基于ZIGBEE协议的群机器人用户手册

中科鸥鹏Open Multi-Robots

物联网解决方案 -群机器人

用户手册

版本号：V1.0

深圳市中科鸥鹏智能科技有限公司

2011年5月

基于ZIGBEE协议的群机器人用户手册

中科鸥鹏，带您进入物联网时代！

基于ZIGBEE协议的群机器人用户手册

声明

深圳市中科鸥鹏智能科技有限公司 保留所有权力

深圳市中科鸥鹏智能科技有限公司（简称中科鸥鹏）保留在不事先通知的情况下，修改本手册中的产品和产品规格等文件的权力。

中科鸥鹏不承担由于使用本手册或产品不当，所造成的直接的、间接的、特殊的、附带的或相应产生的损失或责任。

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前 言

中科鸥鹏秉承工作导向的工程教育理念，将教育机器人的成功经验进行扩展，结合物联网的发展趋势及应用需求，推出Open Multi-Robots物联网系统构建、应用、实训和演示解决方案：通过各种传感器、无线通讯模块和嵌入式系统平台，把物品与无线网络连接起来，并进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。该方案具有安装简单，组装方便，成本低廉等优势，可广泛应用于各行各业的应用系统原型开发，如智能家居、智能实验室、精准农业及工业等等，实现环境信息的监测、道路管理、桥梁、隧道、建筑、水 、油 、电、气管网等资产管理；亦可面向各大高校及大专院校的专业教学及创新和竞赛，提供实验例程，便于学生熟悉和掌握物联网的构成与实际应用。

目前，公司已经成功研发出了eHome智能家居子系统解决方案，现在又推出了基于物联网系统的Multi-Robots群机器人解决方案。群机器人是以XBee无线节点的采集与控制为基础并集成ZigBee协议栈而构成的智能远程控制机器人运动的群机器人系统。现已经完成了对机器人本体的群系统构建。

Open-multi-Robots群机器人实验实训系统目标：

以小型机器人为本体，利用嵌入式开发平台、无线网络模块和智能传感器模块等，构建智能群机器人的各种运动状态，远程的环境信息由智能传感器模块通过无线传感网络模块进行自动组网，并将各类信息汇集到主控端。从而使学生可以掌握机器人的控制技术，物联网终端节点的软硬件开发、集成、和调试技术，以及路由器和协调器的集成、开发和调试技能。

在使用设备之前，请您详细阅读本手册，以便使您了解设备的性能，并充分使用好各项相关的功能。

技术支持和售后服务

电子邮件：open@http://www.77cn.com.cn 电 话：0755-86171153 传 真：0755-26985037

发函至 ：深圳市南山区沿山路中国科学院深圳现代产业技术创新和育

成中心3号楼304室（邮编：518067）

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目 录

前 言.........................................................................................................................................4 第一章 初识Open-multi-Robots...........................................................................................6

1-1 系统构成........................................................................................................................................6 1-2 组网基础........................................................................................................................................7 1-3 系统参数........................................................................................................................................8 第二章 系统安装....................................................................................................................10 2-1 使用前的准备..............................................................................................................................10 2-2 系统搭建......................................................................................................................................10 第三章 Open-multi-Robots群机器人软件.........................................................................12 3-1 X-CTU配置软件...........................................................................................................................12 3-2 终端设备编程软件.......................................................................................................................17 第四章 群机器人节点的使用................................................................................................18 4-1 引用..............................................................................................................................................18 4-2 机器人终端节点..........................................................................................................................18 第五章 维护及常见故障处理................................................................................................20 5-1 连接到协调器..............................................................................................................................20 5-2 常见的故障及处理方法...............................................................................................................20 第六章 注意事项....................................................................................................................21

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第一章 初识Open-multi-Robots

1-1 系统构成

OpenNet物联网解决方案由现场采集执行器、路由器、协调器、应用服务程序等几个部分组成。其系统结构如图1

所示。

图1 OpenNet系统结构

Open-multi-Robots群机器人系统是OpenNet物联网方案的应用实例，其系统框图如图2

所示：

图2 Open-multi-Robots系统框图

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1-1-1 协调器(物联网总控制台)

