物联网工程技术专业实训室方案48

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1、物联网工程技术专业实训室建议方案上海企想信息技术有限公司二O一一年三月目录1概述11.1物联网技术背景介绍11.2物联网实训室建设意义21.3建设目标和特色42实训室总体设计62.1设计思想62.2区域规划73产品介绍133.1Zigbee模块包133.2Gprs模块163.3蓝牙模块183.4Wifi模块193.5RFID模块203.6操作台234实训内容设计274.1Zigbee274.2GPRS294.3蓝牙304.4Wifi314.5RFID324.6综合演示335项目实施385.1项目阶段385.2项目实施过程385.3提供师资培训与手册385.4技术服务396涉及专业和课程设计40

2、6.1物联网涉及专业406.2物联网实训室课程体系407公司简介441 概述1.1 物联网技术背景介绍物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。物联网概念是庞大和丰富的，其中涵盖了大量现有的专业门类和技术体系，而在其系统集成和应用端，可以说物联网技

3、术将能够应用于工业、农业、服务业、环保、军事、交通、家居等几乎所有的领域。随着信息采集与智能计算技术的迅速发展和互联网与移动通信网的广泛应用，大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟，欧美等发达国家将物联网作为未来发展的重要领域。美国将物联网技术列为在经济繁荣和国防安全两方面至关重要的技术，以物联网应用为核心的“智慧地球”计划得到了奥巴马政府的积极回应和支持；欧盟2009年6月制定并公布了涵盖标准化、研究项目、试点工程、管理机制和国际对话在内的物联网领域十四点行动计划。2009 年8月7日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表重要讲话：提出了“在激烈的国际竞争中，

4、迅速建立中国的传感信息中心或感知中国中心”的重要指示；2009年11月3日让科技引领中国可持续发展的讲话中，温家宝总理再次提出“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP 时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。2010年两会期间，物联网再次成为热议话题。随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。目前，物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展。学习与掌握物联网的技术理论，发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。2010年最新的教育部通知已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高校申报相关专业。可以预见

5、，在不久的将来，无线传感网络将给我们的生活带来革命性的变化。物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别等各种传感技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。目前业界对物联网还没有一个完全统一的概念，但普遍认可的概念是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化

6、识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。 物联网三层框架感知层是物联网的皮肤和五官，识别物体、采集信息。感知层包括条码扫描、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各种传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息与控制。网络层是物联网的神经中枢，就像大脑的信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层是物联网的“社会分工”，与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化

7、。中国物联网产业的发展，应该坚持“典型应用是导向、智慧处理是重点”的方针，物联网本身当前不可能呈现为一个整体形式而是以局部和行业的应用为当前的主要发展特征，物联网的未来是对获取的海量并冗余信息的智能处理，智慧应用是关键。抓住以上两个要点，才能从当前阶段和未来阶段把握中国物联网的发展机会。1.2 建设物联网实训室意义1.2.1 教学意义物联网技术面向现代信息处理技术，培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高等工程技术人才。可以培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程

8、等基础理论，掌握物联网系统的传感层，传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。目前，物联网教育体系将物联网专业技术分为“传感采集控制”、“通信网络”、“系统应用”三个专业方向。此分类基于对物联网产业的层次化理解，物联网作为一个宏大的产业，并不是一个简单的领域，其最终应用应为一个复杂的链条网，下层是与物理世界联系的纷繁复杂的数据采集方式，中间层将数据以各种接入方式进入互联网等各种通讯网络，使数据自由迅速的流动，而在应用端高层是各行各业的专家和用户智能的对数据进行远程、智慧的使用。基于此理解“传感采集控制”、“通信网络”、“

9、传感采集控制”专业方向主要培养学生学习和掌握现有的和未来可能发展的各种传感数据采集方式以及传感数据采集设备、传感及控制设备的设计和开发，学生完成试验课程后能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护不同的物联网节点、数控设备等。“通信网络”专业方向主要培养学生学习和掌握数据和设备的通信、网络传输、数据接入等方面的内容，学生完成试验课程后能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护在各类通信系统中组织传感和控制信号的应用设备等。“系统应用”专业方向主要培养学生学习和掌握物联网技术在不同应用领域的上层应用设计、数据安全、系统集成、数据使用等能力，学生完成试验课程后能够根据实际应用领域和应用实例设计、开

