XBee模組通訊實驗(五):API通訊模式與API訊息框資料分析

XBee裝置有兩種通訊模式:

  • AT:預設,序列埠收發的資料都直接轉發到RF天線。
  • API:把模組採集到的資料包裝成「訊息框(frame)」再發送。

之前的XBee文章都是用AT模式通訊,本文將採API模式。

XBee的API訊息框

XBee模組具備多個I/O腳位(參閱「XBee模組通訊實驗(一):認識ZigBee」)並內建一個微處理器,和感測器結合(如:溫濕度感測器),便能構成獨立的無線感測節點,傳回感測器的資料。

然而,XBee模組不支援條件判斷敘述,例如,它沒辦法執行「當溫度大於30度時,啟動風扇」這樣的敘述。因此,要構成「智慧型無線感測器」,還是得搭配其他微處理器(如:Arduino)運作。

本文將使用兩個XBee S1模組,一個設置成協調器、一個設置成終端;終端將每隔一秒鐘,傳送數位0腳(Xbee模組的第20腳)的輸入狀態給協調器。

設定讓XBee模組傳送腳位狀態時,它每次都會傳出它自身的位址和全部腳位狀態,並且包裝成如下的API訊息框格式

訊息框能夠傳送多種不同類型的資料,例如,代表模組腳位狀態的資料,或者控制遠端裝置的AT命令。為了分辨訊息框的資料類型,XBee模組規定了一系列不同的API識別碼。

筆者只測試過傳送模組腳位狀態的訊息框,其API識別碼為0x820x83

啟用XBee模組的API模式

將其中一個XBee模組設定成「協調器」,並且將“AP API Enable”參數,設定成“API enabled [1]”:

“AP API Enable”參數設定畫面

協調器參數設置:

參數 說明
CH (Channel) C 兩端的頻道一致
ID (PAN ID) 3332 兩端的網路ID要一致
DH 0
DL 12 設定成終端的MY位址。
MY (Source Address) 13 協調器的位址
CE (Coordinator Enable) 1 啟用協調器
AP (API Enable) 1 設置成API 1模式

設定完畢後,按下「鉛筆」圖示鈕寫入參數。

另一個XBee模組設置成「終端」,除了設置“AP API Enable”參數之外,還要將D0腳位設定成DI(Digital Input,數位輸入)IR(取樣速率)設定成1000(代表1000微秒):

終端參數設置:

參數 說明
CH (Channel) C 兩端的頻道一致
ID (PAN ID) 3332 兩端的網路ID要一致
DH 0
DL 13 協調器的位址
MY (Source Address) 12 終端的唯一位址值
CE (Coordinator Enable) 0
D0 DI 設置成Digital Input
IR (Sample Rate) 1000 每隔1000ms取樣一次
AP (API Enable) 1 設置成API 1模式

設定完畢後,按下「鉛筆」圖示鈕寫入參數。

API 1模式的訊息框格式

切換到「協調器」的「終端機」視窗,再按下「連線」鈕。您將注意到「終端機」視窗的畫面配置和之前的AT模式不同。協調器的「終端機」將每隔一秒收到終端傳入的API訊息:

協調器的終端機接收到終端的API訊息

上圖的每一行紅字,代表一則API訊息。點選其中一條訊息,將能在右邊的窗格顯示解析後的訊息內容。

底下是16位元位址的訊息框範例:

16位元位址的訊息框範例

訊息當中的各項元素重點說明:

  • 類別:代表API的模式,像此例的83(16進位值)代表此訊息框裡的XBee裝置位址是16位元的短位址。若「類別」值為82,則代表採用64位元的長位址。
  • 選項:預設為0,代表不使用特別功能。若「選項」值為20(16進位值),代表啟用AES加密。
  • 取樣數:代表每次探尋(採集)幾次接腳狀態,預設是1次(註:XBee S1模組的韌體似乎只支援每次採集一次)。
  • 通道遮罩:代表模組的哪些接腳有傳回資料,此例的0001,代表數位0腳。
  • 通道資料:各個接腳實際傳回的資料,此例的0001,代表數位0腳傳回1。

