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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(guān)，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(guān)與節(jié)點具有CoAP應用協(xié)議通信的功能；
網(wǎng)關(guān)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(guān)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(guān)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(gòu)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(guān)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(gòu)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(gòu)如圖所示。
一鍵切換：網(wǎng)關(guān)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(guān)服務的連接關(guān)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(shù)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(guān)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(shù)，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(guān)，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(guān)與節(jié)點具有CoAP應用協(xié)議通信的功能；
網(wǎng)關(guān)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(guān)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(guān)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(gòu)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(gòu)如圖所示。
實驗箱的組成結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)服務的連接關(guān)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(shù)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(guān)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(guān)綜合實驗
| IPv6網(wǎng)關(guān)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(guān) | 1 | |
| 2 | 網(wǎng)關(guān)IO基礎(chǔ)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)（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(guān)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(guān)IO基礎(chǔ)擴展板（1個） 由網(wǎng)關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)、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?？芍苯咏拥街靼鍌鞲衅鹘涌诎迳希峁└黝悅鞲衅鹘涌诎宓脑韴D和技術(shù)手冊。 三、軟件資源 1.嵌入式操作系統(tǒng)： 網(wǎng)關(guān)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(guān)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(guān)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(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(gòu)； 點擊網(wǎng)關(guān)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(guān)。 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(chǔ)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(guān)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(guān)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(guān)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(shù)，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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