物联网实训室建设方案.docx
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1、 山东微分电子科技有限公司山东师范大学物联网实训室建设方案山东微分电子科技有限公司2014年9月目录本物联网实验室总体建设说明- 2 -1.ZigBee开发套件- 2 -1.1硬件- 2 -1.2zigbee开发实验目录- 8 -2.Zigbee协议教学实训系统- 10 -2.1硬件- 10 -2.2软件- 14 -3.物联网综合实训平台- 18 -3.1综合实训台介绍- 19 -3.2物联网综合开发平台- 20 -3.3开发平台典型应用开发例程- 23 -3.4实验及教材- 26 -3.5部分实验教材图片- 27 -3.6实验列表- 29 -3.7硬件参数- 34 -4.智能家居系统- 46
2、 -4.1功能- 46 -4.2系统架构图- 48 -4.3智能家居详细技术参数- 49 -5.设备清单及参数- 0 -本物联网实训室总体建设说明建设内容包括:l 专门针对zigbee协议、单片机开发方面的两种套件zigbee开发套件12套和zigbee协议实训套件4套;l 物联网综合开发平台4套,安装到两边墙上;l 物联网智能家居一套,安装到实验室相应环境中;智能家居、物联网综合开发平台通过以太网口或WIFI与实验室现有的13台电脑组成局域网,日常实验及学习和实训,学生3人一组,每组一套综合开发平台。若另外两个实验室也这样改造,则可以同时供近40人进行实训和实验。建成后将能满足以下功能:学生
3、能直观的体验物联网应用之智能家居系统;12个人同时进行单片机基础实验、温湿度等传感器数据采集实验、zigbee协议基础和扩展实验;可以通过可视化的界面学习zigbee组网、zigbee数据包分析、zigbee网络故障诊断;通过综合开发平台,学生可以进行从底层传感层、到网络层、应用层全层次的物联网应用系统实训。系统提供5种应用系统例程,和SDK开发包,学生可以轻松入门。以下是4套系统的分章简介:1. ZigBee开发套件包含:协调器1个、路由器2个、节点2个、烧写器1个、诺基亚5110屏1个、温湿度传感器1个、人体红外传感器1个、烟感传感器1个、继电器1个,实验指导手册、实验源码。1.1 硬件(
4、1)节点特性: 提供2个电源接口:USB供电和5V电源插座供电,两者可通过电源切换开关互相转换,达到更换电源模式的效果 节点模块:烟雾传感器、人体红外、温湿度传感器、光敏传感器、继电器、LCD等 Debug调试口,可在免拔插状态烧写Zigbee主芯片CC2530的程序,达到调试设备的目的 1个复位按键,可在不掉电情况下对芯片进行复位操作,使程序重新运行,方便对程序的调试 1个独立按键,可由于用户自定义其功能,方便用户开发 5方向按键,符合用户操作习惯,可以用户自由定义其功能,可进行多按键功能操作,方便用户开发, 4色LED灯可以指示评估钣运行状态,也可由用户自由定义,指示程序运行情况,方便调试
5、和开发 采用CH340芯片取代传统232串口,可直接连接USB,在上位机用串口调试助手等工具进行CC2530与上位机进行通讯 具有电源外接口,可给外部单位提供5V和3.3V电压,方便设备的扩展 具有多路多功能排阵,可用杜邦线引出,扩展外部接口,增加外接模块,方便用户扩展与开发 评估钣采用多路跳线帽设计 JTAG程序下载和仿真接口,扩展硬件IO接口 用户摇杆按键(2)路由器特性: 提供2个电源接口:USB供电和5V电源插座供电,两者可通过电源切换开关互相转换,达到更换电源模式的效果 节点模块:烟雾传感器、人体红外、温湿度传感器、光敏传感器、继电器、LCD等 Debug调试口,可在免拔插状态烧写Z
