1、無線傳感器網絡簡明教程無線傳感器網絡簡明教程（第（第2 2版）版）崔遜學崔遜學 左從菊左從菊 編著編著本章內容本章內容8.1 8.1 實驗背景和設計實驗背景和設計MicaMica系列傳感器網絡的編程實驗系列傳感器網絡的編程實驗學習安裝和使用學習安裝和使用CrossBowCrossBow公司的公司的MicaMica傳感器網絡，練習傳感傳感器網絡，練習傳感器網絡的基本應用，加深學生對傳感器網絡基本工作原理和器網絡的基本應用，加深學生對傳感器網絡基本工作原理和實現方法的理解，強化學生將傳感器網絡課本知識與工程實實現方法的理解，強化學生將傳感器網絡課本知識與工程實踐相結合的能力。踐相結合的能力。2 2

2、、實驗、實驗目的1 1、實驗名稱、實驗名稱8.1 實驗背景和設計PCPC機顯示數據機顯示數據發送與接受消息發送與接受消息事件驅動的傳感器數據獲取事件驅動的傳感器數據獲取掌握安裝掌握安裝TinyOSTinyOS操作系統操作系統實驗目標實驗目標8.1 實驗背景和設計 操作系統：安裝有操作系統：安裝有CygwinCygwin的的Windows 2000/XPWindows 2000/XP操作系統，或者安操作系統，或者安裝有裝有GCCGCC編譯器的編譯器的LinuxLinux操作系統。操作系統。 下載并安裝以下軟件：下載并安裝以下軟件：3 3、實驗所需軟件、實驗所需軟件 Cygwin (Cygwin

3、(http:/http:/);); WinAVR ( WinAVR (http:/http:/);); nesC ( nesC (http:/http:/);); Java JDK ( Java JDK (http:/ TinyOS ( TinyOS (http:/http:/ 實驗背景和設計 除了采用普通除了采用普通計算機以外，計算機以外，還需要的實驗還需要的實驗硬件設備清單硬件設備清單如圖：如圖：5 5、實驗設備、實驗設備8.1 實驗背景和設計 MIB510MIB510的具體型號為的具體型號為MIB510CAMIB510CA，下，下圖所示的各標號部件的含義如下：圖所示的各標號部件的含義如下

4、： 9 9針的針的RS232RS232接口。接口。 與與MICAzMICAz/MICA2/MICA2相連的相連的5151針接口。針接口。 與與MICA2DOTMICA2DOT相連的相連的1919針接口。針接口。 MICAzMICAz/MICA2 /MICA2 發光二極管指示器：紅、發光二極管指示器：紅、綠、黃。綠、黃。 編程指示器：發光二極管為綠色，表編程指示器：發光二極管為綠色，表示示“電源開啟電源開啟”；如果為紅色，表示；如果為紅色，表示“編程中編程中”。 編程接口開關：編程接口開關：On/OffOn/Off開關控制串行開關控制串行傳輸。傳輸。 臨時開關：復位編程處理器和臨時開關：復位編程

5、處理器和MoteMote。 1010針針JtagJtag接口。接口。 電源：電源：5V50mA5V50mA應用外接電源。應用外接電源。8.1 實驗背景和設計 Mica2 Mica2的具體型號的具體型號為為MPR400CBMPR400CB，各標號，各標號部件的含義分別如下：部件的含義分別如下： 5151針的接口針的接口( (插針插針型型) )。 電源電源On/OffOn/Off開關。開關。 外接電源的接口。外接電源的接口。 MMCXMMCX接口接口( (插孔插孔型型) )。8.1 實驗背景和設計 傳感器板的具體型傳感器板的具體型號為號為MTS300MTS300，各標號部，各標號部件的含義分別如下

6、：件的含義分別如下： 5151針的接口針的接口( (插座插座型型) )。 光傳感器。光傳感器。 聲音傳感器聲音傳感器(4kHz)(4kHz)。 蜂鳴器。蜂鳴器。8.1 實驗背景和設計8.2 實驗內容和步驟 (1) (1) 下載與安裝下載與安裝 TinyOSTinyOS操作系操作系統有兩種安裝方式，統有兩種安裝方式，一種是使用安裝向一種是使用安裝向導自動安裝，另一導自動安裝，另一種是全手動安裝。種是全手動安裝。不管使用哪種方式，不管使用哪種方式，都需要安裝相同的都需要安裝相同的RPMRPM。1 1、安裝、安裝TinyOSTinyOS8.2 實驗內容和步驟TinyOS1.1.0TinyOS1.1.

