定义的按键，对方相应的灯会亮器，在重复一次，对方灯会熄灭；2号也有相同功能。
             11，实现了一个简单的采用软件修改，实现新的功能。

图13 自己DIY软件代码后，实现无线网络遥控功能

从这里出发，你可以采用软件实现各种SimpliciTI无线网络高级的功能，如1号板监视温度传感器变化，让无线网络连接2号板远程监视温度变化。又如可以将2号板固定到你的笔记本电脑上，监视加速度传感器， 如果有任何移动，2号板通过无线网络，向1号板发出报警信号（LED闪烁等），你也可以在LED控制线上并接蜂鸣器等，进行声音报警，实现笔记本电脑和贵重物品高级无线防盗功能，又如，可以继续增加购买无 线节点板，自己建设更复杂的多节点SimpliciTI无线传感器网络应用产品（SimpliciTI 单个网络最大可以支持255个节点）…..总之，DIYRF-CC2510提供了许多可能，只要你发挥你的智慧，可以变幻出无穷无尽 的软件代码和算法，实现你在广阔的无线海洋中，天高任鸟飞，海阔凭鱼跃的梦想。

 

五、继续学习更高级无线网络技术

大家知道ZigBee无线传感器网络技术，是一项建立在 IEEE802.15.4全球个人区域网标准之上的高级网络技术，他具有很多更加神奇的功能 ，例如大型多跳网状（AD-HOC）网络，强大抗干扰能力和高级网络自组织，自管理功能等等……..

 

我们只要将我们已经有的DIYRF-2510 上，插上DIYRF-2480 ZigBee升级套件（3个 无线龙通讯公司生产2480 ZIGBEE无线模块），3 分钟内就顺利简单完成了硬件升级。

 

图14是升级后的一个典型无线节点，但是，升级后，这已经是一个具有完整功能的ZIGBEE无线传感器网络节点了。

 

图14 升级后ZigBee无线传感器网络节点

同样，我们采用这样类似办法，可以容易升级开发更多的无线网络系统，包括WIFI,蓝牙，3G无线网络系统等。