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1、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 / 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
2、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 -2.2ZigBee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
3、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 -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 -4.1ZigB
4、ee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- 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- 6
5、2 -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- 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RF
6、ID基础实验- 87 -6.1RFID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-
7、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 -第1章 ZigBee基础知识与组网实验1.1 ZigBee基础知识1.1.1 ZigBee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，
8、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
9、的网络，用于区分不同的ZigBee网络，所有节点的PANID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
10、地址。它在网络中是唯一的，用来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ZigBee设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点。ZigBee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1.11所示为ZigBee协调器。图1.11 ZigBee协调器ZigBee路由器（Router）ZigBee路由节点，它的作用是
11、提供路由信息。如所示为一路由节点。图1.12 ZigBee路由器ZigBee 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1.13所示为一ZigBee终端节点。图1.13 ZigBee传感控制节点1.1.5 ZigBee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
12、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ScanDu
13、ration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
14、：ENDPLO_ADDRHI_ADDREPLO_IDHI_IDLENDAT ENDP：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ID LOCATION_END-DEVICE_TEMPRATURE0x0030温度ID LOCATION_END-DEVICE_HUMIDITY0x0031温湿度湿度ID LOCATION_END-DEVICE_LUMINOSITY0x0032板载光照度ID LOCATION_END-DEVICE_PIRSENSOR 0x0033红外人体感应ID LOCATION_END-DEVICE_GASSENSOR 0x0034 气体传感器ID LOCATION_END-DEVICE_GHGBUTTON 0x0035 干簧管按键ID LOCATION_END-D
