(新)物聯(lián)網(wǎng)本科實(shí)驗室實(shí)訓技術(shù)方案
物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設備硬件及課程資源說(shuō)明
IPv6 多網(wǎng)融合全功能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗箱(SeaIOT-B-IPv6-03),由 IPv6 多網(wǎng)融合主實(shí)驗箱、RFID 識別套件、傳感與檢測套件組成。
1.IPv6 多網(wǎng)融合實(shí)驗箱
主要滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗系統包括硬件設備、軟件資源、實(shí)驗資源三大部分。硬件設備包括多種微型無(wú)線(xiàn)傳感器、RFID、GPS、TD-SCDMA 和其他配套的嵌入式網(wǎng)關(guān)、核心開(kāi)發(fā)板等設備。軟件資源包括系統網(wǎng)絡(luò )軟件,嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件,PC 數據管理與分析軟件,實(shí)驗資源包括基于控制器的基礎實(shí)驗、傳感器信息采集實(shí)驗、無(wú)線(xiàn)信號收發(fā)實(shí)驗、Zigbee 網(wǎng)絡(luò )通訊實(shí)驗、RFID 射頻識別實(shí)驗及組件控制實(shí)驗等,通過(guò)對這三部分資源的充分學(xué)習,可為物聯(lián)網(wǎng)工程應用打下堅實(shí)的基礎,并能通過(guò)不同傳感器的特性、射頻識別技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò )的組成形式等,開(kāi)發(fā)出更多實(shí)用性強的物聯(lián)網(wǎng)應用模式。
該物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗平臺可細分為物聯(lián)網(wǎng) Zigbee 技術(shù)教學(xué)實(shí)驗平臺、射頻識別( RFID )原理技術(shù)與應用實(shí)驗平臺、嵌入式 WIFI 開(kāi)發(fā)平臺、GPS /GIS/GPRS綜合實(shí)驗平臺,提供眾多實(shí)驗例程,便于學(xué)生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)的構成及實(shí)際應用。該平臺除了可以滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎》、《物聯(lián)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò )》、《RFID 原理與應用》、《物聯(lián)網(wǎng)應用》等課程教學(xué)需求外,也可為物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的創(chuàng )新項目訓練和競賽提供服務(wù)。硬件外觀(guān)如圖所示。
模塊布局,如圖所示。
無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)采用模塊化設計,主要由接口底板、無(wú)線(xiàn)通信模塊、微處理器模塊、及傳感器調理板組成,通過(guò)插針對應連接而成,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)、以及傳感器采樣數值。如圖所示,展示節點(diǎn)各模塊的連接方式。
(1)藍牙、WiFi 等無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與 Cortex-A9 處理器通信。
(2)IEEE802.15.4、ZigBee 無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與邊界路由器、ZigBee 協(xié)調器通信,再由邊界路由器、ZigBee 協(xié)調器與 Cortex-A9 處理器通信。
(3)LoRa 傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式與 NB 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信。
(4)A9 處理器運行 Android、Linux 雙操作系統,默認運行 Android。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )拓撲圖展示傳感器的連接關(guān)系和采樣信息。
識別套件
共 5 個(gè)模塊,位于附件盒,可獨立于實(shí)驗箱使用。主要滿(mǎn)足《識別技術(shù)及應用》核心課程基礎教學(xué),還能夠滿(mǎn)足圖書(shū)管理應用實(shí)驗、身份識別應用實(shí)驗、ETC道閘應用實(shí)驗、倉儲出入庫應用實(shí)驗、畜牧耳標應用實(shí)驗。
(1)125K 低頻模塊,外觀(guān)如圖所示。
(2)13.56M 高頻模塊,外觀(guān)如圖所示。
(3)900M 超高頻模塊,外觀(guān)如圖所示。
(4)2.4G 有源 RFID 模塊
(5)智能電機控制節點(diǎn)