10、发、使用、维护全面的物联网行业应用系统等。通过基础课程教学结合实训室的实验和实训，让学生充分动手，接触各种无线有线通讯技术和实际训练，并且使用无线单片机设计微功耗无线网络节点，各种网络路由器，无线有线网关；最终达到能够独立使用无线单片机，构架设计各种物联网应用系统。通过教学和实践的结合，感知体验与动手开发的结合、方案设想与实际验证的结合，提高学生的动手能力，积累实践经验，从而整体上提高教学质量水平。1.2.2 科研水平提高的意义物联网把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理；是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域。早在19

11、99年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”；2003 年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首；2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS），国际电信联盟（ITU）发布了ITU 互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）和“新一代宽带移动无

12、线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。传感器网络标准工作组组长、上海微系统所副所长刘海涛表示，我国的技术研发水平已处于世界前列。中科院早在10年前就启动了传感网研究，先后投入数亿元，目前，中国与德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制定的主要国家之一。目前，我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳。8月7日，温家宝总理在无锡考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时曾表示，至少三件事情可以尽快去做，一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信心中心，或者叫“感知中国”。并指

13、出，要早一点谋划未来，早一点攻破传感网核心技术，要依靠科技和人才，占领科技和经济发展制高点，保证我国具有可持续发展的能力和可持续的竞争力。从“物联网”的应用来看，我们认为有三个层次：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别。二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络或未来的NGN网络，实现数据的传输与计算。三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、PC等终端进行。由此可以看到，“物联网”的关键在于射频标签（RFID）、传感器、嵌入式软件及传输数据计算等领域。通过理论研究和物联网实训室的实验水平来进一步提高学校在物联网领域的科研水平。1.2.3 提高学

14、生的竞争力“物联网”被称为下一个世纪人类面临的又一发展机遇，传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。物联网的关键技术：传感器技术、智能嵌入式技术、射频识别技术等将得到更加广泛的应用。根据预测，到2035年前后，我国的传感网络终端将达到数亿个；到2050年，传感器将在生活中无处不在。据初步统计，未来5-10年内，拥有物联网专业相关学历或受过专业培训的人才将成为人力市场上最受青睐的技术人才。通过教学和实践的结合，感知体验与动手开发的结合、方案设想与实际验证的结合，提高学生的动手能力，积累实践经验，提升学生在相关行业的竞争力，培养基本功扎实、专业知识精通的专业技术人才，以满足日益蓬勃发展的行

15、业人才需求。1.3 建设目标和特色1.3.1 主要建设目标l 建设一个完整的物联网实训室中心，可进行各种无线传感器网络、无线射频等教学实验，能够模拟典型物流、农业和智能家居等实际应用，同时也可以作为其他相关多个学科的实训基地。l 建设一个教学研的统一实训平台，集教学、实训、创新、演示和研发功能于一体，围绕物联网主题,同时兼顾当前流行技术的发展趋势，注重各种技术之间的融合与灵活应用，既可满足日常教学要求。同时注重项目实训及创新试验，各设备之间可以灵活组合。学生可以基于各种模块，按照自身的独特设计及应用，融合各种技术，进行创新试验。1.3.2 我们的特色l 多学科：支持多种学科实验。l 可扩展：系

16、统设计预留传感器和执行器件接口，可以任意外接其它器件。基于接口,学生可以扩展创新硬件和软件创新，实现学习 + 创新 + 科研 的综合应用。l 先进性：采用先进的RFID中间件技术，符合实际应用要求。直观性和真实性。l 多平台：可提供多种网络技术平台的组网。l 模块化：采用模块化的设计模式，可以根据实际需求选配各种模块组建实训环境。l 灵活性：可基于各种独立的模块，融合各种技术，灵活应用。l 易操作：采用一体化的操作台，集成监控屏幕、传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等；并采用可视化的监控软件，界面友好，操作简便。l 先进性：紧扣物联网相关新技术及发展方向。l 真正的“透明”教学，

