(新)物聯(lián)網(wǎng)本科實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)技術(shù)方案
物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)備硬件及課程資源說明
IPv6 多網(wǎng)融合全功能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱(SeaIOT-B-IPv6-03),由 IPv6 多網(wǎng)融合主實(shí)驗(yàn)箱、RFID 識(shí)別套件、傳感與檢測(cè)套件組成。
1.IPv6 多網(wǎng)融合實(shí)驗(yàn)箱
主要滿足物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括硬件設(shè)備、軟件資源、實(shí)驗(yàn)資源三大部分。硬件設(shè)備包括多種微型無線傳感器、RFID、GPS、TD-SCDMA 和其他配套的嵌入式網(wǎng)關(guān)、核心開發(fā)板等設(shè)備。軟件資源包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件,嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件,PC 數(shù)據(jù)管理與分析軟件,實(shí)驗(yàn)資源包括基于控制器的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、傳感器信息采集實(shí)驗(yàn)、無線信號(hào)收發(fā)實(shí)驗(yàn)、Zigbee 網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)驗(yàn)、RFID 射頻識(shí)別實(shí)驗(yàn)及組件控制實(shí)驗(yàn)等,通過對(duì)這三部分資源的充分學(xué)習(xí),可為物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),并能通過不同傳感器的特性、射頻識(shí)別技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的組成形式等,開發(fā)出更多實(shí)用性強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。
該物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可細(xì)分為物聯(lián)網(wǎng) Zigbee 技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、射頻識(shí)別( RFID )原理技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、嵌入式 WIFI 開發(fā)平臺(tái)、GPS /GIS/GPRS綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),提供眾多實(shí)驗(yàn)例程,便于學(xué)生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成及實(shí)際應(yīng)用。該平臺(tái)除了可以滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)》、《物聯(lián)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)》、《RFID 原理與應(yīng)用》、《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用》等課程教學(xué)需求外,也可為物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專業(yè)的創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練和競(jìng)賽提供服務(wù)。硬件外觀如圖所示。
模塊布局,如圖所示。
無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì),主要由接口底板、無線通信模塊、微處理器模塊、及傳感器調(diào)理板組成,通過插針對(duì)應(yīng)連接而成,支持自由組合。Cortex-M3核的微處理器模塊自帶 OLED 屏顯示網(wǎng)絡(luò)信息、組網(wǎng)狀態(tài)、以及傳感器采樣數(shù)值。如圖所示,展示節(jié)點(diǎn)各模塊的連接方式。
(1)藍(lán)牙、WiFi 等無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線方式與 Cortex-A9 處理器通信。
(2)IEEE802.15.4、ZigBee 無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線方式與邊界路由器、ZigBee 協(xié)調(diào)器通信,再由邊界路由器、ZigBee 協(xié)調(diào)器與 Cortex-A9 處理器通信。
(3)LoRa 傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線方式與 NB 無線傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信。
(4)A9 處理器運(yùn)行 Android、Linux 雙操作系統(tǒng),默認(rèn)運(yùn)行 Android。通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D展示傳感器的連接關(guān)系和采樣信息。
識(shí)別套件
共 5 個(gè)模塊,位于附件盒,可獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)箱使用。主要滿足《識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用》核心課程基礎(chǔ)教學(xué),還能夠滿足圖書管理應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、身份識(shí)別應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、ETC道閘應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、倉儲(chǔ)出入庫應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、畜牧耳標(biāo)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
(1)125K 低頻模塊,外觀如圖所示。
