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1、物联网实验指导手册物联网实验指导手册上海企想信息技术有限公司2011 年 8 月物联网实验指导手册I目 录第 1 章ZigBee 基础知识与组网实验.- 1 -1.1ZigBee 基础知识- 1 -1.1.1ZigBee 信道- 1 -1.1.2ZigBee 的 PANID.- 1 -1.1.3ZigBee 物理地址- 1 -1.1.4ZigBee 设备类型- 1 -1.1.5ZigBee 网络的形成- 3 -1.2PC 端数据访问接口协议.- 3 -1.2.1PC 端接收数据格式.- 3 -1.2.2PC 端发送数据格式.- 4 -1.3简单的星型组网实验.- 5 -1.4Zigbee 模块
2、基础设置实验.- 6 -1.4.1读取协调器 MAC 地址- 7 -1.4.2信道读取.- 8 -1.4.3PANID 读取- 9 -1.4.4物理地址与网络地址匹配.- 10 -1.4.5获取网络节点数.- 11 -第 2 章ZigBee 基础控制与数据采集实验.- 13 -2.1ZigBee 基础控制实验- 13 -2.1.1控制数码管实验.- 13 -2.1.2控制蜂鸣器实验.- 15 -2.1.3控制 LED 灯实验.- 15 -2.1.4控制直流电机.- 16 -2.1.5控制步进电机实验.- 18 -2.1.6控制继电器输出.- 19 -2.1.7控制干簧管/按键实验- 19 -2
3、.2ZigBee 传感数据采集实验- 20 -2.2.1温度传感器数据采集实验.- 20 -2.2.2温湿度传感器采集数据实验.- 22 -2.2.3光照度传感器采集数据实验.- 25 -2.2.4烟雾传感器采集数据实验.- 28 -2.2.5可燃气体传感器采集数据实验.- 30 -2.2.6CO2 传感器采集数据实验- 31 -2.2.7红外人体感应传感数据采集实验.- 32 -上海企想信息技术有限公司II第 3 章ZigBee 无线网络应用实验.- 34 -3.1智能家居模拟应用.- 34 -3.1.1智能家居模拟应用简介.- 34 -3.1.2智能家居演示系统设置举例.- 34 -3.2
4、温室大棚模拟应用.- 39 -3.2.1温室大棚模拟应用简介.- 39 -3.2.2温室大棚应用演示系统设置举例.- 40 -第 4 章ZigBee 无线定位实验.- 44 -4.1ZigBee 无线定位系统- 44 -4.1.1定位系统节点类型.- 44 -4.1.2定位基本原理介绍.- 44 -4.1.3定位系统联机调试.- 45 -第 5 章蓝牙/WiFi/GPRS 无线传感数据采集与控制实验- 52 -5.1蓝牙/WiFi/GPRS 无线传感控制节点介绍 .- 52 -5.1.1蓝牙传感控制底板.- 52 -5.1.2WiFi 传感控制底板- 53 -5.1.3GPRS 传感控制底板-
5、 53 -5.2CH-GWB301 传感数据采集与控制指令- 54 -5.2.1参数配置命令.- 54 -5.2.2系统操作指令.- 56 -5.3蓝牙无线传感数据采集与控制实验.- 62 -5.3.1蓝牙无线实验环境.- 62 -5.3.2传感控制节点蓝牙配置命令.- 62 -5.3.3组建蓝牙无线网络.- 63 -5.3.4蓝牙无线数据采集与控制实验举例.- 66 -5.4WiFi 无线传感数据采集与控制实验- 69 -5.4.1WiFi 无线实验环境- 69 -5.4.2WiFi 配置命令- 69 -5.4.3组建 WiFi 网络.- 71 -5.4.4WiFi 无线传感数据采集与控制-
6、 76 -5.5GPRS 无线传感数据采集与控制实验- 79 -5.5.1GPRS 无线实验环境- 79 -5.5.2GPRS 配置命令- 80 -5.5.3组建 GPRS 网络环境.- 81 -5.5.4GPRS 无线数据采集与控制实验- 84 -第 6 章RFID 基础实验.- 87 -物联网实验指导手册III6.1RFID 基础知识.- 87 -6.1.1RFID 技术标准简介.- 87 -6.1.2射频识别（RFID）技术- 87 -6.2RFID 读写器设备介绍.- 88 -6.2.1RFID 读写器底板.- 88 -6.2.2RFID 读写模块和标签.- 89 -6.2.3RFID