6、igbee主芯片CC2530的程序,达到调试设备的目的 1个复位按键,可在不掉电情况下对芯片进行复位操作,使程序重新运行,方便对程序的调试 1个独立按键,可由于用户自定义其功能,方便用户开发 5方向按键,符合用户操作习惯,可以用户自由定义其功能,可进行多按键功能操作,方便用户开发, 4色LED灯可以指示评估钣运行状态,也可由用户自由定义,指示程序运行情况,方便调试和开发 采用CH340芯片取代传统232串口,可直接连接USB,在上位机用串口调试助手等工具进行CC2530与上位机进行通讯 具有电源外接口,可给外部单位提供5V和3.3V电压,方便设备的扩展 具有多路多功能排阵,可用杜邦线引出,扩展
7、外部接口,增加外接模块,方便用户扩展与开发 评估钣采用多路跳线帽设计 JTAG程序下载和仿真接口,扩展硬件IO接口 用户摇杆按键(3)协调器特性: 提供2个电源接口:USB供电和5V电源插座供电,两者可通过电源切换开关互相转换,达到更换电源模式的效果 节点模块:烟雾传感器、人体红外、温湿度传感器、光敏传感器、继电器、LCD等 Debug调试口,可在免拔插状态烧写Zigbee主芯片CC2530的程序,达到调试设备的目的 1个复位按键,可在不掉电情况下对芯片进行复位操作,使程序重新运行,方便对程序的调试 1个独立按键,可由于用户自定义其功能,方便用户开发 5方向按键,符合用户操作习惯,可以用户自由
8、定义其功能,可进行多按键功能操作,方便用户开发, 4色LED灯可以指示评估钣运行状态,也可由用户自由定义,指示程序运行情况,方便调试和开发 采用CH340芯片取代传统232串口,可直接连接USB,在上位机用串口调试助手等工具进行CC2530与上位机进行通讯 具有电源外接口,可给外部单位提供5V和3.3V电压,方便设备的扩展 具有多路多功能排阵,可用杜邦线引出,扩展外部接口,增加外接模块,方便用户扩展与开发 评估钣采用多路跳线帽设计 JTAG程序下载和仿真接口,扩展硬件IO接口 用户摇杆按键(4)烧写器特性: 支持仿真、调试、单步、烧录、加密等操作,可与IAR编译环境和Ti发布的相关软件进行无缝
9、连接。(5)诺基亚屏:(6)烟雾传感器特性: 具有继电器控制输出; 工作电流小,功耗低,感应电流30mA,待机电流:10uA; 带电平检测信号输出可有效控制报警; 供电副本可直接用DC9V电池供电; 感应灵敏度高,误报率极低; 有效抗虫、抗尘、抗光效果,使用寿命长; 检测面积大,安装方便(7)人体红外传感器特性: 采用PIR热释电传感器、菲涅尔 低功耗、静态功耗50uA 宽电压范围、DC 4.5-20V 电路板小体积38*28mm(32*24*mm) 可重复/不可重复触发方式选择 使用简单、电源+ -信号输出 感应距离7米 感应角度110(8)继电器特性: 一路常开,一路常闭。(9)温度传感器
10、特性: 封装类型:TO-92 工作温度敏:-55C 工作温度最高:125C 工作温度范围:-55C 到 +125C 电源电压 最大:5.5V 电源电压 最小:3V 芯片标号:18B20 表面安装器件:通孔安装 输出电流:4mA 输出类型:数字式 逻辑功能号:18B201.2 zigbee开发实验目录第一章 、安装软件1一、安装 IAR 8101二、安装ZigBee协议栈8三、安装 Flash Programmer 软件8四、安装驱动101、仿真器驱动的安装102、安装USB转串口驱动16第二章、基础实验20一、IO 控制LED亮灭20二、流水灯27三、按键控制LED亮灭27四、按键控制LED流
