【技能大赛真题】2019年物联网国赛任务三题1-无线通信系统

XMF393 小蜜蜂笔记 / 广东职院  欧浩源

【题目要求】：无线通信系统

    Zigbee通讯拥有短距离无线通讯的能力，选用一个Zigbee节点盒（蓝色），一个Zigbee模块（黑色），实现点对点的数据传输通讯，考核选手Zigbee点对点知识的掌握，利用给定的工程实现任务。要求如下：
    <1> Zigbee网络号PAN ID、信道号Channel ID请参考纸质附件给定的值。
    <2> 程序开始运行Zigbee节点盒LED1、LED2灯亮，Zigbee模块D4、D3、D6、D5灯亮；
    <3> 单击Zigbee节点盒SW1后，板上的LED1、LED2灯进入交替亮灭状态（如LED1亮则LED2灭，LED2亮则LED1灭）；同时发送一个信息给Zigbee模块，当Zigbee模块收到这个信息后Zigbee模块板上的D4、D3、D6、D5灯进入流水灯状态。
    <4> 单击Zigbee模块上的SW1后，板上的D5、D6、D3、D4灯进入流水状态；同时发送一个信息给Zigbee节点盒，当Zigbee节点盒收到这个信息后Zigbee节点盒板上的LED1、LED2进入呼吸灯状态；
    <5> 单击Zigbee模块上的SW2后，重置两个Zigbee板上的灯，Zigbee模块D4、D3、D6、D5灯亮；Zigbee节点盒LED1、LED2灯亮。
    <6> 能重复实现以上步骤。
    <7> Zigbee节点盒要实现与PC端串口的通讯功能，以便接收PC端软件由串口发送过来的数据后，通过无线通讯转发给Zigbee模块，再由Zigbee模块将这个数据通过串口发送给Android端软件。
    <8> Zigbee模块要实现与Android端串口的通讯功能，以便接收Android端软件由串口发送过来的数据后，通过无线通讯转发给Zigbee节点盒，再由节点盒将这个数据通过串口发送给PC端软件。

补充说明：
    <1> 在两块Zigbee板上的小辣椒（天线）上贴上“任务三题1”标签纸，Zigbee节点盒通过USB转串口线接入开发机电脑，Zigbee模块通过公母直连串口线接入到移动互联终端，两个Zigbee板都要接上电源待裁判评判。
    <2> Zigbee节点盒与PC端连接的串口为COM8、波特率为115200，Zigbee模块与移动互联终端连接的串口为COM2，波特率为115200，要求编译后的工程软件直接运行就能读取到相应的信息。

    任务三题1的第<7>和<8>项功能，还是任务五题1第<3>和第<4>的实现基础，也就是说，这个RF无线数据透传功能无法实现，任务五题1的部分功能也无法得分。
任务五题1：点对点聊天系统。
    <3> 当在输入消息文本框里输入相应的文本之后，点击发送按钮，将这条文本信息显示在现实文本框的最后一行，同时把这条消息通过串口发送给任务三题1提供的Zigbee模块，由模块转发给Zigbee节点盒最终由PC端接收并显示该信息。
    <4> Android端接收到从Zigbee模块串口发送过来相应的信息，则直接把该信息显示在现实文本框的最后一行。

 

【硬件资源】Zigbee模块与Zigbee节点盒的电路对照

注：关于Zigbee模块的详细资料，可详见：XMF09B国赛ZIgbee模块资料汇总

 

【解题关键】：五个知识技能要点

    这是一道非常优秀的BasicRF综合应用题目，仅仅掌握BasicRF点对点无线通信相关的内容是很难在一个小时左右完成题目的。这道题目的重要知识点至少包括：
    <1> 基于BasicRF点对点通信的无线数据收发。
    <2> 基于BasicRF点对点通信的串口数据收发。
    <3> 基于BasicRF点对点通信的I/O端口控制。 
    <4> 呼吸灯的是程序现实。
    <5> 简单通信协议的设计。
    <6> 多状态切换的系统框架设计。

 

【解题参考思路】：大约归为七个步骤。

    <1> 认真阅读题目，至少三遍以上， 把题目中的要点摘录至草稿纸上。
    <2> 头脑中要初步形成总体的设计思路和清晰的实现步骤，最好能把基本的系统结构和应用逻辑勾勒过来，不然很难在短时间内完全解答该题目。
    <3> 先设计一个单独的程序，实现呼吸灯的功能。呼吸灯的实现跟BasicRF点对点通信没有关系，但应该是本题的一个难点，你可以选择用定时器来实现PWM信号，也可以用普通延时函数来实现。用定时器会涉及一些寄存器的设置和中断的处理，所以，我采用了普通延时函数来实现，这也是一个比较快捷的方法。
    <4> 再设计一个单独的程序，实现串口与RF无线之间的数据透传功能。也就是利用串口助手等工具在PC端通过串口向A节点发送数据，A节点收到后通过RF无线发送到B节点，B节点收到数据后，再通过串口发送给PC端并在另一个串口助手中显示出来。反之亦然。 
注：看起来这里虽然多写了2个测试程序，但这是为了扫除题目中最大的两个技术障碍，使后面的应用程序开发的道路更顺畅平台。如果你对这两部分内容很熟练的话，这个2个测试程序就免了。
    <5> 根据应用的具体要求和实现环境 设计点对点的通信协议。在这里我选择了32字节的数组作为无线传输的数据帧，其结构定义如下：
    第0字节：系统命令字。
    第1字节：数据域的有效长度。
    第2字节～第31字节：数据域。
    <6> 定义通信协议中系统命令字。本题选择状态机作为系统应用逻辑处理的基本思路，在这个步骤中实际上也把系统的具体切换状态确定了。 具体的命令字定义，大家可以参考后面的源码与注释。
    <7> 按照系统设计思路和通信协议，设计具体的应用程序，并调试。

【其他资源】

    <1> 参考代码可见：核心关键源码与注释

    <2> HEX烧写代码下载：2019年国赛任务三题1-Zigbee节点盒

    <3> HEX烧写代码下载：2019年国赛任务三题1-Zigbee模块