物聯網是通過各種傳感設備把物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡,可廣泛應用于各行各業,如把各種傳感器嵌入或裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中,形成物聯網,通過無線信息的收發,便于通訊和監管,不用數據線,成本低,使用便利。
KH-WAN物聯網創新實驗系統集成了多種傳感器模型以及多種無線組網模式,可實現多種物聯網構架,面向各大高校及大專院校的專業教學及創新和競賽,提供了眾多實驗例程,便于學生熟悉和掌握物聯網的構成及實際應用。物聯網創新實驗系統包括硬件設備、軟件資源、實驗資源三大部分。硬件設備包括微型無線傳感器、通用傳感器及被控對象、嵌入式網關、GPRS網絡設備和其他配套設備。軟件資源包括無線傳感器網絡軟件,嵌入式網關軟件,PC數據管理與分析軟件,實驗資源包括基于控制器的基礎實驗、傳感器信息采集實驗、無線信號收發實驗、Zigbee網絡通訊實驗、及組件控制實驗等,通過對這三部分資源的充分學習,可為物聯網工程應用打下堅實的基礎,并能通過不同傳感器的特性,不同網絡的組成形式,開發出更多實用性強的物聯網應用模式。
一、物聯網創新實驗系統硬件設備:
1、微型無線傳感器:
微型無線傳感器分為溫度,濕度,光電,觸力等多種傳感器。每個節點由MCU/RF部分、傳感器部分和電源管理部分組成,包括智能三項傳感節點與智能觸力傳感節點。
(1智能三項傳感節點:支持溫度,濕度,光電三種傳感器,支持2.4G無線組網,配備按鍵輸入和LED輸出,支持電池工作,并配套電池充電功能。
(2)智能觸力傳感節點:支持壓力傳感器,支持2.4G無線組網,配備按鍵輸入和LED輸出,支持電池工作,并配套電池充電功能。
2、通用傳感器以及被控對象:
通用傳感器以及被控對象包括通用調試器母板,紅外模擬傳感器母板,超聲波模擬傳感器母板,酒精濃度傳感器母板,電機控制器母板等。每種母版均支持對微型無線傳感器的程序更新與調試,母板可獨立控制自身硬件,也可聯合微型無線傳感器進行聯網,實現網絡化控制。
1及2各硬件設備具體性能詳見下表:
序號 | 硬件名稱 | 硬件說明 |
1 | 智能三項傳感節點 | 帶有無線組網功能的溫度,濕度,光電傳感器節點 |
2 | 智能觸力傳感節點 | 帶有無線組網功能的觸力傳感器節點 |
3 | 通用調試器母板 | 提供2種MCU的調試接口,通用型的無線傳感調試系統 |
4 | 紅外傳感器母板 | 支持通用型調試模板功能+槽型紅外傳感器+半導體蜂鳴器 |
5 | 超聲波傳感器母板 | 支持通用型調試模板功能+超聲波傳感器 |
6 | 酒精濃度傳感器母板 | 支持通用型調試模板功能+酒精傳感器 |
7 | 電機控制器母板 | 支持通用型調試模板功能+直流與步進電機 |
8 | 無線網絡電源 | 同時支持8個無線模塊的供電或充電 |
3、嵌入式網關:嵌入式網關采用DICE-PXA270D系統。
核心板 | CPU | IntelXScalePXA270520MHz |
SDRAM | 64Mbyte | |
FLASH | 32Mbyte | |
以太網 | 100MEthernetcontroller(LAN91C111) | |
CPLD | Xilinx95144(117UserIO) | |
接口 | 160PIN接口 | |
底板 | 以太網接口 | 100M以太網接口1個 |
視頻 | 4.3寸TFTLCD(包含觸摸屏和有機玻璃外殼) | |
音頻 | AC97標準音頻輸入輸出接口 | |
USBHOST | 1個,可支持USB鼠標、鍵盤、標準U盤、USB藍牙、USB攝像頭 | |
USBCLIENT | 1個,支持PC與設備同步 | |
串行接口 | 3個,UART0是系統的調試端口;UART1是帶有流控制的5線串行接口,可以連接GPRS/GSM-Modem;UART2是標準的3線串口 | |
JTAG接口 | 標準20pinCPUJTAG接口,標準10pinXILINXCPLDJTAG | |
SD卡接口 | 支持SD卡或MMC卡 | |
數碼顯示 | 4個LED指示燈,1個七段數碼管 | |
實時時鐘 | 獨立RTC電路 | |
按鍵 | 6個用戶功能按鍵,1個復位鍵 | |
電源 | 外接5V/3A直流電源 | |
總線擴展接口 | 40pin的總線擴展口支持16bIOTS的系統總線擴展,提供9位地址線,16bIOTS數據線,另外提供系統總線的讀寫控制線和5V電源。用戶也可以使用擴展口上的GPIO,自定義使用模式 | |
LCD擴展口 | 30pin的液晶屏擴展口支持16bIOTSLCD擴展,支持分辨率為800×600的TFTLCD,擴展口上還提供直流5V的供電,可用于液晶屏系統供電。 |
4、GPRSModem:采用Q2686,實現GPRS網絡通訊。
5、其他配套設備:包括程序下載器,下載線,串口線,并口線,JTAG板,WSN供電器等配套設備。
二、軟件資源:
1、無線傳感網軟件:無線傳感器網絡采用2.4GISM頻段,通過軟件可實現點對點,以及一點對多點的多形式組網控制。
2、嵌入式網關軟件:嵌入式網關軟件包括WINCE6.0系統軟件。
3、PC數據管理與分析軟件:該軟件能在PC上實現數據的管理與維護,通過數字和圖表的方式,可多方位顯示無線傳感器網絡的狀態,及控制傳感網上的設備,還有配套的波形存儲與分析工具。
4、實驗資源:實驗從無線網絡處理器的基本實驗,逐步進階到無線數據采集通信的高級實驗,即能滿足基礎的教學要求,又能加強學生的實際應用能力。
三、實驗內容:
一)基于CC2430的實驗:CC2430是TI2.4G無線網絡的主流控制器,是微型無線傳感器的核心控制器。
1.建立實驗環境IAR
2.LED跑馬燈實驗
3.定時器實驗
4.串口通訊實驗
5.AD實驗
6.中斷實驗
7.溫濕度傳感器實驗
8.光電傳感器實驗
9.壓力傳感器實驗
10.簡單無線收發實驗
11.廣播通訊實驗
12.Z-Stack點對點通訊
13.Z-Stack星狀網通訊
14.Z-Stack樹狀網通訊
15.Z-StackMESH網通訊
二)基于C8051F120的實驗:C8051F120,內嵌128KBFLASH,主頻可達100MHz,是通用型傳感器與被控制對象的核心控制器。
1.建立實驗環境KeilC
2.LED燈控制
3.串口通訊實驗
4.AD實驗
5.中斷實驗
6.定時器實驗
7.紅外傳感器實驗
8.超聲波傳感器實驗
9.酒精濃度傳感器實驗
10.繼電器控制實驗
11.直流電機控制實驗
12.步進電機控制實驗
三)嵌入式網關實驗:基于WinCE5.0或WinCE6.0的實驗
1.開發環境的建立
2.HELLO實驗
3.串口實驗
4.USB口實驗
5.SD卡讀寫實驗
6.網口通訊實驗
7.LCD+觸摸屏實驗
8.GPRS實驗
9.WEBServer實驗
10.M2M實驗
11.數據采集實驗
四)傳感網綜合實驗:
1.網關多點數據采集
2.PC多點數據采集
3.智能家居
4.智能農業
5.網絡化無線傳感器控制
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