11、水灯28五、外部中断28六、外部中断控制LED倒流水灯29七、定时器T1-查询方式29八、定时器T3-中断发送方式30九、串口通信-发送字符串31十、串口通信-收发字符串35十一、串口通信-串口控制LED36十二、AD采集CC2530温度串口显示37十三、系统睡眠唤醒-中断唤醒39十四、系统睡眠唤醒-定时器唤醒40十五、看门狗40十六、12864 屏实验41十七、nokia5110显示屏实验41十八、温度传感器DS18B20用串口助手显示43十九、温湿度传感器DHT1144二十、MQ-2 气体传感器45二十一、人体红外传感器46二十二、光敏传感器47二十三、继电器模块48二十四、模拟PWM调光
12、-理解PWM原理49第三章、官方协议栈实验49一、按键发送闪烁实验491、实验步骤49实验分析58二、按键控制亮灭实验601、下载代码602、操作模块64三、无线测温实验-利用CC2530芯片内部温度传感器651、下载采集器信息652、操作模块66四、透明传输实验68五、ZigBee抓包实验72六、ZigBee Sensor实验741、下载模块程序742、操作模块76用协议栈代码进行实验77七、RemoTII 实验80八、用遥控器模块做抓包分析仪实验84九、如何编译协议栈产生HEX 文件86十、ZigBee协议栈(CC2530开发板)修改发射功率87十一、协调器断电重启后,其他设备加入网络89
13、第四章、官方协议栈修改实验90第五章、官方协议栈拓展实验95一、无线测人体红外实验95二、按键无线控制继电器实验98三、18b20无线测温实验18b2099四、无线测光强实验104五、无线测烟雾实验104六,DHT11 无线测温湿度实验105第六章、进阶实验107一、用 HEX 文件来做进阶实验107二、用代码来做实验116三、如何建立节点代码工程120四、如何打开安卓源代码1202. Zigbee协议教学实训系统由Zigbee节点组成的一个典型的自组织网络,包含协调器、路由器、终端节点、USB HUB、攻击器、捕获器和传感网网络分析系统软件,根据需要,可以组成星型拓扑、树型拓扑和网状拓扑网络
14、结构,演示网络中各节点的状态。该部分提供设备并现场演示该平台包含:1个协调器、2个路由器、5个终端节点、1个USB-HUB、1个攻击器、1个捕获器和1套传感网网络分析系统软件2.1 硬件(1)ZigBee节点特性: 基于TI CC2531,具有高速USB接口; 具有2个用户按键,其中1个为数据发送按键,按下广播发送一次数据; 具有3个LED指示灯:一个电源、一个网络连接指示灯、一个数据传输指示灯; 网络连接指示灯入网时灯亮,断网时灭; LED灯红色表示电源正常,黄色表示入网成功,绿色表示发送数据; 一个下载仿真接口,用于调试和测试; 一排5Pin扩展口接传感器,通过跳线可以外接多种传感器; 一
15、路UART引出、一个PCB天线; 提供代码。(2)协调器特性: 基于TI CC2531,具有高速USB接口; 具有2个用户按键,其中1个为数据发送按键,按下广播发送一次数据; 具有3个LED指示灯:一个电源、一个网络连接指示灯、一个数据传输指示灯; 网络连接指示灯入网时灯亮,断网时灭; LED灯红色表示电源正常,黄色表示入网成功,绿色表示发送数据; 一个下载仿真接口,用于调试和测试; 一排5Pin扩展口接传感器,通过跳线可以外接多种传感器; 一路UART引出、一个PCB天线; 提供代码。(3)路由器特性: 基于TI CC2531,具有高速USB接口; 具有2个用户按键,其中1个为数据发送按键,
16、按下广播发送一次数据; 具有3个LED指示灯:一个电源、一个网络连接指示灯、一个数据传输指示灯; 网络连接指示灯入网时灯亮,断网时灭; LED灯红色表示电源正常,黄色表示入网成功,绿色表示发送数据; 一个下载仿真接口,用于调试和测试; 一排5Pin扩展口接传感器,通过跳线可以外接多种传感器; 一路UART引出、一个PCB天线; 提供代码。(4)捕获器特性: 采用基于CC2531片上系统解决方案,具有USB 2.0 全速接口; 具有PA 芯片 CC2591,捕获距离0600米; 采用HID方式跟PC通讯,免驱动安装; 发射功率为大于等于22dBm; 采用PPP协议进行编码和通信;(5)攻击器特性