17、通过直观和形象的应用场景，使学生可以直接体会传感网和物联网的应用场景；开放产品设计的软硬件资源，同时配套详细的教学试验文档，让学生以工程开发形式学习原理知识，融会贯通各个学科的知识，达到真正的学以致用。2 实训室总体设计2.1 设计思想物联网实训室设计思想：以物联网技术为核心，兼顾当前流行技术的发展趋势，注重各种技术之间的融合与灵活应用，理论联系实验，实验联系工程项目，既可满足日常教学要求，同时注重创新实验及项目实践，能够将物联网技术真正融会贯通到实际应用中。建设物联网实训室，将本着培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通

18、信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。物联网实训室集教学、实训、创新、演示和研发功能于一体，作为整个学校物联网的中心，亦可作为多个学科的实训基地。具有如下特色：（1）满足基本的教学要求，提供多种物联网相关技术，以及多种网络技术平台的组网。物联网实训室将提供多种技术，我们以物联网体系结构来划分，例如，传感器技术、RFID标签与读写器技术、无线传感网技术、典型的Zigbee技术，RFID中间件技术，WiFi技术、GPRS技术、蓝牙技术等，以及各种技术间

19、的综合应用。（）采用模块化的设计模式，可根据实际需求选配各种模块组建实训环境。我们采用模块化的设计，提供多种模块化的配套产品，包含典型传感器（例如，温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外传感器等）的节点，例如，Zigbee节点传感器、Zigbee定位节点模块、WiFi传感器节点、GPRS传感器节点，蓝牙传感器节点，以及包含无线通信模块的RFID读写器等。物联网实训室采用模块化的配套产品，每个模块都是整个实验系统中的一环，可进行单独模块的教学与实验。（）可扩展性与灵活性各模块化的产品提供可融合的开放接口，各模块设备间可灵活组合，可根据独特的设计及应用，融合各种技术，进行创新教学与实

20、验，以及综合性的应用。同时，系统设计预留传感器和执行器件接口，可以任意外接其它器件。（）易操作性，方便教学与实验物联网实训室采用一体化的操作平台，即采用工作台+模块化设备的方式，为教师教学以及学生实验提供方便的操作环境，而且提供集成监控屏幕、各种传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等，对操作台上的所有元器件，均提供便利的插口，便于操作。采用可视化的监控软件，界面友好，操作简便。（）提供模拟物联网应用演示和相关产品展示除了基本的教学与实验外，还将在物联网实训室中提供一个模拟物联网应用展示和物联网相关产品展示。模拟应用演示能够直观展示各种物联网应用，使学生直观、直接体会传感网和物联网的

21、应用场景，不只是每一个点，而是可以了解物联网应用的整个系统，以激发学生兴趣。模拟应用演示主要有几个方面：模拟物流应用演示，模拟农业环境中的温度和湿度监控，模拟智能家居应用等。物联网相关产品展示，能够让学生了解典型物联网应用中的相关产品，从技术上来看，主要提供的产品有Zigbee、WiFi、Bluetooth、GPRS、RFID等相关产品。2.2 区域规划区域规划是物联网实训中一个重要的部分，通过区域规划，能将教学与实训、创新与应用很好地融合在一起，既能方便教师教学，又要有利于学生进行独立实验，以及学生间的分组创新实验，同时又使得学生能够了解物联网的实际应用，以及物联网的相关产品。基于以上的想法

22、，物联网实训室要兼顾教学、实训、创新、应用与科研于一体，以及根据物联网实训室设计思想，我们拟将实训室划分为教师教学区、学生实验区、应用演示区和产品展示区。下面是物联网实训室平面布局图：各区域功能表：区域区域功能描述教师教学区该区域供教师进行教学演示使用，每个物联网实训室可以设定一个教师教学区，提供一个大的物联网实训操作台，面向学生摆放，以大屏幕投影的方式，清晰地展现教师教学过程。能够进行的物联网实训教学演示主要包括：传感器数据采集、Zigbee组网、Zigbee网络监控、蓝牙、WiFi、RFID，以及多种技术的综合应用。学生实验区该区域为学生提供物联网基础实验平台，同时也可以自由组合多个模块，

