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無線傳感網(wǎng)全功能實驗箱
一、平臺簡介
LGWL-PV6B型 無線傳感網(wǎng)全功能實驗箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多種短距離無線通訊模塊,*大亮點是將6LowPAN(IPv6)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議移植到傳感網(wǎng)應用層中,與ZigBee傳感網(wǎng)使用的ZStack協(xié)議棧并存,共同支持雙協(xié)議棧,實現(xiàn)傳感器節(jié)點可唯一尋址。采用三星Cortex-A9 S5P4418四核處理器作為智能網(wǎng)關,支持6LowPAN和ZStack雙協(xié)議解析,具有1GB內(nèi)存、8GB大容量存儲空間、7寸電容觸摸顯示屏、豐富的外圍接口,可板載GPS定位、WIFI/BT二合一通訊、4G移動通訊等多種模塊,內(nèi)嵌Android、Linux雙系統(tǒng),可一鍵切換。方便學校開展各種傳感器及通訊知識的教授、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和Android應用開發(fā)。系統(tǒng)提供豐富的實驗例程和實驗手冊,能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡、微控制器原理、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、Android移動應用開發(fā)等課程的教學與實踐。
二、平臺功能
各個傳感器節(jié)點具有監(jiān)測環(huán)境參數(shù)或設備驅(qū)動控制的功能;
傳感器節(jié)點可組建WiFi、藍牙、IEEE802.15.4三種無線網(wǎng)絡,通過Contiki操作系統(tǒng)和IPv6協(xié)議,實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的無線傳輸;
傳感器節(jié)點可組建ZigBee無線網(wǎng)絡,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸;
網(wǎng)關與節(jié)點具有CoAP應用協(xié)議通信的功能;
網(wǎng)關應用軟件通過CoAP服務和串口服務,將WiFi、藍牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控節(jié)點數(shù)據(jù)解析處理,在網(wǎng)關的Mesh拓撲圖中實時流動地顯示傳感器數(shù)據(jù)的上、下行走向;
網(wǎng)關應用軟件展示的傳感器節(jié)點,可隨意拖動,不會影響網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構和數(shù)據(jù)流向。
可在拓撲圖中點擊任一種傳感器節(jié)點,進入下一級界面,查看當前傳感器節(jié)點的采樣數(shù)值、曲線形式展示,或控制設備開關狀態(tài)。
溫濕度節(jié)點采樣曲線展示
紅外對射傳感器的狀態(tài)監(jiān)測
三、平臺特點
適合多種物聯(lián)網(wǎng)課程:可滿足智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)移動應用開發(fā)等課程實驗。
多網(wǎng)融合:引入藍牙、WiFi、IEEE802.15.4多種組網(wǎng)方式,多網(wǎng)融合,統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議標準,COAP應用通信協(xié)議;同時提供ZigBee組網(wǎng)。
身份唯一:WiFi、藍牙、IEEE802.15.4傳感器節(jié)點統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議組網(wǎng)通信,具有唯一的網(wǎng)絡地址。
結(jié)構統(tǒng)一:藍牙、WiFi、IEEE802.15.4等節(jié)點統(tǒng)一采用Cortex-M3嵌入式處理器、Contiki操作系統(tǒng)和6Lowpan IPv6協(xié)議實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee節(jié)點采用CC2530同時擔當傳感器采集與無線通信。所有節(jié)點采用處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊與底板統(tǒng)一插拔連接的形式,每個節(jié)點自帶OLED屏顯示網(wǎng)絡信息、組網(wǎng)狀態(tài)、以及傳感器采樣數(shù)值。結(jié)構如圖所示。