(2)13.56M 高頻模塊,外觀如圖所示。
(3)900M 超高頻模塊,外觀如圖所示。
(4)2.4G 有源 RFID 模塊
(5)智能電機(jī)控制節(jié)點(diǎn)
響應(yīng)“電機(jī)控制電路”,包含直流減速電機(jī)、舵機(jī)、彩色屏、IIC 接口的 EEPROM、zigbee 通信模塊等。
3.傳感與檢測(cè)套件
共 8 個(gè)模塊,位于附件盒。包含敏感傳感器檢測(cè)模塊、磁電式傳感器檢測(cè)模塊、壓電式傳感器檢測(cè)模塊、光電式傳感器檢測(cè)模塊、紅外類傳感器檢測(cè)模塊、電容式傳感器檢測(cè)模塊、采集類傳感器模塊、RFID 識(shí)別類傳感器模塊等,滿足《傳感器與智能檢測(cè)》、《感知識(shí)別實(shí)踐》專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)。使用時(shí),替換實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的“傳感器模塊”,進(jìn)行采集控制。
(1)敏感電阻器檢測(cè)模塊
包含力敏、熱敏、廣譜氣體、結(jié)露等傳感器,雙色燈、蜂鳴器、繼電器等執(zhí)行器。參考實(shí)訓(xùn)題目:異常氣體檢測(cè)、壓力超限報(bào)警 等。
(2)磁電式傳感器檢測(cè)模塊
包含干簧管、霍爾流量等傳感器,雙色燈、減速電機(jī)執(zhí)行器參考實(shí)訓(xùn)題目:霍爾測(cè)速、干簧管水箱水位控制、流水線自動(dòng)加工等。
(3)壓電式傳感器檢測(cè)模塊
包含振動(dòng)、超聲波傳感器,雙色燈、蜂鳴器、播放器等執(zhí)行器。參考實(shí)訓(xùn)題目:車位狀態(tài)檢測(cè)、防盜報(bào)警等
(4)光電式傳感器檢測(cè)模塊
包含光敏、光強(qiáng)傳感器、繼電器執(zhí)行器。參考實(shí)訓(xùn)題目:光照自動(dòng)調(diào)節(jié)、智能照明等
(5)紅外傳感器檢測(cè)模塊
包含紅外反射、紅外對(duì)射、熱釋電等傳感器、數(shù)碼管、蜂鳴器、LED 燈執(zhí)行器。
參考實(shí)訓(xùn)題目:出入人數(shù)計(jì)數(shù)、人體紅外報(bào)警等
(6)電容式傳感器檢測(cè)模塊
包含九軸、噪聲、觸摸等傳感器、LED 燈、蜂鳴器、播放器等執(zhí)行器。
參考實(shí)訓(xùn)題目:姿態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警、設(shè)備噪聲監(jiān)測(cè)等
(7)采集類傳感器檢測(cè)模塊
包含溫濕度、數(shù)字氣壓傳感器、直流風(fēng)扇執(zhí)行器。
參考實(shí)訓(xùn)題目:溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)等
(8)RFID 識(shí)別類傳感器模塊
包含 NFC 識(shí)別模塊。
參考實(shí)訓(xùn)題目:POS 機(jī)支付等。
序號(hào) |
名稱 |
技術(shù)參數(shù) |
1 |
IPv6 多網(wǎng)融合全功 |
包含 IPv6 多網(wǎng)融合全功能實(shí)驗(yàn)箱主體、RFID 識(shí)別套件、傳感與檢測(cè)套件三部分。能滿足《傳感器原理及應(yīng)用》、《識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》、《無線通信技術(shù)》等核心課程基礎(chǔ)教學(xué)。能瞞足《傳感器與智能檢測(cè)》、《感知識(shí)別應(yīng)用實(shí)踐》課程實(shí)訓(xùn)。 |
2 |
Android 網(wǎng)關(guān)多網(wǎng) |
能夠?qū)⑺{(lán)牙、WiFi、IEEE802.15.4 無線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)IPV6 協(xié)議融合在一個(gè)拓?fù)鋱D中,Zigbee 節(jié)點(diǎn)經(jīng)ZStack 協(xié)議展示在拓?fù)鋱D中;在界面上顯示藍(lán)牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee 等節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)或執(zhí)行器狀態(tài);網(wǎng)關(guān)界面可顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)、執(zhí)行器的狀態(tài),顯示藍(lán)牙、WiFi、IEEE802.15.4 傳感器節(jié)點(diǎn)的 IPv6 地址,顯示ZigBee 傳感器節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)短地址,能夠隨意拖動(dòng)傳感器,而不改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);點(diǎn)擊網(wǎng)關(guān)上傳感器節(jié)點(diǎn)圖標(biāo),可進(jìn)入二級(jí)界面查看傳感器的實(shí)時(shí)曲線走勢(shì),或手動(dòng)控制執(zhí)行器的開關(guān)。 |
3 |
IPv6 無線傳感網(wǎng)綜 |
采用 Contiki-2.7 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),內(nèi)置 IPv6 協(xié)議棧,具有傳感器采集、執(zhí)行器控制,無線組網(wǎng)傳輸?shù)墓δ?,可進(jìn)行 TCP/UDP/CoAP 網(wǎng)絡(luò)通信。具有藍(lán)牙、WIFI、IEEE802.15.4 三種通信模塊的驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)墓δ?。開發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V7.40 forARM |
4 |
ZigBee 無線透明傳 |
采用 Z-Stack2007 協(xié)議棧,具有傳感器采集、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)控制、自組網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)裙δ?。采?nbsp;Smart RF Flash Programmer和 CC Debugger 驅(qū)動(dòng)燒寫固件。協(xié)議棧:ZSTACK-CC2530-2.3.0-1.4.0開發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V8.10 for8051 |
5 |
數(shù)值分析應(yīng)用軟件 |