23、进行创新实验。学生实验区可安排30个实验操作台（或根据实训室实际情况增加或减少实验操作台数量），每个学生一个操作台，可完成物联网相关基础实验，也可以多个学生组成小组，完成物联网综合实验。主要能够实现的实验如下：能够进行的物联网实验主要包括：传感器数据采集、Zigbee组网、监控Zigbee网络、蓝牙、WiFi、RFID，以及综合创新应用实验。应用演示区该区域提供物联网实际应用演示系统，以大屏幕交互的方式，实现物联网中心数据的综合演示，直观展示各种物联网应用，使学生直观、直接体会传感网和物联网的应用场景，不只是每一个点，而是可以了解物联网应用的整个系统，激发学生兴趣。主要提供如下几个应用演示：l

24、 物流实际应用演示系统l 农业环境实际应用演示系统l 智能家居实际应用演示系统产品展示区产品展示区将围绕“采集、传输、处理、应用”四大核心领域，展示物联网产业链上各个关键环节的新技术、新产品、新装备、新工艺和新的解决方案，展示物联网在工业、电力、物流、交通、安防、环保、医疗、银行、广电、家居等领域的全新应用，让学生了解当前物联网技术、发展趋势，以及相关产品。2.2.1 教师教学区该区域供教师进行教学演示使用，提供一个物联网实训操作台，面向学生摆放，并以大屏幕投影方式，展现教师教学演示的整个过程。主要能够进行如下教学：l ZigBee组网演示教学l 传感器数据采集教学l ZigBee传感网教学l

25、 以太网监控ZigBee网络演示教学l 蓝牙演示教学l WiFi演示教学l RFID有源标签读写数据演示教学l RFID无源标签读写数据演示教学l RFID应用演示教学l 综合应用演示教学例如，WSN无线传感器网络（ZigBee）采集物理数据通过串口传输到PC机，然后通过WiFi或GSM/GPRS和TCP/IP等方法传送到服务器，客户端可以通过各种介质（手机、PC机）和各种方法（GPRS、Internet）来进行访问。2.2.2 学生实验区该区域为学生提供物联网基础实验平台，同时也可以自由组合多个模块，进行创新实验。主要能够实现的实验如下：l Zigbee实验Zigbee无线传感网络集成开发环

26、境、嵌入式软件实验Zigbee无线传感网络模块设置和参数读取实验Zigbee无线传感网络组网实验基于Zigbee的WSN路由实验Zigbee无线传感网络I/O实验：采集温度、湿度、光敏等传感器数据，控制LED、电机、蜂鸣器、智能开关l WiFi实验超低功耗WiFi集成开发环境、嵌入式软件实验超低功耗WiFi节点参数配置实验超低功耗WiFi网络I/O实验：采集温度、湿度、光敏等传感器数据超低功耗WiFi网络I/O实验：控制LED、电机、蜂鸣器、智能开关超低功耗WiFi无线传感网综合实验l 蓝牙实验蓝牙通信网络集成开发环境、嵌入式软件实验蓝牙节点参数配置实验蓝牙I/O实验：采集温度、湿度、光敏等传

27、感器数据蓝牙I/O实验：控制LED、电机、蜂鸣器、智能开关蓝牙通信综合实验l GPRS实验GPRS通信网络集成开发环境、嵌入式软件实验GPRS节点参数配置实验GPRS通信网络I/O：采集温度、湿度、光敏等传感器数据GPRS通信网络I/O：控制LED、电机、蜂鸣器、智能开关GPRS通信网络综合实验l RFID实验有源/无源RFID写卡实验无源RFID读卡实验有源RFID读卡实验有源RFID标签网络数据采集实验基于RFID中间件通讯实验RFID应用演示实验2.2.3 应用演示区该区域提供物联网实际应用演示系统，以大屏幕交互的方式，实现物联网中心数据的综合演示，直观展示各种物联网应用，使学生直观、直

