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1、感智物联网工程专业实训实验室建设方案发布时间：2011-06-04 10:59:03 感智物联网工程专业实训实验室方案系针对物联网技术应用开发与教学的整体解决方案，全方位覆盖物联网所涉及的所有技术，从无线传感器硬件到嵌入式软件系统到GPRS网络通讯再到Internet端应用软件，以及RFID（UHF，超高频RFID）与ZigBee网络的结合应用，全面诠释了物联网技术在行业应用的技术基础。该方案所涉及到的物联网技术主要包括：电子电路、2.4GHz高频通讯、ZigBee无线网络、无线传感器、无线SoC、嵌入式ARM9、GPRS、Ethernet、UHF（超高频RFID）、PC软件编程。官网地址：h
2、ttp:/一、方案概述1、Sensors ZigBee GPRS Internet PC （光照传感器、温度传感器、三维加速度传感器）2、Sensors ZigBee USB/RS232/Ethernet PC （选配：温湿度、烟雾、红外、压力传感器，无线电机节点）3、RFID（UHF）标签 （UHF）读卡器 ZigBee PC（同时读取多个RFID标签）二、产品简介感智物联网/传感网应用系统开放平台（SLANRF-IOT-E）系集教学演示、动手实训、产品开发于一体的全面覆盖物联网三层架构的开放平台（实验箱装箱包装）。系高校物联网工程/传感网技术专业实验室整体建设解决方案。感知层：采用RF通讯
3、模组与传感器模组可插拔设计，采用当前WSN热门短距离无线通讯技术ZigBee（802.15.4）。网络通讯层：采用ARM9为核心处理器的网关，集成RS232、USB、Ethernet、GPRS本地和远程通讯接口技术，用户可以在远程PC机通过GPRS网络监控本地传感器节点亦可通过本地局域网或PC终端监控传感器节点；网关上集成液晶触控显示屏等传统ARM开发工具功能，该平台亦是一套全功能嵌入式教学/开发平台，可以完成对8051到ARM的硬件、软件进行二次开发。应用层：提供基于Windows DotNet平台开发的物联网监控软件，且提供该软件二次开发接口，用户可以通过串口、以太网、GPRS学习和二次开
4、发自己的应用软件。 同时集成当前最新超高频RFID技术（UHF），实现对物品的全球唯一标识管理，轻松模拟现代智能物流仓储应用。感智传感网应用系统开放平台（SLANRF-WSN-E）由PC机部分、网关部分、路由节点部分、传感器节点、RFID部分五部分组成，用户可以快速搭建物联网/传感网通用系统，实现传感器网络与RFID无源电子标签无线化、网络化、规模化。l PC机：接收网关数据和发送指令，实现可视化人机界面，方便用户操作，观察；l 网关：可以采用有线RS232/USB/Ethernet和无线GPRS方式通过计算机发送的指令发送或接收路由节点或者传感器节点数据，并将接收到的数据发送给计算机；l路由
5、节点：在网关不能和所有的传感器节点直接通信时，路由节点可作为一种网络拓展使网关和传感器节点通信，实现路由通信功能，且路由节点亦支持传感器；l 传感器节点：对终端设备的控制和传感数据的采集，包括LED灯控制，温度、光敏、加速度数据等。l RFID子系统：一次同时读取多个UHF标签，并实时传输到PC机分析处理。ZigBee无线传感器网络根据不同的情况可以由一个网关，一个或多个路由器，一个或多个传感器节点组成。系统大小只受PC软件观测数量，路由深度，网络最大负载量限制。注：我公司所有ZigBee无线传感网络协议栈的出厂设置可支持5级路由，31101个网络节点，用户可自行修改参数。2.1 感智传感网应
6、用系统开放平台架构项目实践教学配套方案：基于WEB农场环境监测应用教学演示方案WEB在线演示地址： http:/ 感智基于UHF的无线RFID应用教学/开发系统架构项目实践教学配套方案：基于WEB现代物流仓储应用教学演示方案WEB在线演示地址： http:/ ZigBee无线网络开发者指南 浅入深出，只要读者掌握单片机开发技术，会C编程即可开始ZigBee协议栈应用开发之旅，手把手剖析20个基于CC2430的ZigBee的基础实验，合计超过300页。2.4 企业级物联网应用系统开发者指南通用物联网应用系统三层架构设计与开发，四分之一内容讲解从感知层到通信层再到应用层，物联网相关技术理论原理，四
7、分子三内容结合感智公司教学系统剖析如何设计企业级物联网应用系统，实验程序，合计超过500页。详细方案资料可联系我们索取。三、ZigBee与无线传感网（WSN）1、无线传感器网络特征l规模大、密度高l动态性强l自组织l应用相关l拓扑变化l以数据为中心l多跳路由l可靠性低l安全性差l节点能力受限l分布式事实上是对无线网络技术提出的新要求2、短程无线网络技术无线传感网是应用相关性网络，是一种应用中产生和发展的技术，所以不同的应用领域使用不同的网络技术实现，目前实现WSN的主要技术有ZigBee、Wi-Fi、BlueTooth 、UWB等。针对广义的WSN应用理论及目前众多实际使用场合的特点，以上三种
8、技术中应用最广、开发成本最低的是基于ZigBee技术的无线传感网络实现。3、ZigBee无线网络技术IEEE 802.15.4ZigBee 协议使用IEEE 802.15.4 规范作为介质访问层（MAC）和物理层（PHY）。IEEE 802.15.4 总共定义了3 个工作频带：2.4 GHz、915 MHz 和868 MHz。每个频带提供固定数量的信道。例如， 2.4 GHz 频带总共提供16 个信道（信道11-26）、915 MHz 频带提供10个信道（信道1-10）而868 MHz 频带提供1 个信道（信道0）。协议的比特率由所选择的工作频率决定。2.4 GHz 频带提供的数据速率为250