運(yùn)行在 windows7 以上操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件,具有傳感器采樣數(shù)據(jù)數(shù)值分析的功能,支持使用EXCEL2007 文檔存儲(chǔ),支持文件名自定義,路徑自定義;具有自定義采樣間隔、固定時(shí)刻采樣的功能;繪制時(shí)域坐標(biāo)系采樣曲線,能夠選擇任意時(shí)間段內(nèi)有效傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,列表顯示被測(cè)傳感器的采樣次數(shù)、測(cè)量值、最大(?。┲怠⑺阈g(shù)平均值、偏差、中值、方差、近似標(biāo)準(zhǔn)差、剔除壞值后的算式平均值等;具有傅里葉變換功能,能夠在上位機(jī)軟件中顯示傳感器采樣數(shù)據(jù)傅里葉變換后的頻域圖;具備最小二乘曲線擬合功能,能夠觀察采樣曲線和擬合后曲線的對(duì)比圖。開發(fā)環(huán)境:Visual Studio 2013 |
6 |
《傳感器原理及應(yīng) |
主要研究力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等傳感器原理與性能指標(biāo),并能設(shè)計(jì)一般的檢測(cè)電路。通過課程學(xué)習(xí),掌握電渦流式傳感器、磁電式傳感器、霍爾傳感器、流量傳感器、加速度傳感器的檢測(cè)技術(shù),結(jié)合 ARM Cortex-M3 內(nèi)核的 STM32 處理器的接口技術(shù)、通過場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)案例方式教學(xué),介紹常用傳感器(能耗類、物理類、探測(cè)類、開關(guān)控制類、電機(jī)控制類、顯示控制類等)的工作原理、驅(qū)動(dòng)方法、采集方法。 |
7 |
《識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用》 |
主要講解無線射頻識(shí)別技術(shù)(低頻、高頻、超高頻、2.4G 有源)的工作原理、頻率標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范。使用讀寫器、電子標(biāo)簽,結(jié)合上位機(jī)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽信息的讀取、寫入、安全保護(hù)等功能;實(shí)驗(yàn)課程重點(diǎn)放在對(duì)各個(gè)頻段 RFID 模塊的管理、控制和上位機(jī)應(yīng)用,學(xué)生可利用開放的通信協(xié)議,編寫上位機(jī)應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別、圖書管理、模擬收費(fèi)、門禁管理等各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。 |
8 |
《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng) |
主要研究 Cortex-A9 以上內(nèi)核的操作系統(tǒng)移植、應(yīng)用程序開發(fā)、設(shè)備上云、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) app 應(yīng)用開發(fā)等。掌握 Cortex-A9 高性能處理器的嵌入式Linux 系統(tǒng)移植、文件系統(tǒng)制作、Android 系統(tǒng)制作,以及基于 Qt/Android 的可視化應(yīng)用程序開發(fā)。掌握多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的編程方法,兼容 RS485、CAN 有線網(wǎng)絡(luò), ZigBee/WiFi/藍(lán)牙等無線網(wǎng)絡(luò),和 4G/5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),支持物聯(lián)網(wǎng) MQTT、HTTP 協(xié)議,以及協(xié)議轉(zhuǎn)換。 |
9 |
《無線通信技術(shù)》 |
主要講授短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí):ZigBee傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、協(xié)議棧工程解析、使用協(xié)議棧函數(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā);WiFi 傳感網(wǎng)通信模塊的 AT 指令集、設(shè)置方法、Socket 通信和傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā);藍(lán)牙無線傳感網(wǎng)絡(luò)的工作原理、設(shè)置方法、網(wǎng)絡(luò)特性和傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā);長(zhǎng)距離通信網(wǎng)絡(luò):LoRa 傳感網(wǎng)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、AT 指令集和傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā);NB-IoT傳感網(wǎng)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、AT 指令集和傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā);LTE 4G/5G 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的基本原理、概念、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用開發(fā)。 |
10 |
《傳感器與智能檢 |
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,確定檢測(cè)系統(tǒng)方案,選擇傳感器、設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路。使學(xué)生初步具有檢測(cè)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的能力,為后期測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制打下基礎(chǔ)。 |
11 |
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