17、: 采用基于CC2531解决方案,具有USB 2.0全速接口; 攻击器仅实现数据发送,不接收数据; 攻击器发送每帧最大数据量为128 BYTE; 攻击器5秒发送一次数据,可连续发送数据攻击;攻击器可以设定发送数据时间间隔; 采用HID方式跟PC通讯,免驱动安装; 采用PPP协议进行编码和通信(6)USB-HUB特性: 支持USB2.0,传输速率480Mbps/秒; 可以使用双电源供电,每个USB口可达500mA; 外壳采用优质的塑料材质; 尺寸大小:180*120*28mm,重400克; 采用双USB线双通道支持,提高数据传输速度; 每个端口双重保护电路设计,保护电脑和设备不受到伤害; 隐藏式
18、亮灯设计,容易观察设备工作状态; 标配专用电源适配器; 全面兼容USB1.1以及USB2.0,支持热插拔; 支持Windows 7、Windows Vista、Windows XP专业版/家庭版/Window98/ME/2000专业版/家庭版;以及Mac OS 9.0和其它更高的版本; 主板和端口采用先进的模块化设计2.2 软件传感网网络分析系统: 能自动识别Zigbee节点类型,并显示出来; 实时滚动显示Zigbee MAC/NWK/APS数据帧详细的数据; 在新建工程中,可进行传感网工程配置:配置工程名、操作者、路径、网络密钥、算法、信道、协议类型等; 支持Log窗口显示:实时显示系统正在
19、进行的操作以及系统中的消息; 统计视图:统计出当前网络中到目前为止出现的所有类型的帧的直方图和饼状图,给出本统计的目的; 消息树视图;具体功能包括:【包结构视图】1、Zigbee数据包分析 数据PPP解析,确定数据包的完整性 数据Zigbee协议解析,按照标准Zigbee协议栈,对数据包进行解析 数据包结构层次分析,根据Zigbee协议栈分析每个域的数据2、数据包结构显示 数据包结构化显示按照数据的结构,直观的表示Zigbee协议 数据包分类显示不同的帧,对于不同种类的帧给予截然不同的区别表示【网络拓扑结构】1、 网络拓扑分析 分析数据包中的网络节点地址,根据节点地址分析节点数量,根据地址和其
20、它信息确定节点状态和节点的其他信息。 确定网络节点的拓扑结构,分析网络类型2、 网络拓扑图显示和打印 显示网络拓扑结构,直观地表示网络中各个节点的关系,和节点之间的信息传送情况 打印拓扑结构图,分析网络布局模式【时序视图】1、 数据实时分析 实时分析数据状态以及数据包所处的网络层次,分三层:MAC层(物理层数据),NWK层(网络层数据),APS层(应用层数据) 分析记录重要数据(比如网络连接命令和APS层携带的数据)的传送时间2、 数据传输时间定位 定位数据包的时间信息,根据时间查找特定的数据包的传送 根据时间信息定位监测重要数据(比如实时监控网络密钥的传输时间,在特定的时间段破获密钥)【消息
21、树视图】1、 数据分层显示 显示数据包中的每个子域的层次和所属关系。2、数据对比分析 分析解析后的数据和原始数据包(以十六进制为准)的对应关系。 根据该对比结果可以实现根据需要自组Zigbee数据帧3. 物联网综合实训平台我公司常规实训平台图片:鉴于现场情况,本方案设计将传感层整体面板取下安装在小实验室墙上。硬件模块数量及例程、软件资源保持不变。3.1 综合实训台介绍微分电子物联网综合实训台MS-I208采用了模块化设计理念和工业级芯片,融入了物联网实际应用系统的概念和架构,旨在培养出的学生毕业后能够无缝衔接企业需求。综合实训台既能用于学生的日常实验也能够满足实训需求。实训台将综合性很强的物联
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