一鍵切換:網(wǎng)關支持Android和Linux雙系統(tǒng),一次燒寫,一鍵切換,默認運行Android系統(tǒng)。減少燒寫系統(tǒng)消耗的時間,方便不同興趣的用戶快速進入開發(fā)狀態(tài)。
拓撲展示:以拓撲圖形式展示節(jié)點與網(wǎng)關服務的連接關系,實時流動地顯示傳感器數(shù)據(jù)的上行、下行走向。
四、課程實驗
4.1 單片機與傳感器
4.3 基于IPV6的Contiki多網(wǎng)融合實驗
六、技術指標
6.1 標配參數(shù)
七、選配模塊的參數(shù)
(一)NB-IoT溫濕度控制模塊(CC2530解決方案)
1.參數(shù)
由ZigBee通信模塊、NB-IoT通信模塊、插針方式與接口底板連接,NB-IoT通訊模塊背面有SIM卡插槽。采用CC2530芯片作微控制器,運行ZStack2007協(xié)議棧,通過AT命令配置NB-IoT模塊入網(wǎng)。
板載SHX溫濕度傳感器和LED燈。
通信方式:同時支持ZigBee組網(wǎng)傳輸、NB-IoT窄帶通信兩種方式。
供電電源:DC5V
2.實驗
NB-IoT實驗要求不少于5個,包括NB-IoT模塊的AT指令配置測試實驗、NB-IoT溫濕度傳感器采集傳輸實驗、NB-IoT板載LED的遠程開關控制實驗、NB-IoT云平臺后臺UDP開發(fā)實驗、Web前端用戶登錄實驗等
(二)NB-IoT無線節(jié)點(STM32方案)
(1)具備NB-IOT低功耗無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接入;
(2)射頻芯片:BC95 NB-IOT無線芯片,支持電信網(wǎng)絡,頻段:850MHz,支持3GPP Rel-13以及增強型AT指令;
(3)通信速率可達100kbps,靈敏度:-129dBm,+23dBm功率輸出;
(4)提供USB串口調(diào)試接口,標準SIM卡槽;
(5)主芯片:STM32F103,支持標準AT指令集;
(6)板載信號指示燈:電源、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù),兩路功能按鍵,兩路串口;
(7)板載USB調(diào)試串口, ARM仿真器接口;
(9)5組RJ12電話線接口、4組RJ45以太網(wǎng)接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模擬量、I/O輸入輸出等多種有線信號,可通過扁平電話線、扁平網(wǎng)線直接與實際工業(yè)傳感器或外設連接,進行傳感器采集與執(zhí)行器控制。
(三)LoRa傳感器節(jié)點
(1)具備LoRa低功耗無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接入;
(2)采用嵌入式無線數(shù)傳模塊,LoRa擴頻調(diào)制技術,工作頻率為 410-510MHz,高靈敏度:-144.1dBm,+20dBm功率輸出;
(3)支持FSK、GFSK、LoRa調(diào)制方式;
(4)傳輸距離:可視、開闊,超遠通信距離5km傳輸;
(5)主芯片:STM32F103,支持標準AT指令集;
(6)板載信號指示燈:電源、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù),兩路功能按鍵,兩路串口;
(7)板載USB調(diào)試串口, ARM仿真器接口;
(8)5組RJ12電話線接口、4組RJ45以太網(wǎng)接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模擬量、I/O輸入輸出等多種有線信號,可通過扁平電話線、扁平網(wǎng)線直接與實際工業(yè)傳感器或外設連接,進行傳感器采集與執(zhí)行器控制。
LGWL-PV6B型 無線傳感網(wǎng)全功能實驗箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多種短距離無線通訊模塊,*大亮點是將6LowPAN(IPv6)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議移植到傳感網(wǎng)應用層中,與ZigBee傳感網(wǎng)使用的ZStack協(xié)議棧并存,共同支持雙協(xié)議棧,實現(xiàn)傳感器節(jié)點可唯一尋址。采用三星Cortex-A9 S5P4418四核處理器作為智能網(wǎng)關,支持6LowPAN和ZStack雙協(xié)議解析,具有1GB內(nèi)存、8GB大容量存儲空間、7寸電容觸摸顯示屏、豐富的外圍接口,可板載GPS定位、WIFI/BT二合一通訊、4G移動通訊等多種模塊,內(nèi)嵌Android、Linux雙系統(tǒng),可一鍵切換。方便學校開展各種傳感器及通訊知識的教授、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和Android應用開發(fā)。系統(tǒng)提供豐富的實驗例程和實驗手冊,能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡、微控制器原理、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、Android移動應用開發(fā)等課程的教學與實踐。