28、接体会传感网和物联网的应用场景，不只是每一个点，主要可以了解应用的整个系统，激发学生兴趣。主要提供如下几个应用演示：l 物流实际应用演示系统该应用演示系统模拟了物联网在物流中的实际应用，具体如下：在物流系统中，实现货品的登记、货品出库管理、货品在运输过程中的定位，以及货品卸载登记管理等，l 农业环境实际应用演示系统该应用演示系统模拟了物联网在农业环境中的实际应用，具体如下：在农业环境中，放入各类传感器，通过其采集数据，将数据传送到无线传感器网络节点。基于802.15.4标准的无线传感器网络节点间相互协作，通过无线的形式将信息发送到无线传感器网络网关，将数据信息传送到网络中的服务器，通过相关后台

29、软件进行数据统一管理，为用户提供数据查询，决策指导等。l 智能家居实际应用演示系统该应用演示系统模拟了物联网在家居中的应用，如下：智能家居，以样板间的形式呈现未来家居的物联网交互方式，传感网控制单元内嵌到各个家居设备实物中，实现智能控制。模拟实际的家居环境及控制对象：对家电（电视机、冰箱、彩电、空调、灯光等）的控制，安防监控，智能调节，警报，以及远程监控等，构建一个智能智慧的家居环境。2.2.4 产品展示区产品展示区将围绕“采集、传输、处理、应用”四大核心领域，展示物联网产业链上各个关键环节的新技术、新产品、新装备、新工艺和新的解决方案，展示物联网技术与相关产品，让学生了解当前物联网技术、发展

30、趋势，以及相关产品。相关产品如下：l RFID产品RFID标签芯片：低频RFID标签芯片、高频RFID标签芯片、超高频RFID标签芯片、其它芯片RFID标签：低频RFID标签、高频RFID标签、超高频RFID标签、双频电子标签、其它标签RFID读写器芯片：低频RFID读写器芯片、高频RFID读写器芯片、超高频RFID读写器芯片、有源RFID读写器芯片、其它读写器芯片RFID模块与读写器产品：低频RFID读写器、高频RFID读写器、超高频RFID读写器、双频标签读写器、RFID读写器、天线、其它RFID手持终端：手持终端（不带操作系统）、手持终端（带操作系统）有源RFID产品与系统：433MHz

31、有源RFID系统、2.45GHz有源RFID系统、5.8GHz有源RFID系统、标签电池、其它RFID测试仪器：信号发生器、矢量分析仪、综合测试仪器、其它l 传感器网络产品传感器芯片传感器模块：湿度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外传感器ZigBee产品数据传输模块WiFi通信模块蓝牙通信模块GPRS通信模块3 产品介绍3.1 Zigbee模块包Zigbee模块包包括协调器、定位参考节点、和定位及传感器节点和相关软件包等产品，具体如下：3.1.1 协调器产品型号：CH-Z-CC2430-R01产品规格：l CPU主频率32MHZl 工作温度：+5-+50；l 湿度：90%l 贮存

32、温度：-20+70；湿度：95%l 采用透明塑料外壳包装l SMA天线：2.4GHZl 片内FLASH：128K产品功能l 包括CC2430/1射频底板和支持底板。l 射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430以及带硬件定位引擎的CC2431作为收发处理核心，引出全部IO管脚，利用2.4G的SMA天线进行通信，IO接口排针能与开发的相应底板连接构成完整系统。l 采用完全的嵌入式系统l 提供数据访问接口以方便计算机应用程序开发。l 协调器能够建立网络，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。3.1.2 定位参考节点产品型号：CH-Z-2431-N01

33、产品规格：同协调器产品功能l 定位参考节点包括CC2430/1射频底板和支持底板。l 定位参考节点底板CC2430/1的复位系统、JTAG在线仿真下载接口电路、电池盒供电系统、IO引脚排针等。l 底板上的资源通过IO排针直接与该接口相连即连接到芯片的具体的IO管脚，可以使用不同的射频顶板达到不同的网络设备，底板还包括CC2430/1芯片的复位电路，复位按键能够对芯片的程序进行复位方便调试和程序运行。l 定位参考节点支持底板的供电主要由2节5号电池提供，这便于学习实验时参考节点的布置，可以很方便的贴在墙壁之上或者安置于其他地方。l 底板上的JTAG仿真接口为开发系统的CC2430/1芯片提供系统