采用PC＋XBee通信模块构成协调器，实现数据的统一管理和控制等工作，通过PC机直接连接到Internet网络。

协调器功能：

选择信道和PAN ID (包括64-bit和16-bit)，启动网络； 能够允许路由器和终端设备加入网络； 能够辅助路由数据；

不能睡眠-需要保持带电。

1-1-2 路由器(物联网中转站-赋予扩展属性和数据管理属性）

采用51单片机处理器+XBee模块组成路由器硬件，这样可以利用51单片机实现本地数据的存储、路由、以太网传输等。

路由器特点：

必须加入ZigBee PAN，才能发送，接收或者路由数据； 加入后，能够允许其他路由器和终端设备加入网络； 加入后，能够辅助路由数据； 不能睡眠-需要保持带电。

1-1-3 现场采集执行器（终端设备）

采集执行器主要是利用中科鸥鹏较成熟的单片机教学板+智能传感器＋执行机构＋XBee模块构成，组合为一个个独立的无线终端节点。

终端设备特点：

必须加入ZigBee PAN，才能发送或者接收数据； 不能允许设备加入网络；

必须总是通过父节点发送和接收RF数据，不能路由数据； 能够进入低功模式下以保存能量，可以电池供电。

1-2 组网基础

Open-multi-Robots系统基于ZigBee网络进行组网，ZigBee网络被叫做个人局域网或者PANs.每个网络有唯一PAN识别符（PAN ID）定义。XBee ZB支持64-bit(扩展)PAN ID和16 bit PAN ID。16-bit PAN ID被用于在所有数据传输中。64-bit PAN ID用于解决16-bit PAN ID冲突发生而不能使用的场合。ZigBee定义了三个不同的设备类型：协调器，路由器和终端设备。网络如图3所示。

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图3 ZigBee 网络拓扑图

1-3 系统参数

技术说明：XBee与ZigBee的关系：

XBee-ZB 是DIGI公司遵循 ZigBee标准开发的模块，其内部以ZigBee协议内运作,可以满足低成本低功耗无线传感器网络的特殊要求。该模块易于使用，极低的功耗，以及提供设备间关键数据的可靠传输。

由于设计上的创新，Xbee-Pro在范围上可以超越标准ZigBee模块的2-3倍。 根据DIGI的规划，以后Xbee还将支持多种无线协议。

1-3-1 XBee模块性能介绍

功能特点

XBee性能

室内/城市：达到30米 室外视距：达到 90米 发射功率：1mw(+0dBm) 接收器灵敏度：-92dBm RF数据速率：250,000bps 发射电流：45mA(@3.3V) 接收电流：50mA(@3.3V) 掉电电流：<1uA@25°C XBee Pro 性能

室内/城市：达到 100m

室外视距：达到 1 mile（1.6 km） 发射功耗：100 mw (20 dBm) 接收器灵敏度：-102 dBm RF数据速率：250,000 bps 发射电流: 295 mA (@3.3V) 接收电流: 45 mA (@3.3V) 掉电电流: <1 uA @25°C 高级网络和安全

重试和确认

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DSSS（直接序列扩频技术）

每个直接序列通道覆盖 65000 个唯一网络地址 支持点对点，点对多点和对等网络 自动路由，自我诊断，容错网状网络 支持加密

对射频模块无需配置

支持 AT 和 API 命令模式配置模块参数 小封装

扩展命令设置 免费 X-CTU软件

（测试和配置软件）

使用特点

1-3-2 Open-multi-Robots终端节点功能介绍

Open-multi-Robots终端节点主要由51单片机和XBEE通信模块组成，通过X-CTU软件对XBEE进行节点参数的设置，然后按照XBEE的正确接线方式把无线传感模块与51单片机连接起来。终端节点主要配合协调器和路由节点进行通信指令的执行。由用户通过上位机对终端节点发送指令，处于终端节点的机器人就会遵循该指令进行运动，并且会把机器人所携带的各种传感器信息传送给上位机，用户也可以根据终端节点回馈的传感器信息对机器人进行相应的操作。 1-3-3 Open-multi-Robots整体性能

