物聯網教學實驗室大學方案簡介(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 持多種串行通信協議的強大USART??23. 21個通用I/O 引腳（ 19 4 mA，220 mA）??24. 看門狗定時器1. 節點底板?? 支持 4 節電池供電?? 96*16 液晶顯示?? 1 個多功能按鍵?? 一個 miniUSB 串口，可通過伸縮USB 線纜供電?? 標準 WXL20 針高頻模塊接口以及標準的傳感器模塊接口。2. ZIGBEE 模塊?? 采用 TI 最新一代ZIGBEE 芯片CC2530?? 支持基于 的ZIGBEE2007/PRO 協議?? 采用 WXL 標準的20 芯雙排直插模式接入底板?? 支持 TI 最新ZSTACK 協議棧?? 支持 TINYOS 系統（可選）3. 傳感器組件根據實驗室配置不同，有以下傳感器進行選配，具體配置以實際配置為準。標配為：溫度/光敏/蜂鳴器一體傳感器模塊、高精度溫濕度傳感器模塊、兩路繼電器模塊、可調LED 燈光模塊、振動傳感器/蜂鳴器一體模塊。擴展配置為：超聲波測距傳感器模塊4位LED 數碼管顯示模塊、直流/步進電機一體模塊、火焰傳感器模塊；壓力傳感器模塊、紅外感應傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、可燃氣體傳感器模塊、酒精傳感器模塊、DA 輸出模塊等、8*8LED 點陣模塊、霍爾傳感器模塊、玻璃破碎檢測模塊、紅外轉發模塊、門磁檢測模塊、聲控模塊等。仿真器C51RF 無線ZigBee 開發技術核心C51RF3 仿真器，如下圖所示。C51RF3仿真器具有在線下載、調試、仿真等功能。從下圖可以看C51RF3 仿真器外形非常簡潔，具有一個USB 接口，一個復位按鍵以及一根仿真線。USB 接口：通過USB 接口把C51RF3 仿真器與計算機有機的連接起來。C51RF3仿真器通過此接口與計算機進行通信，要在CC2430/CC2431 的ZigBee 模塊的開發上實現下載、調試(DEBUG)、仿真等的通信都由此接口來實現。復位按鍵：此按鍵用來實現C51RF3 仿真器的復位，當你需要重新下載、調試(DEBUG)、仿真你可通過此按鍵來實現硬復位。仿真線：這是一根10 芯的下載、調試(DEBUG)、仿真線，通過它與感知節點的ZigBee 模塊進行連接。 仿真器跟感知節點的連接示意圖如下所示：57 / 58光盤資料截圖 物聯網智能沙盤的方案介紹：很多老師、領導對物聯網這個概念不是很理解，相同，很多學生更是對物聯網新興概念無法理解，需要一個綜合性，基礎展示平臺，更直觀化的了解物聯網在家庭中的基本應用。本方案如圖所示，由尺寸60*60*55CM（可定制）的別墅模型作為依托，外觀精美、檔次高檔，模型內嵌入了現在家庭中都會用到的電視、電燈、空調、窗簾、安防、報警、車庫、門等，保留所有實際功能，即縮小版的家庭別墅。各個之間用手機或電腦就可以進行遠程控制。廢除了在學校耗費十幾萬裝修，主要智能家居東西也就萬元。為學校達到展示的目的，讓更多的資金轉到購買其他設備。：60*60*55CM（可定制）：電視、空調、室內燈、電動窗簾、電動車庫門、紅外、報警等。利用手機、電腦可以控制電視機的開關、調臺等；空調的開關；室內燈的開關；窗簾的開關；車庫門的開關；人體紅外報警等。（直觀體驗快速響應，零延時）；、門、紅外、可燃氣體與報警器的聯動，有RS2348開關量、模擬量、紅外等，可以自己動手加入監控、門鈴、背景音樂、安防設備等6.（需要電腦）拓展模塊zigbee區域開發，方便于教學，采用可拆卸式zigbee區域，zigbee采用最新的德州儀器CC2530方案，此芯片的優點就不必說了吧。溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、可燃氣體傳感器、紅外傳感器、繼電器執行器等采用20針，可任意插拔，方便老師教學講解。拓展Zigbee區域功能：監控室內外溫濕度值、光照值；廚房可燃氣體監控、排風，人體紅外報警等。 物聯網沙盤特點和優勢：安全性：系統各節點及控制設備低壓供電和電池供電，專注可靠性設計，機械裝置固定牢固沙盤布局科學合理。穩定性：硬件高可靠性設計，通訊模塊使用專業儀器測試，軟件程序性能優化和運行可靠。