7、0、TinyOSTinyOS Tools 1.1.0 Tools 1.1.0、NesCNesC 1.1.0 1.1.0、CygwinCygwin、Support ToolsSupport Tools、Java 1.4 JDK & Java COMM Java 1.4 JDK & Java COMM 2.02.0、GraphvizGraphviz、AVR ToolsAVR Tools、avr-binutilsavr-binutils 、avr-libcavr-libc 20030512cvs 20030512cvs、avr-gccavr-gcc 3.3-tiny

8、os 3.3-tinyos、avarice 2.0.20030825cvsavarice 2.0.20030825cvs和和avravr-insight cvs-pre6.0-insight cvs-pre6.0-tinyostinyos。 這里介紹在這里介紹在WindowsWindows平臺下自動安裝平臺下自動安裝TinyOSTinyOS。 TinyOSTinyOS自動安裝程序的下載地址如下：自動安裝程序的下載地址如下：/tos/dist-/tos/dist-1.1.0/tinyos/wi

9、ndows/tinyos-1.1.0-lis.exe1.1.0/tinyos/windows/tinyos-1.1.0-lis.exe。 TinyOS 1.1.0TinyOS 1.1.0安裝向導提供的軟件包包括如下工具：安裝向導提供的軟件包包括如下工具：8.2 實驗內容和步驟 用戶可以選擇用戶可以選擇“完全完全”安裝和安裝和“自定義自定義”安裝安裝兩種類型之一。完全安裝包括以上所有內兩種類型之一。完全安裝包括以上所有內容，而自定義安裝允許用戶選擇自己需要的部容，而自定義安裝允許用戶選擇自己需要的部分。分。8.2 實驗內容和步驟 用戶需要選擇一個安裝目錄。所有選擇用戶需要選擇一個安裝目錄。所有選

10、擇的模塊都會安裝在這個目錄下。的模塊都會安裝在這個目錄下。以下稱這個以下稱這個安裝目錄為安裝目錄為INSTALLDIRINSTALLDIR，通常默認目錄為，通常默認目錄為C:Program FilesUCBC:Program FilesUCB，并假設我們選擇完，并假設我們選擇完全自動安裝的選項。全自動安裝的選項。8.2 實驗內容和步驟 PC PC工具驗證工具驗證 如果在如果在WindowsWindows平臺下使用平臺下使用TinyOSTinyOS開發環境，開發環境，“toscheck”toscheck”是一個專門用來檢驗是一個專門用來檢驗這些軟件是否正確安裝以及相應的環境變量是否設置完好的工具

11、。這些軟件是否正確安裝以及相應的環境變量是否設置完好的工具。 在在cygwin shellcygwin shell命令行的提示下，轉到命令行的提示下，轉到tinyos-1.x/tools/scriptstinyos-1.x/tools/scripts目錄，運行目錄，運行toschecktoscheck，輸出結果可能會報告環境變量設置不正確，輸出結果可能會報告環境變量設置不正確，TinyOSTinyOS運行檢查不通過。運行檢查不通過。8.2 實驗內容和步驟(2) (2) 軟件與硬件驗證軟件與硬件驗證根據系統的提示，需要自己設置一下環境變量。對于根據系統的提示，需要自己設置一下環境變量。對于Tin

12、yOSTinyOS 1.x 1.x的環境變的環境變 量設置問題，可以修改量設置問題，可以修改C:Program FilesUCBcygwinetcprofile.dtinyos.shC:Program FilesUCBcygwinetcprofile.dtinyos.sh文件，內容如下：文件，內容如下：# # 設置設置TinyOSTinyOS 根路徑根路徑export TOSROOT=/opt/tinyos-1.xexport TOSROOT=/opt/tinyos-1.x# # 設置設置TinyOSTinyOS 核心組件所在的目錄核心組件所在的目錄export TOSDIR=$TOSROOT

13、/export TOSDIR=$TOSROOT/tostos # # classpathclasspath 的設置需要根據自己的安裝路徑進行設置的設置需要根據自己的安裝路徑進行設置export CLASSPATH=.;$CLASSPATH;C:Program FilesUCBexport CLASSPATH=.;$CLASSPATH;C:Program FilesUCBcygwincygwinoptopttinyostinyos-.xtoolsjava-.xtoolsjavajavapath;Cjavapath;C:Program FilesUCB:Program FilesUCBcygwin