各個傳感器節(jié)點具有監(jiān)測環(huán)境參數(shù)或設備驅(qū)動控制的功能;
傳感器節(jié)點可組建WiFi、藍牙、IEEE802.15.4三種無線網(wǎng)絡,通過Contiki操作系統(tǒng)和IPv6協(xié)議,實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的無線傳輸;
傳感器節(jié)點可組建ZigBee無線網(wǎng)絡,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸;
網(wǎng)關與節(jié)點具有CoAP應用協(xié)議通信的功能;
網(wǎng)關應用軟件通過CoAP服務和串口服務,將WiFi、藍牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控節(jié)點數(shù)據(jù)解析處理,在網(wǎng)關的Mesh拓撲圖中實時流動地顯示傳感器數(shù)據(jù)的上、下行走向;
多網(wǎng)融合MeshTop圖 |
ZigBee組網(wǎng)拓撲圖 |
可在拓撲圖中點擊任一種傳感器節(jié)點,進入下一級界面,查看當前傳感器節(jié)點的采樣數(shù)值、曲線形式展示,或控制設備開關狀態(tài)。
溫濕度節(jié)點采樣曲線展示
紅外對射傳感器的狀態(tài)監(jiān)測
適合多種物聯(lián)網(wǎng)課程:可滿足智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)移動應用開發(fā)等課程實驗。
多網(wǎng)融合:引入藍牙、WiFi、IEEE802.15.4多種組網(wǎng)方式,多網(wǎng)融合,統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議標準,COAP應用通信協(xié)議;同時提供ZigBee組網(wǎng)。
身份唯一:WiFi、藍牙、IEEE802.15.4傳感器節(jié)點統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議組網(wǎng)通信,具有唯一的網(wǎng)絡地址。
結(jié)構統(tǒng)一:藍牙、WiFi、IEEE802.15.4等節(jié)點統(tǒng)一采用Cortex-M3嵌入式處理器、Contiki操作系統(tǒng)和6Lowpan IPv6協(xié)議實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee節(jié)點采用CC2530同時擔當傳感器采集與無線通信。所有節(jié)點采用處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊與底板統(tǒng)一插拔連接的形式,每個節(jié)點自帶OLED屏顯示網(wǎng)絡信息、組網(wǎng)狀態(tài)、以及傳感器采樣數(shù)值。結(jié)構如圖所示。
實驗箱的組成結(jié)構示意圖
類型豐富:支持溫濕度檢測、光強檢測、三軸加速度、煙霧檢測、熱釋紅外檢測、霍爾檢測、氣壓檢測、接近檢測、結(jié)露、超聲波、酒精檢測、繼電器控制、聲光控制、數(shù)碼管顯示等多種感控節(jié)點。一鍵切換:網(wǎng)關支持Android和Linux雙系統(tǒng),一次燒寫,一鍵切換,默認運行Android系統(tǒng)。減少燒寫系統(tǒng)消耗的時間,方便不同興趣的用戶快速進入開發(fā)狀態(tài)。
拓撲展示:以拓撲圖形式展示節(jié)點與網(wǎng)關服務的連接關系,實時流動地顯示傳感器數(shù)據(jù)的上行、下行走向。
四、課程實驗
4.1 單片機與傳感器
實驗類型 | 典型實驗名稱 | |
CC2530接口外設 |
實驗一、CC2530簡介及開發(fā)環(huán)境的搭建 實驗二、通用IO端口應用——控制LED燈點亮實驗 實驗三、通用IO端口應用——按鍵控制LED燈點亮實驗 實驗四、外部中斷應用——按鍵控制LED燈點亮實驗 |