34、开发的仿真器连接接口，方便用户对ZIgBee协议栈等程序进行烧写和在线仿真。3.1.3 传感控制节点产品型号：CH-Z-CC2431-N02产品规格：同协调器产品功能l 传感器节点包括CC2430/1射频底板和支持底板。l 传感器节点支持底板包括众多资源完整的3电源供电系统（电池盒、外接电源、仿真器供电）、与ZigBee2006协议栈无缝连接的按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路以及IO排针等等。l 电源：采用稳压芯片11173.3，能够为整个底板提供3.3V的电源，设计电源指示LED，当芯片正常工

35、作，底板电源为3.3V时红LED点亮。l 串口电路芯片主要采用SP3223EEA，该芯片封装较小，节约PCB资源，性能稳定可靠，能够与TI官方的定位图形监控软件Z-LOACTION实现无缝连接通信，串口接口电路采用标准的9针接口，连接线非常容易获得。l 按键系统的设计遵循了ZigBee2006协议栈对按键选择的要求，必须满足协议栈里面定义的各种方向按键与选择取消按键。l SHT10温湿度传感器通过串行接口与单片机连接，两线双向的连接方式做过优化处理与标准I2C不兼容，供电为2.4V到5.5V，底板上提供的供电电源为3.3V，刚好能满足要求。l 光敏传感器对光线敏感，不同的光线照射对应的光敏传感

36、器的电阻也不一样，根据不同电阻在图中分压的不同，可以通过AD来采集电压，根据采集的电压换算成光线的强度。l 温度传感器DS18B20采用独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。工作电源为35V/DC，刚好在底板上的电源范围之内。l 控制系统：采用继电器对电机和蜂鸣器等进行控制3.1.4 设置与监控软件无线传感器网络设置与监控软件（V1.2）是专门为ZIGBEE无线传感网络开发的无线传感器网络上位机可视化监控软件。主要功能如下：l 监视并管理传感器网络，可发现节点，生成并查看网络拓扑结构。l 图形形式传感器数据。显示各个节点温

37、度、湿度、光强度等传感数据拓扑图。并可对各个节点进行控制。l 可设置根据传感器数据，定义逻辑并发送节点控制命令。用户可模拟实际应用、自行定义逻辑。如温度超过50，关闭加热器。温度低于20打开加热器等等。l 无线传感网络节点配置。可配置各个节点的连接参数。l 无线传感网络状况监控，检测每个节点的信号强度。3.2 Gprs模块Gprs模块包括Gprs传感器节点，Gprs监控软件包等3.2.1 GPRS传感控制节点产品型号：CH-G-Q24-N01产品规格：l 采用WAVECOM四频模块Q24l CPU主频率32MHZl 工作温度：-20-+55；l 湿度：90%l 贮存温度：-20+70；湿度：9

38、5%l 采用透明塑料外壳包装l 最大传输速率：115Kbpsl 支持FR/EFR/AMR多种语言编码方式、VDA2C高品质语音l 支持TXT、PDU两种短信模式l 支持内嵌TCP/IPl GSM上行速率42.8Kbps，下行速率85.6Kbpsl SIM机卡分离l 天线接口：900/1800Mhz产品功能：l 包括GPRS通讯顶板和支持电路底板（电源、接口以及传感器电路）。l 各种I/O接口，可通过串口对节点进行设置l 双路音频输入输出通道l 按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路以及IO排针等等3.