14、cygwinoptopttinyos-1.xtoolsjava;tinyos-1.xtoolsjava;# # 設置設置MakeMake入口點入口點export MAKERULES=$TOSROOT/tools/make/export MAKERULES=$TOSROOT/tools/make/MakerulesMakerules8.2 實驗內容和步驟重新啟動重新啟動cygwincygwin之后，再運行之后，再運行toschecktoscheck進行驗證，系統會報告安裝成功。進行驗證，系統會報告安裝成功。最后一行報告最后一行報告“toscheck completed without error

15、toscheck completed without error.”.”，這是十分重要的，這是十分重要的，只有只有顯式了這一行才表示安裝無誤顯式了這一行才表示安裝無誤；否則如果報告存在什么錯誤或問題，一；否則如果報告存在什么錯誤或問題，一定要先修補好。定要先修補好。8.2 實驗內容和步驟 硬件驗證硬件驗證 TinyOSTinyOS的的appsapps目錄下有一個應用程序目錄下有一個應用程序“MicaHWVerify”MicaHWVerify”，是，是專門用來測試專門用來測試mica/mica2/mica2dotmica/mica2/mica2dot系列硬件設備是否功能完好系列硬件設備是否功能完

16、好的驗證工具。的驗證工具。 對于傳感器節點在硬件編程時須對于傳感器節點在硬件編程時須注意注意：u 若使用配套的電源給編程接口板供電，將傳感器節點插到接若使用配套的電源給編程接口板供電，將傳感器節點插到接口板前要保證節點上的電池已取出；口板前要保證節點上的電池已取出；u 若利用傳感器節點上的電池給編程接口板供電，不需再接電若利用傳感器節點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源，并保證電池電量大于等于3.0V3.0V且節點上開關狀態為且節點上開關狀態為OnOn。如果。如果既外接電源，又采用電池供電，很可能會既外接電源，又采用電池供電，很可能會燒毀電路板燒毀電路板。8.2

17、實驗內容和步驟 這是運行這是運行hardware_checkhardware_check java java程序，輸出結果類似如下內容：程序，輸出結果類似如下內容： hardware_checkhardware_check started started Hardware verification successful. Hardware verification successful. Node Serial ID: 1 60 48 Node Serial ID: 1 60 48 fbfb 6 0 0 1e 6 0 0 1e l 這里返回遠端節點的序列號這里返回遠端節點的序列號，表示傳感器節

18、點之間進行無線通表示傳感器節點之間進行無線通信已經成功。信已經成功。如果遠端傳感器節點如果遠端傳感器節點關閉或工作不正常關閉或工作不正常，將返回提示將返回提示信息信息“Node transmission failure”Node transmission failure”。l 如果系統通過了上述測試，就可以進行如果系統通過了上述測試，就可以進行TinyOSTinyOS的開發工作了。的開發工作了。8.2 實驗內容和步驟n 該應用程序位于該應用程序位于apps/Sense apps/Sense 目錄，配置文件為目錄，配置文件為Sense.ncSense.nc，實現模塊文件為，實現模塊文件為Sens

19、eM.ncSenseM.nc。n 跟前面的例子一樣，在跟前面的例子一樣，在C:Program C:Program FilesUCBcygwinopttinyos-1.xappsSenseFilesUCBcygwinopttinyos-1.xappsSense目錄目錄下輸入命令：下輸入命令：make mica installmake mica install2 2、事件驅動的傳感器數據獲取、事件驅動的傳感器數據獲取8.2 實驗內容和步驟 TinyOS TinyOS支持的所有傳感器板都在支持的所有傳感器板都在tos/sensorboardstos/sensorboards目錄下，每個目錄對應一種型

20、號，目錄下，每個目錄對應一種型號，目錄名稱與主板名稱相一致。目錄名稱與主板名稱相一致。 這里這里ADCADC將光傳感器獲取的大樣本數據轉化為將光傳感器獲取的大樣本數據轉化為1010位位的數字，表示當節點在光亮處時的數字，表示當節點在光亮處時LEDLED關掉，在黑暗中關掉，在黑暗中LEDLED則發亮，因而將該數據的高三位求反。則發亮，因而將該數據的高三位求反。在在SenseM.ncSenseM.nc的函數的函數ADC.dataReady()ADC.dataReady()中有如下語句：中有如下語句：“display(7 - (data 7) & 0 x7);”display(7 - (data 7) & 0 x7);”，就是為了，就是為了實現這個用途。實現這個用途。8.2 實驗內容和步驟實驗步驟如下：實驗步驟如下： (1) (1) 將網絡節點將網絡節點Mica2Mica2通過串口與通過串口與MIB510MIB510編程板相連。編程板相連。 (2) (2) 打開打開C