實驗五、定時計數(shù)器T1應用——定時控制LED閃爍 實驗六、定時計數(shù)器T3應用——中斷控制LED閃爍實驗實驗七、串口的接收和發(fā)送實驗 實驗八、睡眠定時器的實驗 實驗九、看門狗實驗 |
CC2530傳感器 |
實驗一、光敏傳感器實驗 實驗二、結(jié)露傳感器實驗 實驗三、可燃氣體傳感器實驗 實驗四、溫濕度實驗 實驗五、光線實驗 |
實驗六、數(shù)字氣壓實驗 實驗七、三軸加速度傳感器實驗 實驗八、繼電器控制實驗 實驗九、LED蜂鳴器實驗 實驗十、火焰?zhèn)鞲衅鳈z測 |
STM32微控制器接口外設 |
實驗一、Led閃爍控制實驗 實驗二、按鍵檢測實驗 實驗三、串口通信實驗 實驗四、systick延時實驗 實驗五、IIC OLED實驗 實驗六、RTC實驗 |
實驗七、IWDG獨立看門狗實驗 實驗八、WWDG窗口看門狗實驗 實驗九、定時器實驗 實驗十、STM32內(nèi)部溫度傳感器實驗 實驗十一、STM32的DMA的實驗 |
STM32傳感器采集控制 |
實驗一、光敏傳感器實驗 實驗二、溫濕度傳感器實驗 實驗三、三軸加速度傳感器實驗 實驗四、霍爾檢測實驗 實驗五、紅外對射傳感器實驗 實驗六、煙霧傳感器實驗 |
實驗七、LED蜂鳴器傳感器實驗 實驗八、繼電器控制實驗 實驗九、雙數(shù)碼顯示實驗 實驗十、紅外接近傳感器檢測 實驗十一、大氣壓力傳感器檢測 實驗十二、結(jié)露傳感器檢測 |
4.2 無線傳感網(wǎng)實驗
實驗類型 | 典型實驗名稱 | |
CC2530無線射頻通訊 |
實驗一、點對點通信實驗 實驗二、廣播通信實驗 實驗三、RSSI信號強度實驗 |
實驗四、空中信道監(jiān)聽實驗 實驗五、無線遙控實驗 |
ZStack協(xié)議棧 |
實驗一、ZStack協(xié)議棧工程解析 實驗二、多點自組網(wǎng) 實驗三、信息廣播/組播 實驗四、網(wǎng)絡拓撲實驗-星型網(wǎng) |
實驗五、網(wǎng)絡拓撲實驗-網(wǎng)狀網(wǎng) 實驗六、ZStack綁定實驗 實驗七、ZStack串口應用 實驗八、溫濕度傳感器采集傳輸 |
Wifi組網(wǎng) |
實驗一、WiFi AT命令配置實驗 實驗二、WiFi AT命令配置STA實驗 實驗三、WiFi AT命令配置AP實驗 實驗四、WiFi AT命令配置STA+AP實驗 |
實驗五、WiFi RSSI強度實驗 實驗六、WiFi STA客戶端模式實驗 實驗七、WiFi STA服務器模式實驗 實驗八、WiFi Socket編程通信實驗 |
藍牙組網(wǎng) |
實驗一、藍牙技術簡介 實驗二、藍牙工作原理 實驗三、藍牙AT 指令簡介 |
實驗四、藍牙模塊配置 實驗五、STM32配置藍牙透傳實驗 |
RPL802.15.4組網(wǎng) |
實驗一、CC2530模塊簡介 實驗二、802.15.4協(xié)議簡介 實驗三、SLIP協(xié)議簡介 |
實驗四、PAN ID、CHANNEL簡介 實驗五、CC2530模塊單體測試實驗 實驗六、CC2530模塊結(jié)合測試實驗 |
基于STM32的Contiki-IPv6移植實驗 |
實驗一、ContikiOS系統(tǒng)移植 實驗二、LED控制 實驗三、Contiki多線程 實驗四、Contiki進程間通信 |
實驗五、按鍵位檢測 實驗六、定時器使用 實驗七、OLED顯示 |
基于IPv6的組網(wǎng)實驗 |
實驗一、Contiki網(wǎng)絡工程解析 實驗二、IPv6網(wǎng)關實驗 實驗三、WIFI 節(jié)點IPv6組網(wǎng)實驗 實驗四、藍牙節(jié)點IPv6組網(wǎng)實驗 |
實驗五、RPL802.15.4 IPv6組網(wǎng)實驗 實驗六、節(jié)點間IPv6-UDP通信實驗 實驗七、節(jié)點間IPv6-TCP通信實驗 |
4.4 IPv6網(wǎng)關綜合實驗
IPv6網(wǎng)關綜合實驗 |
實驗一、IPv6協(xié)議的多網(wǎng)融合框架 實驗二、傳感器FTBee數(shù)據(jù)通信協(xié)議 實驗三、基于UDP傳感器信息采集實驗 |
實驗四、基于COAP傳感器數(shù)據(jù)采集和設備控制實驗 實驗五、IPv6網(wǎng)絡拓撲綜合實驗 |
五、配置清單
序號 | 名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | Cortex-A9網(wǎng)關 | 1 | |
2 | 網(wǎng)關IO基礎擴展板 | 1 | |
3 | 三路繼電器模塊 | 1 | |
4 | ZigBee協(xié)調(diào)器 | 1 | |
5 | IEEE802.15.4主機 | 1 | |
6 | Cortex-M3核心板(IPv6協(xié)議) | 9 | |
7 | CC2530主控底板 | 3 | |
8 | 藍牙通信模塊 | 3 | |
9 | WiFi通信模塊 | 3 | |