響應“電機控制電路”,包含直流減速電機、舵機、彩色屏、IIC 接口的 EEPROM、zigbee 通信模塊等。
3.傳感與檢測套件
共 8 個(gè)模塊,位于附件盒。包含敏感傳感器檢測模塊、磁電式傳感器檢測模塊、壓電式傳感器檢測模塊、光電式傳感器檢測模塊、紅外類(lèi)傳感器檢測模塊、電容式傳感器檢測模塊、采集類(lèi)傳感器模塊、RFID 識別類(lèi)傳感器模塊等,滿(mǎn)足《傳感器與智能檢測》、《感知識別實(shí)踐》專(zhuān)業(yè)課程實(shí)訓。使用時(shí),替換實(shí)驗箱內無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的“傳感器模塊”,進(jìn)行采集控制。
(1)敏感電阻器檢測模塊
包含力敏、熱敏、廣譜氣體、結露等傳感器,雙色燈、蜂鳴器、繼電器等執行器。參考實(shí)訓題目:異常氣體檢測、壓力超限報警 等。
(2)磁電式傳感器檢測模塊
包含干簧管、霍爾流量等傳感器,雙色燈、減速電機執行器參考實(shí)訓題目:霍爾測速、干簧管水箱水位控制、流水線(xiàn)自動(dòng)加工等。
(3)壓電式傳感器檢測模塊
包含振動(dòng)、超聲波傳感器,雙色燈、蜂鳴器、播放器等執行器。參考實(shí)訓題目:車(chē)位狀態(tài)檢測、防盜報警等
(4)光電式傳感器檢測模塊
包含光敏、光強傳感器、繼電器執行器。參考實(shí)訓題目:光照自動(dòng)調節、智能照明等
(5)紅外傳感器檢測模塊
包含紅外反射、紅外對射、熱釋電等傳感器、數碼管、蜂鳴器、LED 燈執行器。
參考實(shí)訓題目:出入人數計數、人體紅外報警等
(6)電容式傳感器檢測模塊
包含九軸、噪聲、觸摸等傳感器、LED 燈、蜂鳴器、播放器等執行器。
參考實(shí)訓題目:姿態(tài)監測報警、設備噪聲監測等
(7)采集類(lèi)傳感器檢測模塊
包含溫濕度、數字氣壓傳感器、直流風(fēng)扇執行器。
參考實(shí)訓題目:溫度自動(dòng)調節等
(8)RFID 識別類(lèi)傳感器模塊
包含 NFC 識別模塊。
參考實(shí)訓題目:POS 機支付等。
序號 |
名稱(chēng) |
技術(shù)參數 |
1 |
IPv6 多網(wǎng)融合全功 |
包含 IPv6 多網(wǎng)融合全功能實(shí)驗箱主體、RFID 識別套件、傳感與檢測套件三部分。能滿(mǎn)足《傳感器原理及應用》、《識別技術(shù)及應用》、《嵌入式系統及應用》、《無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》等核心課程基礎教學(xué)。能瞞足《傳感器與智能檢測》、《感知識別應用實(shí)踐》課程實(shí)訓。 |
2 |
Android 網(wǎng)關(guān)多網(wǎng) |
能夠將藍牙、WiFi、IEEE802.15.4 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )經(jīng)IPV6 協(xié)議融合在一個(gè)拓撲圖中,Zigbee 節點(diǎn)經(jīng)ZStack 協(xié)議展示在拓撲圖中;在界面上顯示藍牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee 等節點(diǎn)的傳感器數據或執行器狀態(tài);網(wǎng)關(guān)界面可顯示傳感器采集的數據、執行器的狀態(tài),顯示藍牙、WiFi、IEEE802.15.4 傳感器節點(diǎn)的 IPv6 地址,顯示ZigBee 傳感器節點(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 )的拓撲結構;點(diǎn)擊網(wǎng)關(guān)上傳感器節點(diǎn)圖標,可進(jìn)入二級界面查看傳感器的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)走勢,或手動(dòng)控制執行器的開(kāi)關(guān)。 |
3 |
IPv6 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)綜 |
采用 Contiki-2.7 網(wǎng)絡(luò )操作系統,內置 IPv6 協(xié)議棧,具有傳感器采集、執行器控制,無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)傳輸的功能,可進(jìn)行 TCP/UDP/CoAP 網(wǎng)絡(luò )通信。具有藍牙、WIFI、IEEE802.15.4 三種通信模塊的驅動(dòng)傳輸的功能。開(kāi)發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V7.40 forARM |
4 |
ZigBee 無(wú)線(xiàn)透明傳 |
采用 Z-Stack2007 協(xié)議棧,具有傳感器采集、執行器驅動(dòng)控制、自組網(wǎng)無(wú)線(xiàn)數據傳輸、數據透明傳輸等功能。采用 Smart RF Flash Programmer和 CC Debugger 驅動(dòng)燒寫(xiě)固件。協(xié)議棧:ZSTACK-CC2530-2.3.0-1.4.0開(kāi)發(fā)環(huán)境: IAR Embedded Workbench V8.10 for8051 |