单个节点RF速度最大为250,000 bps，根据连接单片机TTL串口通讯速度的设置，可达到不同的速度。一般情况下，系统控制周期为300毫秒/1次，但可根据系统节点的数目及规模的不同，最快可达到～50毫秒/次。

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第二章 系统安装

2-1 使用前的准备

计算机系统需求

用户将需要台式机或笔记本电脑，以便于运行Multi-Robots群机器人系统总控制软件，要求如下：

主流PC

WinXP及以上操作系统 具有USB端口 带光驱

能浏览互联网

电源要求

每路节点的供电要求：DC:+6v～+9V, 电流 500mA 路由器供电要求： DC:+6v～+9V, 电流 500mA

工具

螺丝起子 尖嘴钳

必要的连接线

预装软件

X-CTU 调试配置软件

Keil C51单片机编程软件

2-2 系统搭建

2-2-1 协调器硬件搭建

第一步：安装协调器驱动程序

在配套的光盘目录下，找到硬件驱动文件夹中找到 安装驱动程序。

第二步：XBee模块（协调器）与PC机的连接，如下图4所示：

双击

图4 XBee模块与PC的连接

注意：USB连接上之后，计算机上面会提示，驱动程序安装成功，如果不成功，请仔细检查。

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Open Multi-Robots群机器人-用户手册

2-2-2 路由器和终端节点硬件搭建

XBee模块（路由器）与51单片机系统板硬件接线，实物图如图5

所示。

图5 XBee模块与51单片机系统板的连接

接线列表说明：

路由器

XBee模块 DOUT DIN +5V GND

连续旋转伺服电机 左边电机 右边电机

C51+AVR板 P1.0 P1.1

51单片机教学板 RXD TXD 5V GND

注意：所有的路由器接线一致，这里只列出一个例子。

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第三章 Open-multi-Robots群机器人软件

3-1 X-CTU配置软件

X-CTU是一个由Digi提供的基于Windows的应用程序。这一工具的作用是

XBee

模块的调试和配置工具，优点是有一个较为人性化的操作界面。

X-CTU是运行在Windows98 SE或以上版本。X-CTU可以直接从Digi的网站网上下载或光盘安装。当正确安装后，可以通过PC桌面上的图标启动或从开始菜单选择，如图5和图6所示。

图5 X-CTU快捷方式 图6 X-CTU启动菜单

启动后，软件显示含有4个选项卡并具有不同的功能，如图7所示，分别是：

PC设置（PC Settings）:允许用户选择及配置所需COM端口，以进行通信。

1. 传输距离测试(Range Test):允许用户使用两个XBee

模块进行距离及信号强度测试。 2. 终端（Terminal）:允许一个终端仿真工具访问计算机COM接口。这个标签还允许使用AT

命令操作XBee固件的能力

3. 配置调制解调器（Modem Configuration）:允许通过图形用户界面工具设置XBee固件的

能力。这个标签页允许用户更改固件版本。

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图7 X-CTU 软件界面

在首次使用配置调试解调器（Modem Configuration）读写固件时，可能会提示你更新和下载固件，这个过程你要确保你的计算机可以访问因特网才能顺利更新，如下图8所示。