10 | IEEE802.15.4通信模塊 | 3 | |
11 | ZigBee通信模塊 | 3 | |
12 | 繼電器控制模塊 | 1 | |
13 | 紅外對射傳感器模塊 | 1 | |
14 | 煙霧傳感器模塊 | 1 | |
15 | 雙數(shù)碼管顯示控制模塊 | 1 | |
16 | 溫濕度傳感器模塊 | 1 | |
17 | 光敏傳感器模塊 | 1 | |
18 | LED蜂鳴器控制模塊 | 1 | |
19 | 霍爾傳感器模塊 | 1 | |
20 | 三軸加速度傳感器模塊 | 1 | |
21 | 紅外接近傳感器模塊 | 1 | |
22 | 大氣壓力傳感器模塊 | 1 | |
23 | 結(jié)露傳感器模塊 | 1 | |
24 | 智能網(wǎng)關Android網(wǎng)絡拓撲綜合軟件 | 1 | |
25 | 基于IPv6的無線傳感網(wǎng)綜合應用軟件 | 1 | |
26 | ZigBee無線傳輸應用軟件 | 1 | |
27 | DC5V3A開關電源 | 1 | |
28 | 交叉串口線 | 1 | |
29 | 交叉網(wǎng)線 | 1 | |
30 | Mini USB數(shù)據(jù)線 | 1 | |
31 | 方口USB同步線 | 1 | |
32 | CC2530 Debugger調(diào)試器 | 1 | |
33 | TF卡讀寫器 | 1 | |
34 | 8G TF card | 1 | |
35 | USB轉(zhuǎn)串口線 | 1 | |
36 | J-link仿真器 | 1 | |
37 | 程序下載調(diào)試板V1.0 | 1 |
6.1 標配參數(shù)
貨物名稱 | 型號 | 指標參數(shù) |
無線傳感網(wǎng)全功能實驗箱 | LGWL-PV6B |
一、整體要求 1)能夠滿足單片機接口及應用、傳感器接口及應用、無線傳感網(wǎng)、嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式Linux應用開發(fā)、Android移動應用開發(fā)等課程要求。 2)能夠組建藍牙、WiFi、IEEE802.15.4、ZigBee四種無線網(wǎng)絡,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸; 3)能夠?qū)⑺{牙、WiFi、IEEE802.15.4無線網(wǎng)絡經(jīng)IPV6協(xié)議、Zigbee節(jié)點經(jīng)ZStack協(xié)議融合在一個拓撲圖中,在界面上顯示藍牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等節(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)或執(zhí)行器狀態(tài),并實時流動地顯示各個傳感器數(shù)據(jù)的上、下行走向; 4)要求藍牙、WiFi、IEEE802.15.4三種傳感器節(jié)點均具有唯一的IPv6地址,統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議組包通信。 5)要求網(wǎng)關支持Linux、Android雙操作系統(tǒng),支持一鍵燒寫、一鍵切換。 6)要求在保證網(wǎng)關接入互聯(lián)網(wǎng)的前提下,能夠配置接入云服務平臺,并實現(xiàn)移動端傳感器數(shù)據(jù)的采集顯示和執(zhí)行器的遠程控制。 二、硬件資源 1.Cortex-A9網(wǎng)關(1個) 1)核心板資源: (1)CPU:Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418,主頻1.4GHz; (2)GPU:MAIL-400,3D圖形加速 (3)內(nèi)存: 1GB DDR3; (4)EMMC: 8GB; (5)核心板+底板設計:核心板加裝屏蔽罩,郵票孔方式與底板連接,抗干擾能力更強,比插針式更穩(wěn)定可靠。要求引出核心板信號線,不少于188PIN。 2)網(wǎng)關主板資源: (1)LCD接口:7寸IPS電容屏(16:9),分辨率1024×600; (2)USB接口:2路USB_HOST 2.0輸出,1路USB OTG; (3)Ethernet接口:核心板內(nèi)置千兆IP,外加不超過3RMB的PHY芯片即可,支持10/100/1000M,RJ45接口; (4) 串口:2路3線RS232,1路TTL接口,1路RS485,1路Bluetooth; (5)CAN總線接口:1路; (6)RS485總線接口:1路; (7)HDMI 接口:HDMI1.4a,*大支持1920*1080高清數(shù)字輸出; (8)LVDS液晶屏接口:單通道,*大支持1920*1080; (9)攝像頭接口:1路CMOS并行接口,*大支持800萬像素; (10)AV接口:1路模擬視頻母口輸入; (11)外部存儲擴展接口:SD卡、TF卡接口; (12)音頻接口: 1路MIC輸入,1路1. 