7、 读写器.- 90 -6.3WiFi 模块与 RJ45 以太网模块设置 .- 92 -6.3.1WiFi 模块设置- 92 -6.3.2RJ45 以太网模块设置- 94 -6.4低频 LF 读写实验演示- 95 -6.4.1串口读写实验.- 95 -6.4.2WiFi 与 RJ45 以太网口读写实验 .- 96 -6.5高频 HF 读写实验演示- 98 -6.5.1串口读写实验.- 98 -6.5.2WiFi 与以太口读写实验- 99 -6.6超高频 UHF 读写实验.- 100 -物联网实验指导手册ZigBee 基础知识与组网实验- 1 -第第 1 章章ZigBee 基础知识与组网实验基础知
8、识与组网实验1.1 ZigBee 基础知识基础知识1.1.1 ZigBee 信道信道IEEE802.15.4 定义了两个物理层标准，分别是 2.4GHz 物理层和 868/915MHz 物理层。两者均基于直接序列扩频（DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS）技术。ZigBee 使用了 3 个频段，定义了 27 个物理信道，其中 868MHz 频段定义了一个信道；915MHz 频段附近定义了 10 个信道，信道间隔为 2MHz；2.4GHz 频段定义了 16 个信道，信道间隔为 5MHz。具体信道分配如下表：信道编号中心频率/MHz信道间隔/MHz频率上限/MHz频
9、率下限/MHzk=0868.3868.6868.0k=1,2,310906+2(k-1)2928. 0902. 0k=11,12,13262401+5(k-11)52483.52400.0其中在 2.4GHz 的物理层，数据传输速率为 250kb/s；在 915MHz 的物理层，数据传输速率为 40kb/s；在 868MHz 的物理层，数据传输速率为 20kb/s。1.1.2 ZigBee 的的 PANIDPANID 其全称是 Personal Area Network ID，网络的 ID（即网络标识符） ，是针对一个或多个应用的网络，用于区分不同的 ZigBee 网络，所有节点的 PANID
10、 唯一，一个网络只有一个 PANID，它是由协调器生成的，PANID 是可选配置项，用来控制 ZigBee 路由器和终端节点要加入那个网络。PANID 是一个 32 位标识，范围为 0x00000xFFFF。1.1.3 ZigBee 物理地址物理地址ZigBee 设备有两种类型的地址：物理地址和网络地址。物理地址是一个 64 位 IEEE 地址，即 MAC 地址，通常也称为长地址。64 位地址是全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一直拥有它。它通常由制造商或者被安装时设置。这些地址由 IEEE 来维护和分配。16 位网络地址是当设备加入网络后分配的，通常也称为短地址。它在网络中是唯一的，用来
11、在网络中鉴别设备和发送数据，当然不同的网络 16 位短地址可能相同的。1.1.4 ZigBee 设备类型设备类型ZigBee 设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点。上海企想信息技术有限公司- 2 -ZigBee 协调器（协调器（Coordinator）它是整个网络的核心，是 ZigBee 网络的第一个开始的设备，它选择一个信道和网络标识符（PANID） ，建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个无线网络进行维护。在同一个 ZigBee 网络中，只允许一个协调器工作，当然它也是不可缺的设备。如图1.1-1 所示为 ZigBee 协调器。图 1.1-1 ZigBee 协调器ZigBee