5 |
數值分析應用軟件 |
運行在 windows7 以上操作系統應用軟件,具有傳感器采樣數據數值分析的功能,支持使用EXCEL2007 文檔存儲,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)域坐標系采樣曲線(xiàn),能夠選擇任意時(shí)間段內有效傳感器的歷史數據進(jìn)行統計分析,列表顯示被測傳感器的采樣次數、測量值、最大(?。┲?、算術(shù)平均值、偏差、中值、方差、近似標準差、剔除壞值后的算式平均值等;具有傅里葉變換功能,能夠在上位機軟件中顯示傳感器采樣數據傅里葉變換后的頻域圖;具備最小二乘曲線(xiàn)擬合功能,能夠觀(guān)察采樣曲線(xiàn)和擬合后曲線(xiàn)的對比圖。開(kāi)發(fā)環(huán)境:Visual Studio 2013 |
6 |
《傳感器原理及應 |
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,并能設計一般的檢測電路。通過(guò)課程學(xué)習,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技術(shù),結合 ARM Cortex-M3 內核的 STM32 處理器的接口技術(shù)、通過(guò)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)案例方式教學(xué),介紹常用傳感器(能耗類(lèi)、物理類(lèi)、探測類(lèi)、開(kāi)關(guān)控制類(lèi)、電機控制類(lèi)、顯示控制類(lèi)等)的工作原理、驅動(dòng)方法、采集方法。 |
7 |
《識別技術(shù)及應用》 |
主要講解無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)(低頻、高頻、超高頻、2.4G 有源)的工作原理、頻率標準、技術(shù)規范。使用讀寫(xiě)器、電子標簽,結合上位機應用軟件實(shí)現電子標簽信息的讀取、寫(xiě)入、安全保護等功能;實(shí)驗課程重點(diǎn)放在對各個(gè)頻段 RFID 模塊的管理、控制和上位機應用,學(xué)生可利用開(kāi)放的通信協(xié)議,編寫(xiě)上位機應用程序,實(shí)現身份識別、圖書(shū)管理、模擬收費、門(mén)禁管理等各種物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景。 |
8 |
《嵌入式系統及應 |
主要研究 Cortex-A9 以上內核的操作系統移植、應用程序開(kāi)發(fā)、設備上云、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) app 應用開(kāi)發(fā)等。掌握 Cortex-A9 高性能處理器的嵌入式Linux 系統移植、文件系統制作、Android 系統制作,以及基于 Qt/Android 的可視化應用程序開(kāi)發(fā)。掌握多種異構網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議轉換的編程方法,兼容 RS485、CAN 有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ), ZigBee/WiFi/藍牙等無(wú)線(xiàn)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)議轉換。 |
9 |
《無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》 |
主要講授短距離無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )相關(guān)知識:ZigBee傳感網(wǎng)的拓撲結構、協(xié)議棧工程解析、使用協(xié)議棧函數實(shí)現傳感器節點(diǎn)的數據收發(fā);WiFi 傳感網(wǎng)通信模塊的 AT 指令集、設置方法、Socket 通信和傳感器節點(diǎn)的數據收發(fā);藍牙無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的工作原理、設置方法、網(wǎng)絡(luò )特性和傳感器節點(diǎn)的數據收發(fā);長(cháng)距離通信網(wǎng)絡(luò ):LoRa 傳感網(wǎng)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )結構、AT 指令集和傳感網(wǎng)數據收發(fā);NB-IoT傳感網(wǎng)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )架構、AT 指令集和傳感網(wǎng)數據收發(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)和應用開(kāi)發(fā)。 |
10 |
《傳感器與智能檢 |
根據設計要求,確定檢測系統方案,選擇傳感器、設計信號調理電路。使學(xué)生初步具有檢測系統分析、設計的能力,為后期測控系統的設計研制打下基礎。 |
11 |
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