8w喇叭; (13)按鍵:1個復位按鍵、1個休眠喚醒按鍵,2個音量鍵; (14) 藍牙WiFi:板載藍牙WiFi二合一模塊; (15)Mini PCIe接口:標準可插入4G通信模模塊; (16)24Pins應用擴展接口:用于處理器外設接口擴展功能,包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8個GPIO,5V電源。 2.網(wǎng)關IO基礎擴展板(1個) 由網(wǎng)關直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點,使用較少IO擴展更多功能,默認地址0x01。1路可調(diào)電位器模擬AD采樣通道,1路PWM驅(qū)動的蜂鳴器,5個觸摸按鍵,5個LED指示燈。 3.三路繼電器擴展板(1個) 由網(wǎng)關直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點,使用較少IO擴展更多功能,默認地址0x10。 可控制3路繼電器,線圈機械式觸點,1個常開,1個常閉,*大負載10A/277V AC。 4. ZigBee協(xié)調(diào)器(1個) 與網(wǎng)關的TTL UART連接。采用CC2530單片機外設接口、射頻通信與ZStack協(xié)議棧的方案,具備Zigbee建網(wǎng)功能,具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈,2個功能按鍵,提供傳感器模塊接口、RS232接口、調(diào)試下載接口。 5. IEEE802.15.4主機(1個) 與網(wǎng)關的TTL UART連接。采用CC2530射頻功能與802.15.4的從機組建射頻網(wǎng)絡,接收從機信息,向從機發(fā)送命令。具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈,2個功能按鍵,提供傳感器模塊接口、RS232接口、調(diào)試下載接口。 6.無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(12個) 1)微控制器主板硬件資源 (1)Cortex-M3核心主板(9個) 處理器基于ARM Cortex-M3核心的STM32F103,*高主頻72Mhz,內(nèi)部Flash 256KB,RAM 48KB。 具有1個0.96寸OLED屏,能夠顯示MAC地址、上下級關系、傳感器數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡信息等。 具有4個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈,2個功能按鍵、1個JTAG調(diào)試接口、1個24PIN的無線射頻接口,1組20*2PIN傳感器接口; 標配ARM仿真器、串口下載仿真調(diào)試轉(zhuǎn)接板。 運行IPv6協(xié)議棧實現(xiàn)無線通信的功能。 (2)CC2530核心主板(3個) 處理器基于CC2530F256,具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈,2個功能按鍵、1個JTAG調(diào)試接口、1個24PIN的無線射頻接口,1組20*2PIN傳感器接口; 標配下載仿真器。 2)無線傳感網(wǎng)通信模塊 (1)藍牙通信模塊(3個):采用UART接口的內(nèi)置協(xié)議棧方案,設置從機模式,與主機配對后,將微控制器采樣數(shù)據(jù)傳輸給主機。 (2)WiFi通信模塊(3個):采用UART接口的內(nèi)置TCP/UDP/HTTP協(xié)議棧方案,支持設置為AP、STA的工作模式,與網(wǎng)關通信后,將微控制器采樣數(shù)據(jù)傳送給主機,或者接收主機的控制命令控制執(zhí)行器。 (3)IEEE802.15.4通信模塊(3個):基于CC2530射頻組網(wǎng)通信方案,與邊界路由器組網(wǎng),實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的雙向交互。 (4)ZigBee通信模塊(3個):基于CC2530+ZStack協(xié)議棧組網(wǎng)通信方案,與Zigbee協(xié)調(diào)器組網(wǎng),實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的雙向交互。 3)傳感器通信模塊(12個) 接口至少包含GPIO/IIC/SPI/PWM/電源/地等信號。 