訊息框長度代表從「類別」到「通道資料」為止的位元組數,此例為10個位元組,因此其值是0A。驗證碼(checksum)的計算方式則是用0xFF減去訊息框資料的加總

訊息框的長度與驗證碼計算式

底下是採用64位元位址(XBee序號)的訊息框格式範例:

64位元位址(XBee序號)的訊息框格式範例

使用Arduino接收並解析API訊息框

假設我們把XBee模組(協調器)的序列埠接在Arduino的數位8和9腳。傳送API訊息框的終端,接上電源和一個開關。

XBee與Arduino的接線電路圖

底下的Arduino程式將能在「序列埠監控視窗」顯示接收到的訊息內容:

在此範例中,XBee模組傳入的實際資料位於第13個位元組,其餘的資料可以丟棄:

XBee模組傳入的訊息框內容

取出第13個位元組的程式碼可以寫成:

比較嚴謹的資料接收程式應該要核對檢驗碼,Andrew寫了一個Arduino適用的XBee程式庫,相關說明與程式範例請參閱xbee-arduino使用xbee-arduino程式庫時,XBee模組需要設定成API 2模式。

AP模式的設置選單

認識XBee模組的API 2模式

API 1和API 2的差別在於API 2的訊息框可包含跳脫字元(escape,也譯作逸出、脫逸)

若訊息框中出現具有特殊意義的字元值,該字元的前面會被加上0x7D跳脫,而且原有的字元要跟0x20做XOR運算(註:「驗證碼」是未跳脫字元的計算值)。需要跳脫的字元包括:

  • 0x7E:起始字元
  • 0x7D:跳脫字元
  • 0x11:XON控制字元,相當於Ctrl-Q,代表「請序列埠裝置開始傳送資料」。
  • 0x13:XOFF控制字元,相當於Ctrl-S,代表「請序列埠裝置停止傳送資料」。

以底下的“7E00022311CB”資料為例,在API 2的模式下,實際傳出的資料為“E0002237D31CB”。

API 2模式的跳脫字元訊息示範

6 thoughts on “XBee模組通訊實驗(五):API通訊模式與API訊息框資料分析

  1. 老師您好
    我想詢問一下,我可以用不同廠牌的Xbee模組做到訊息傳遞嗎?
    現在市面上的模組有很多,我想問的是我是否可以選擇其中一家的模組,然後與其他家的模組相連。
    當然ID,Pro都是要設置的對吧!

    1. hi rexchen:

      只要支援ZigBee,都可以互傳,就像WiFi無線基地台,不同廠牌都相容一樣。

      本篇文章使用的XBee模組是朋友借我測試的,早已經歸還,後續我就沒有做過XBee的相關實驗,拍謝~

      thanks,
      jeffrey

  2. 老師您好

    我想詢問一下
    1. Xbee S1 是否 無法和 Xbee S2做溝通?
    2. 若只使用兩個終端 和 一個 路由器可成立 網狀網絡?

    靜候您的回复..感謝

    1. hi 小丁:

      請參閱這一篇貼文,S1和S2兩者採用的通訊協定不同,我認為無法相連。

      這篇文章採用的S1模組是跟朋友借來的,當初借了兩個模組測試一對一連線,以及接收開關訊息,其他部份就沒有試過了,拍謝~

      thanks,
      jeffrey

    1. AT模式等同「透通(transparent)」模式,送到XBee模組的資料會立即發送給遠端裝置;傳送出去的訊息指包含目的地位址和資料;這是最簡單、可立即上手使用的操作方式,適合用於1對1通訊。

      API模式的資料必須以訊息框(frame)格式呈現,適合用在大規模佈署的應用。

      thanks,
      jeffrey

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