9、 kbps， 915 MHz 频带提供的数据速率为40 kbps 而868 MHz 频带提供的数据速率为20 kbps。由于数据包开销和处理延迟，实际的数据吞吐量会小于规定的比特率。IEEE 802.15.4 MAC 数据包的最大长度为127 字节。每个数据包都由头字节和16 位CRC 值组成。16 位CRC 值验证帧的完整性。此外， IEEE 802.15.4还可以选择使用应答数据传输机制。使用这种方法，所有特殊ACK标志位置1 的帧均会被它们的接收器应答。这就可以确定帧实际上已经被传递了。如果发送帧的时候置位了ACK 标志位而且在一定的超时期限内没有收到应答，发送器将重复进行固定次数的发送
10、，如仍无应答就宣布发生错误。注意接收到应答仅仅表示帧被MAC层正确接收，而不表示帧被正确处理，这是非常重要的。接收节点的MAC 层可能正确地接收并应答了一个帧，但是由于缺乏处理资源，该帧可能被上层丢弃。因此，很多上层和应用程序要求其他的应答响应。网络配置ZigBee无线网络可采用多种类型的配置。星型网络配置由一个协调器节点（主设备）和一个或多个终端设备（从设备）组成。协调器是实现了一组很多ZigBee 服务的一种特殊的全功能设备（Full Function Device，FFD）。终端设备可能是FFD或简化功能设备（RFD）。RFD 是最小而且最简单的ZigBee 节点。它只实现了一组最少的Z
11、igBee 服务。在星型网络中，所有的终端设备都只与协调器通信。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备，它会把数据发送给协调器，然后协调器依次将数据转发到目标接收器终端设备。除了星型网络之外，ZigBee 还可以采用点对点网络、群集或网状（mesh）网络配置。由于群集和网状网络具有在多个网络之间路由数据包的功能，因而被称为多跳网络，而星型网络则被称为单跳网络。和任何网络一样，ZigBee 网络也是多点接入网络，这意味着网络中的所有节点对通信介质的访问是同等的。有两种类型的多点接入机制。在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，在任何时候都允许所有节点发送。在使能了信标的网络中，仅允许节点
12、在预定义的时隙内进行发送。协调器会定期以一个标识为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。网络关联ZigBee 网络可以是ad-hoc 网络，即可以根据需要组建或不组建新的网络。在星型网络配置中，终端设备在可以执行任何数据传输之前将总是搜索网络。新的网络首先由协调器建立。启动时，协调器会搜索附近的其他协调器，如果没有找到协调器，它就会建立一个自己的网络并选择一个惟一的16 位PAN ID。一旦新网络建立，就会允许一个或多个终端设备与此
13、网络相关联。具体是允许还是不允许新关联由协调器决定。一旦组建了网络，就可能由于物理更改而发生多个网络重叠和PAN ID冲突。在这种情况下，协调器会启动PANID 冲突解决过程并且会有一个协调器将更改其PAN ID和/ 或信道。受到影响的协调器会指示它所有的终端设备进行必要的更改。Microchip 协议栈的当前版本不支持PAN ID 冲突解决。根据系统需求，协调器会在非易失性存储器中存储所有网络关联，称为邻接表。为了连接到网络，终端设备可能执行孤立通知过程来查找先前与之关联的网络或者执行关联过程来加入一个新网络。在执行孤立通知过程的情况下，协调器将通过查找其邻接表来识别先前与之关联的终端设备。
14、一旦关联到网络，终端设备就可选择通过执行解除关联过程与该网络解除关联。如果需要的话，协调器本身也会启动解除关联过程来强制节点离开网络。Microchip 协议栈的当前版本支持新的关联和孤立通知过程。它仅支持由终端设备启动的离开网络过程。协议栈架构Microchip 协议栈是采用C 语言编写的，可用MPLABC18 和Hi-Tech PICC-18 编译器进行编译。源文件会自动根据所使用的编译器进行必要的更改。Microchip 协议栈设计为仅在Microchip PIC18F 系列单片机上运行。Microchip 协议栈使用内部闪存程序存储器来存储可配置的MAC 地址、网络表和绑定表。因此，必
15、须使用可自编程的闪存存储器单片机。如果需要的话，可以修改非易失性存储器（NVM）程序来支持任何其他类型的NVM 而不使用可自编程的单片机。此外，该协议栈旨在在PICDEM Z 演示板上运行。但是，它可很容易地移植到任何使用兼容单片机的硬件中。协议栈层Microchip 协议栈根据ZigBee 规范的定义将其逻辑分为多个层。实现每个层的代码位于一个独立的源文件中，而服务和应用程序接口（Application ProgrammingInterfaces， API）则在头文件中定义。协议栈的当前版本不实现安全层。每个层为紧接着的上一层定义一组容易理解的函数。要实现抽象性和模块性，顶层总是通过定义完善的API 和紧接着的下一层进行交互。特定层的C 头文件（如zAPS.h）定义该层所支持的所有API。必须切记，用户应用程序总是与应用编程支持（Application Programming Support，APS）层和应用层（Application Layer， APL）交互。由每层提供的很多API 都是简单的C 语言宏，