图8 X-CTU下载及更固件

3-1-1 配置为协调器设备

对于协调器设备我们必须要把该XBee模块配置位协调器设备才可以充当协调功能使用，配置为协调器如图9所示，也可以按照如下描述进行配置。

第一步：安装完毕X-CTU软件后，运行 X-CTU软件。打开“Modem

Configuration”窗口，点击“Download new versions..”更新软件版本，以提高固件的可靠性。

第二步：点击“Read”读取XBee模块内固件版本。可以清楚的看到 XBee射

频模块上次设置的配置参数。

第三步：根据 XBee射频模块型号选择对应的XB24-ZB或者 XBP24-ZB。如果

读取过程弹出对话框，按下XBee USB适配板上的复位按键“Reset”即可。

说明：XB24-ZB版本固件为 1.25mW XBee ZB低功耗 ZigBee模块使用。 XBP24-ZB

版本固件为63Mw XBee-PRO ZB长通讯距离ZigBee模块使用。

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图9 设置为协调器设备

第四步：选择“Function set”为“ZIGBEE COORDINATOR AT ”模式，也就是

协调器 AT命令模式。

第五步：设置固件版本“Version”框为当前最新2070 版本。 第六步：其它设置参数如下：

PAN ID = 234

Destination address High 1

2

Destination address Low

Node Identifier = COORDINATOR

第七步：单击“Write”写入。写入过程中发现弹出对话框，按下 XBee USB适 配板上的复位按键“Reset”即可。

注意：在设置过程中，一旦发生固件多次无法写入或者读出，请按照设置过程设 置完相应参数后，勾选“Always update firmware”选项，进行强制烧写。此方式 慎用。 3-1-2 配置为路由器设备

如果要使用XBee模块的路由功能，则必须设置XBee模块相关的路由器功能对

应的参数，具体设置如图10所示，也可以按照如下描述进行配置。 第一步：单击“Read”按钮，读取模块存储的配置信息。

第二步：选择“Function set”为“ZIGBEE END ROUTER AT”模式，也就是终

端设备 AT命令模式。

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Destination address High 为协调器目标地址的高位。

Destination address Low 为协调器目标地址的低位，如果高位设置为 0，低位设置为FFFF则为广播模式，如果高位和低位设置成一个路由器的64位地址，那么说明从协调器发出的数据只有对应的路由器才能接收等。

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第三步：根据 XBee射频模块型号选择对应的XB24-ZB或者 XBP24-ZB。如果

读取过程弹出对话框，按下XBee USB适配板上的复位按键“Reset”

即可。

图10 设置为路由器模式

第四步：选择“Function set”为“ZIGBEE ROUTER AT”模式，也就是

路由器 AT命令模式。

第五步：设置固件版本“Version”框为当前最新2070 版本。 第六步：其它设置参数如下：

PAN ID = 234

Destination address High3 Destination address Low4 Node Identifier = R1

SM-Sleep Mode5=0-NO Sleep(ROUER)

第七步：单击“Write”写入。写入过程中发现弹出对话框，按下 XBee USB适

配板上的复位按键“Reset”即可。

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Destination address High-这个参数为路由器的目标地址的高位

Destination address Low-这个参数为路由器的目标地址的低位，如果这两个参数都设置为0 ，则说明默认的指向了协调器，可以根据具体的组网要求设置，在Multi-Robots 群机器人系统中采用的是动态的指向某一个设备，这样的话这里可以不要设置等。 5

如果是路由器的话，这里一定要设置为不许睡眠模式。

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3-1-3 配置为终端设备

对于终端设备，必须要对每一个终端的XBee模块设置相应的终端参数，主

要设置如图11所示，也可以按照如下描述进行配置。 第一步：单击“Read”按钮，读取模块存储的配置信息。

第二步：选择“Function set”为“ZIGBEE END DEVICE AT”模式，也就是终

端设备 AT

命令模式。

图11 设置为终端模式

第三步：设置固件版本“Versioin”框为当前最新2870 版本。 第四步：其它设置参数如下：

PAN ID = 234

Destination address High 6 Destination address Low 7 Node Identifier = E1

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Destination address High-这个参数为终端设备高位目标地址。

Destination address Low-这个参数为终端设备的低位目标地址，这两个参数可以直接指向协调器的地址，路由是可以自动路由数据的，如果你为了让路由器处理数据也可以指向某一个路由器的地址，ehome采用的是指向某一个路由器的地址，这样有利于路由器的封装数据等。

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