兼容紅外接近開關、可燃氣體傳感器、繼電器控制、雙位數(shù)碼管顯示、溫濕度傳感器、光敏傳感器、LEDBEEP聲光執(zhí)行器、霍爾傳感器、三軸加速度傳感器、紅外對射傳感器、數(shù)字氣壓傳感器、凝露傳感器等。可直接接到主板傳感器接口板上,提供各類傳感器接口板的原理圖和技術手冊。 三、軟件資源 1.嵌入式操作系統(tǒng): 網(wǎng)關處理器支持Linux3.4、Android4.4、QT4.8或更高版本,節(jié)點支持Contiki2.7、Z-Stack2007,提供板載所有硬件接口及應用模塊的驅(qū)動和應用測試,開放源碼。 2. 網(wǎng)關操作系統(tǒng)燒寫: 提供Windows下一鍵刷機軟件,選擇需要更新的鏡像文件,可通過SD卡脫離PC機一鍵燒寫,也可通過USB線纜刷機,支持Uboot參數(shù)修改配置。系統(tǒng)支持一鍵燒寫雙系統(tǒng)Android和Linux,可一鍵切換。 3.支持嵌入式開發(fā)所必須的功能: 4G語音通話、短信、上網(wǎng),音頻錄放音功能,WIFI(支持AP熱點)、Ethernet上網(wǎng)功能,無線藍牙功能,模擬/數(shù)字攝像頭拍照、錄像功能,模擬攝像頭信號接入, GPS/北斗位置導航服務,HDMI音視頻輸出(支持1080P)。 4.無線傳感網(wǎng)多網(wǎng)融合拓撲展示應用軟件的功能: 能夠?qū)⑺{牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的傳輸方式,由網(wǎng)關解析后以拓撲圖的形式在界面上展示,并為上層應用提供統(tǒng)一的JSON數(shù)據(jù)格式。 網(wǎng)關界面可顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)、執(zhí)行器的狀態(tài),顯示傳感器節(jié)點的IPv6地址,能夠隨意拖動傳感器,而不改變網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構; 點擊網(wǎng)關上傳感器節(jié)點圖標,可進入二級界面查看傳感器的實時曲線走勢,或手動控制執(zhí)行器的開關。 具體包括:傳感器信息采集資源驅(qū)動實現(xiàn),控制傳感器動作資源驅(qū)動實現(xiàn),拓撲綜合應用程序信息采集圖標的實現(xiàn); ★支持IPv6和ZStack2007雙協(xié)議棧數(shù)據(jù)解析。 開發(fā)環(huán)境:Android Studio 5.ZigBee無線傳感網(wǎng)綜合應用軟件的功能: 具有傳感器采集、執(zhí)行器驅(qū)動控制、自組網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?br /> 提供基于Z-STACK2007協(xié)議棧的數(shù)據(jù)采集傳輸程序源碼V2.4.2以上版本。 開發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V7.60 for 8051 6.基于IPv6的無線傳感網(wǎng)綜合應用軟件的功能: 具有傳感器采集、執(zhí)行器控制,內(nèi)置Contiki2.7操作系統(tǒng),兼容IPv6協(xié)議棧實現(xiàn)無線通信的功能; 兼容藍牙、WIFI、IEEE802.15.4三種通訊模塊的驅(qū)動和傳輸。 開發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V7.60 for ARM 四、課程實驗要求 1.STM32微控制器接口應用基礎實驗不少于11個:LED燈控、外部中斷按鍵檢測、串口實驗、systick延時實驗、IIC屏顯示字符串實驗、RTC實驗、獨立看門狗實驗、定時器實驗、內(nèi)部溫度采集實驗、DMA實驗。 2.基于STM32的傳感器采集控制實驗不少于12個:光敏傳感器實驗、溫濕度傳感器實驗、三軸加速度傳感器實驗、霍爾檢測實驗、紅外對射傳感器實驗、煙霧傳感器實驗、LED蜂鳴器傳感器實驗、繼電器控制實驗、雙數(shù)碼顯示實驗、紅外接近傳感器檢測、大氣壓力傳感器檢測、結(jié)露傳感器檢測。 3.藍牙傳感網(wǎng)實驗不少于4個:環(huán)境搭建實驗、藍牙透傳實驗、藍牙無線點燈實驗、藍牙傳感器采集與控制實驗。 4.WiFi傳感網(wǎng)實驗不少于6個:環(huán)境搭建實驗、WiFi AT命令測試實驗、WiFi STA客戶端實驗、WiFi STA服務器實驗、WiFi無線通信實驗、WiFi傳感器采集與控制實驗。 5.IEEE802.15.4組網(wǎng)實驗不少于3個:802.15.4協(xié)議簡介、SLIP協(xié)議簡介、PAN ID與CHANNEL簡介、CC2530模塊單體測試實驗、CC2530模塊結(jié)合測試實驗。 