便捷性：節點可移動，靈活拆分，靈活組裝，連線設計方便快捷，傳感器和控制系統操作便捷，學生學習，體驗，實驗方便快捷。美觀性：沙盤設計有專業設計師設計，美觀大方，軟件代碼優化。技術先進性：沙盤包含多個物聯網技術環節，在物聯網技術積累的經驗，確保系統先進性。良好的用戶體驗：沙盤套件和組裝而成的各種沙盤可以幫助學生了解物聯網架構組成和實景觀察各種應用，學生通過該沙盤來學習物聯網應用系統使用和設置、多種傳感器的使用、無線傳感網絡組網技術等將會獲得完美的用戶體驗。 物聯網綜合分析儀（最大使用范圍：）物聯網綜合分析儀是我公司自主研發獲國家多項專利的產品，屬國內首家且至今為止唯一一家生產廠家。解決了采購單項功能儀器高額費用的困擾，是助力物聯網實訓室設備的必備儀器。 （最大使用范圍：）IOTA1100物聯網分析儀是無線龍公司在美國國家專利局和中國國家專利局分別為物聯網分析儀申請了美國專利和中國專利（全球優先申請PCT）；使用IOTA1100物聯網分析儀空中協議分析儀、微功耗分析儀、頻譜分析儀、信號發生器和無線龍各種專業開發系統，套件和模塊配合，將可以為課程教學和實驗實訓帶來全新的可視化和儀器化教學效果，看見通訊的無線包裝，看見波形，看見頻譜和信號，讓學生全面掌握物聯網專業技術。 我們知道,物聯網使用的無線技術涉及到非常高的通訊頻率和比較寬闊的頻譜范圍,(、ZigBeePRO、WiFi) ,這個頻率幾乎可以方便的用于世界上任何地方。然而，為了改進大樓穿透力和傳輸距離、降低各種干擾、減少無線通訊中的功耗,設計開發的工程師可以考慮使用各國規定的其它頻段(例：、915MHZ、779MHZ、433MHZ、315MHZ等等)。 物聯網技術中,除了涉及比較高的頻率和比較寬闊的頻譜范圍,還涉及到各種不同的通訊協議棧，(包括ZIGBEE 、藍牙、WIFI等等不同通訊協議)這些協議棧根據不同的通訊標準,由軟件實現,最終實現不同網絡節點，路由器,網關之間的通訊。對于無線通訊而言，大量的通訊數據是以不同的數據包，在空中傳輸，這就要求有一種特殊的高頻儀器來采集和分析這些在空中傳輸，但是我們看不見，摸不著的數據包裝，才能有效的實現對通訊協議驗證和查錯，提高軟件協議棧開發效率。 還有就是作為物聯網的電池節點等，都需要在很小的電池下，能夠長時間工作，測量和監視這些微功耗狀態也是很重要的一項工作，因為為了節省耗電，這些節點通常都是處于瞬間工作狀態，于是測量這些節點的長周期，瞬間功耗和自動化記錄分析，也成為一項復雜的工作，需要有專門的儀器來承擔。 正式根據物聯網產品設計和技術開發的這種實際需要，一種新型射頻儀器出現了，這就是由無線龍科技集團設計的IOTA1100系列物聯網綜合測試儀，該儀器在一臺儀器中，同時實現了上述4個方面的需求，下面我們來簡單介紹一下這種新型儀器的簡單實際應用。一 、空中協議分析儀功能 空中協議分析儀是一種先進的數字化分析檢測設備，可以采集和分析不同的物聯網和傳感器網絡的通訊協議在空中傳輸的數據包裝，其中對符合IEEE ，是物聯網綜合分析儀空中協議分析儀的一個基本配置功能；對于其它通訊標準的采集和分析，可以采用不同的協議擴展模塊來實現。 圖一是一個兩組不同ZIGBEE 傳感器節點分析采集的樣板，我們通過這個樣板來來看看如何使用空中協議分析儀的基本功能。 首先，我們選擇進入物聯網綜合分析儀上的空中協議分析功能（），看到屏幕上出現的這個多窗口畫面，每個窗口分別具有空中數據包裝采集顯示，空中包裝時間流程顯示，包裝內容解析，網絡拓撲顯示等多種功能:啟動分析儀自動采集命令，實施多通道自動掃描，如果在空中發現符合ZIGBEE標準的數據包裝，就會自動完成空中包裝采集和自動存儲和顯示這些數據。 圖一所示兩個ZIGBEE網絡，一個是采用電池供電的微型模塊組成的ZIGBEE網絡，由4個模塊組成，包括網關，路由器和節點（蘭色），另外一個是由5個能量收集模塊組成ZIGBEE微型傳感器網絡（綠色），通過分析儀內部高速嵌入式電腦的自動采集和包裝和分析等復雜算法，在網絡拓撲窗口，我們可以實時觀察到這兩個獨立網絡運行情況和拓撲情況, 蘭色的網絡由一個協調器，2個路由器，一個終端節點組成網狀網絡；另外一個能量收集網絡（綠色）由一個協調者，2個路由器和2個終端節點組成一個獨立的無電池無線傳感器網絡；在包裝采集的窗口內，我們可以詳細了解每個數據包裝的格式內部信息，加入網絡和網絡路由的等網絡自組織的各種信息，了解網絡流量和繁忙情況，網絡可靠和健康狀態，實現多個射頻通道相互獨立的無線傳感器網絡的透明化監控和實時分析。 