12、 路由器（路由器（Router）ZigBee 路由节点，它的作用是提供路由信息。如所示为一路由节点。图 1.1-2 ZigBee 路由器ZigBee 终端节点（终端节点（End-Device）ZigBee 终端节点，它有没有路由功能，完成的是整个网络的终端任务。如图 1.1-3 所示为一 ZigBee 终端节点。图 1.1-3 ZigBee 传感控制节点物联网实验指导手册ZigBee 基础知识与组网实验- 3 -1.1.5 ZigBee 网络的形成网络的形成首先，由 Zigbee 协调器建立一个新的 Zigbee 网络。一开始，Zigbee 协调器会在允许的通道内搜索其它的 Zigbee 协调
13、器。并基于每个允许通道中所检测到的通道能量及网络号，选择唯一的 16 位 PAN ID，建立自己的网络。一旦一个新网络被建立，Zigbee 路由器与终端设备就可以加入到网络中了。网络形成后，可能会出现网络重叠及 PAN ID 冲突的现象。协调器可以初始化 PAN ID冲突解决程序，改变一个协调器的 PAN ID 与信道，同时相应修改其所有的子设备。通常，Zigbee 设备会将网络中其它节点信息存储在一个非易失性的存储空间-邻居表中。加电后，若子节点曾加入过网络，则该设备会执行孤儿通知程序来锁定先前加入的网络。接收到孤儿通知的设备检查它的邻居表，并确定设备是否是它的子节点，若是，设备会通知子节点
14、它在网络中的位置，否则子节点将作为一个新设备来加入网络。而后，子节点将产生一个潜在双亲表，并尽量以合适的深度加入到现存的网络中。 通常，设备检测通道能量所花费的时间与每个通道可利用的网络可通过 ScanDuration扫描持续参数来确定，一般设备要花费 1 分钟的时间来执行一个扫描请求，对于 Zigbee 路由器与终端设备来说，只需要执行一次扫描即可确定加入的网络。而协调器则需要扫描两次，一次采样通道能量，另一次则用于确定存在的网络。1.2 PC 端数据访问接口协议端数据访问接口协议串口通信设置：波特率：38400校验位：无校验数据位：8 位停止位：1 位1.2.1 PC 端接收数据格式端接收
15、数据格式PC 端接收数据格式如下：SOPD_LENDATACHECKSOP：0x02，操作系统值，定义数据发送开始。D_LEN：数据长度。如果数据长度小于 7，则表示该帧数据只是一个简单的 ACK 帧，DATA 表示纯数据。如果数据长度大于 7，则 DATA 段表示如下：ENDPLO_ADDRHI_ADDREPLO_IDHI_IDLENDATENDP：终端节点标号。LO_ADDR-HI_ADDR：短地址。EP：终端节点标号。LO_ID-HI_ID：簇 ID 标号，具体定义如下：LOCATION_END-DEVICE_DEFAULT0x0020 预留簇 IDLOCATION_END-DEVICE
16、_TEMPRATURE0x0030温度 ID上海企想信息技术有限公司- 4 -LOCATION_END-DEVICE_HUMIDITY0x0031温湿度湿度 IDLOCATION_END-DEVICE_LUMINOSITY0x0032板载光照度 IDLOCATION_END-DEVICE_PIRSENSOR 0x0033红外人体感应 IDLOCATION_END-DEVICE_GASSENSOR 0x0034 气体传感器 IDLOCATION_END-DEVICE_GHGBUTTON 0x0035 干簧管按键 IDLOCATION_END-DEVICE_HUMTEMP0x0036温湿度湿度 IDLOCATION_END-DEVICE_LED 0x0041LED 控制 IDLOCATION_END-DEVICE_BUZZER 0x0042蜂鸣器控制 IDLOCATION_END-DEVICE_DCMOTOR 0x0043直流电机控制 IDLOCATION_END-DE