6.CC2530射頻通信實驗不少于5個:點對點通信、廣播通信、RSSI信號強度、空中信道監(jiān)聽、無線遙控。 7.ZSTACK協(xié)議棧組網(wǎng)實驗不少于9個:ZSTACK協(xié)議棧簡介、ZStack協(xié)議棧工程解析、多點自組網(wǎng)、信息廣播/組播、網(wǎng)絡拓撲星型網(wǎng)、網(wǎng)絡拓撲樹型網(wǎng)、ZSTACK綁定、ZSTACK串口、ZSTACK溫濕度采集傳輸實驗、ZSTACK聲光傳輸控制實驗。 8.基于STM32的Contiki操作系統(tǒng)移植實驗不少于7個: ContikiOS系統(tǒng)移植、LED控制、Contiki多線程、Contiki進程間通信、按鍵位檢測、定時器使用、OLED顯示。 9.IPv6多網(wǎng)融合實驗不少于7個: Contiki網(wǎng)絡工程解析、IPv6網(wǎng)關實驗、WIFI 節(jié)點IPv6組網(wǎng)實驗、藍牙節(jié)點IPv6組網(wǎng)實驗、RPL802.15.4 IPv6組網(wǎng)實驗、節(jié)點間IPv6-UDP通信實驗、節(jié)點間IPv6-TCP通信實驗。 10.IPv6網(wǎng)關綜合實驗不少于5個: IPv6協(xié)議的多網(wǎng)融合框架、傳感器FTBee數(shù)據(jù)通信協(xié)議、基于UDP傳感器信息采集實驗、基于COAP傳感器數(shù)據(jù)采集和設備控制實驗、IPv6網(wǎng)絡拓撲綜合實驗。 |
(一)NB-IoT溫濕度控制模塊(CC2530解決方案)
1.參數(shù)
由ZigBee通信模塊、NB-IoT通信模塊、插針方式與接口底板連接,NB-IoT通訊模塊背面有SIM卡插槽。采用CC2530芯片作微控制器,運行ZStack2007協(xié)議棧,通過AT命令配置NB-IoT模塊入網(wǎng)。
板載SHX溫濕度傳感器和LED燈。
通信方式:同時支持ZigBee組網(wǎng)傳輸、NB-IoT窄帶通信兩種方式。
供電電源:DC5V
2.實驗
NB-IoT實驗要求不少于5個,包括NB-IoT模塊的AT指令配置測試實驗、NB-IoT溫濕度傳感器采集傳輸實驗、NB-IoT板載LED的遠程開關控制實驗、NB-IoT云平臺后臺UDP開發(fā)實驗、Web前端用戶登錄實驗等
(二)NB-IoT無線節(jié)點(STM32方案)
(1)具備NB-IOT低功耗無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接入;
(2)射頻芯片:BC95 NB-IOT無線芯片,支持電信網(wǎng)絡,頻段:850MHz,支持3GPP Rel-13以及增強型AT指令;
(3)通信速率可達100kbps,靈敏度:-129dBm,+23dBm功率輸出;
(4)提供USB串口調(diào)試接口,標準SIM卡槽;
(5)主芯片:STM32F103,支持標準AT指令集;
(6)板載信號指示燈:電源、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù),兩路功能按鍵,兩路串口;
(7)板載USB調(diào)試串口, ARM仿真器接口;
(9)5組RJ12電話線接口、4組RJ45以太網(wǎng)接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模擬量、I/O輸入輸出等多種有線信號,可通過扁平電話線、扁平網(wǎng)線直接與實際工業(yè)傳感器或外設連接,進行傳感器采集與執(zhí)行器控制。
(三)LoRa傳感器節(jié)點
(1)具備LoRa低功耗無線通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接入;
(2)采用嵌入式無線數(shù)傳模塊,LoRa擴頻調(diào)制技術,工作頻率為 410-510MHz,高靈敏度:-144.1dBm,+20dBm功率輸出;
(3)支持FSK、GFSK、LoRa調(diào)制方式;
(4)傳輸距離:可視、開闊,超遠通信距離5km傳輸;
(5)主芯片:STM32F103,支持標準AT指令集;
(6)板載信號指示燈:電源、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù),兩路功能按鍵,兩路串口;
(7)板載USB調(diào)試串口, ARM仿真器接口;
(8)5組RJ12電話線接口、4組RJ45以太網(wǎng)接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模擬量、I/O輸入輸出等多種有線信號,可通過扁平電話線、扁平網(wǎng)線直接與實際工業(yè)傳感器或外設連接,進行傳感器采集與執(zhí)行器控制。
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