圖一 、2個獨立的ZIGBEE傳感器網絡空中協議采集和分析演示二 、射頻放大器電路設計、測試和分析 為了增強物聯網傳感層的覆蓋范圍，我們在設計中往往需要為無線傳感器片上系統（SoC）添加各種射頻放大器，測試和分析需要使用到昂貴的射頻頻譜分析儀，為了方便工程師使用低成本的測試開發工具，物聯網分析儀配備了不同的頻譜分析儀模塊，供工程師使用。由于是這些附加功能共同使用物聯網分析儀內部的嵌入式電腦和彩色LCD顯示和觸摸屏，所以整體儀器增加的成本不是很高； 物聯網分析儀有前面板2個標準的50歐姆射頻插頭，可以實現射頻信號的輸出和輸入，（）。 圖二是一個測試接收放大器和發射放大器的測試演示圖二、射頻放大器測試開發配置示意圖 圖二中有兩個傳感器網絡無線模塊的的電路板（綠色和蘭色），實際測試時候，只能選擇對其中一個板子連接和實際測試和調試； 首先，我們測試發射放大器（圖二綠色電路板），這一般是功率放大器，我們將分析儀射頻輸出電纜連接在綠色電路板的輸入端（斷開無線收發器輸出），將輸出信號調整到我們需要的頻率（300MHZ ,433MHZ,900MHZ,），將輸出端（天線端）連接到分析儀接收電纜，將分析儀設置為頻譜接收狀態，我們可以在分析儀上觀察到射頻頻譜信號，可以采用波形顯示或者同時采用密度顯示，還有觀察到最大頻譜軌跡，平均頻譜軌跡等高級數值功能；通過射頻信號發生器和頻譜儀，我們可以測試功率發生器的各種射頻參數，對放大器相關輸出阻抗，功率，噪聲等，進行調整，完成一個高質量功率放大器調試和測試過程； 對低噪聲放大器測試調試（圖二蘭色電路板）的測試和調試，只需要分別將分析儀輸入輸出端進行不同射頻連接，同樣可以容易方便實現對低噪聲放大器這樣高難度射頻傳感器模塊的測試調試工作； 其它功能和擴展功能模塊 IOTA1100物聯網分析儀還具備微功耗分析儀功能，并作為標準配置，可以實現各種傳感器節點等在瞬間功率不同狀態下連續測試，自動記錄和功耗，平均電流，最大電流等參數自動化測試功能； 同時，系列新功能的選擇模塊將陸續加入該儀器的選擇配置，選擇配置將包括HF和UHF RFID分析功能模塊，，RF4CE，3G/4G射頻電訊網絡等測試分析功能模塊等，IOTA1100物聯網綜合分析儀技術參數指標178。 無線傳感網絡分析儀技術規格無線傳感器網絡空中協議分析儀 空中協議搜索頻率范圍 ～ 主要技術標準 IEEE 標準ZIGBEE 20042006 ZIGBEE 2007 ZIGBEE PRO 主要功能 主要功能 實現數據空中包裝的抓取、分析、網絡觀察、數據存儲等 分析格式 HEX、ASCII、10進制等 主要功能模塊 主要軟件模塊 網絡發現和觀察、網絡流量觀察、包裝觀察分析、網絡拓撲結構分析 主要分析模塊 傳感器網絡包裝自動過濾，包裝自動比較，網絡拓撲分析和繪圖等 信號截取方式 通過內置天線自動實時監聽，實時嗅覺和發現傳感器網絡結構和空中傳輸的不同信道和網絡的無線通訊包裝 通過內置天線自分析文件存儲5數據包裝文件可以自動存儲，自動回放分析 實時同步監聽通道數頻率通道 選件WSN08 2個獨立的監聽模塊 選件WSN09 4個獨立的監聽模塊 頻率范圍 頻率 ～ 標準 IEEE 軟件升級功能 多網絡同時捕捉顯示 選件WSN08最大2個獨立網絡 選件WSN09最大4個獨立網絡 圖形化顯示升級功能 WSN08 2個網絡圖形化拓撲顯示 WSN09 4個網絡圖形化拓撲顯示 升級定制功能 可以定制擴展到最多16個通道 升級模塊安裝方式 選件WSN08 寄回原廠安裝和升級 選件WSN09 寄回原廠安裝和升級 178。 低功耗分析儀技術規格低功耗分析儀技術規格 輸入阻抗 1Ω/100Ω 垂直檔位 毫安檔/微安檔，檔位內均按125步進，毫安檔最大量程為500Ma，微安檔最大量程為1000Ua，最小分辨率10uA。 水平時間分辨率 微秒（us）,毫秒（ms）,秒（s）,檔位內均按125步進，最小分辨率為1us,最大為10s 工作模式 自動模式/單次觸發模式，自動模式為顯示電流隨時間的變化曲線（從時域角度說并不是連續的時間），單次觸發模式為滿足一定條件的電流在一段連續時間上的變化曲線。 觸發方式 上升沿、下降沿 觸發水平 1到當前量程最大值 存儲深度 0～512K byte 直流漂移 178。 頻譜分析儀技術規格 頻譜分析儀技術規格 頻率指標 頻