39、2.2 GPRS监控软件通过GPRS监控软件可以对GPRS节点进行设置、监控节点传感数据、节点流量等，具体功能如下：l 节点参数设置l 设定服务器IP地址、端口号等l 图形显示节点传感器数据、包括温度、湿度、光强度等l 能够通过发出指令读取节点传感器数据l 能够发出指令控制节点蜂鸣器、直流电机等3.3 蓝牙模块蓝牙模块包括蓝牙传感控制节点以及蓝牙监控软件等3.3.1 蓝牙传感控制节点产品型号：CH-B-BGB203-N01产品规格：l 采用飞利浦Sip BGB203/204l 工作温度：-30-+85；l 采用透明塑料外壳包装l 最大传输速率：115Kbpsl 接收灵敏度，-86 dbml 天

40、线端口发射功率，+5dbml 串口异步通讯：波特率 115 200 bpsl 支持蓝牙规范版本： 1.2l SRAM：40K Bytes片内Flash：268K Bytes产品功能：l 蓝牙从机节点，包括蓝牙通讯顶板和支持电路底板（电源、接口以及传感器电路）。l 可通过串口连接对节点进行设置l 包括按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路以及IO排针等等3.3.2 蓝牙监控软件l 读写节点物理地址l 节点参数设置l 图形显示节点传感器数据、包括温度、湿度、光强度等l 能够通过发出指令读取节点传感器数据l

41、 能够发出指令控制节点蜂鸣器、直流电机等3.4 Wifi模块Wifi模块包括Wifi节点及Wifi监控软件等3.4.1 Wifi传感控制节点产品型号：CH-W-GS1010-N01产品规格：l 采用超低功耗 SOC芯片：GainSpan GS1010， l 内嵌32位ARM7 处理器，时钟频率44MHzl 无线协议 802.11 b/gl 射频工作频率：2.4 2.497GHZl 工作温度：-40-85l 安全机制遵循IEEE 802.11i, WPA2-PSK, AES硬件加密产品功能：l 节点包括wifi通讯顶板和支持电路底板（电源、接口以及传感器电路）。l 可通过串口连接PC，对节点进行

42、设置l 包括按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路以及IO排针等等3.4.2 Wifi监控软件l 节点参数设置（波特率，接入点SSID，接入点频道，MAC地址，服务器IP地址、端口转发数据包大小等）l 侦听网络，生成节点树l 读取节点传感器数据（温度、湿度、光敏、加速度等）l 节点传感器数据RSS曲线l 发送节点控制指令3.5 RFID模块RFID模块包括RFID读写器、RFID中间件等产品3.5.1 HF RFID读写器产品型号：CH-R-MFRC522-1产品规格：l 采用Philips MFRC

43、522 原装芯片l 51系列MCU，时钟32MHzl 12864液晶屏l 工作温度：-20-80l 工作频段：13.56兆赫兹l 工作电压：DC3Vl 支持协议：ISO 14443 TypeA和Mifare通信协议产品功能：l MF RC522利用了先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。支持14443A兼容应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测。此外，还支持快速CRYPTO1加密算法，用语验证MIFARE系列产品。MFRC522支持MIFARE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输速率高达424kbit/s。l 可通过串口、U

44、SB、WIFI连接到PCl 可以读卡写卡并传送到计算机l 可通过串口对读卡器进行设置l 串口、USB接口l 支持MIFARE Classic加密3.5.2 UHF RFID读写器（超高频）产品型号：CH-R- DT900-2产品规格：l 采用CASIO DT900芯片l 51系列MCU，时钟32MHzl 工作温度：-40-85l 工作频段：840-960MHzl 工作电压：DC5Vl 支持协议：EPC GEN2、ISO 18000-6Cl 读卡距离：50cm70cml 读卡协议模式：读卡器先讲，半双工l 最大输出功率：27dBm产品功能：l UHF超高频模块是超小型化的UHF RFID读写器核

45、心部件，里面集成了PLL、发射、接收、射频耦合器件以及MCU等部件。用户只需要在模块的基础上提供电源和通信接口即可很方便地通过API函数库控制模块工作。l 可设置识别到标签或卡后:蜂鸣器响读卡模块震动等l 可通过串口、USB、WIFI连接到PCl 可以读卡写卡并传送到计算机l 可通过串口对读卡器进行设置l 串口、USB接口3.5.3 RFID中间件产品型号：CH-R-M01产品规格：外观银色/黑色材质铝合金/不锈钢CPUIntel Atom /AMDMemory2 GBChipset Chipset Intel /AMDSystem I/O Outlet System I/O Outlet 3

46、 x RS-232 (COM 1/2/3)1 x VGA1 x Audio (Mic-in/Line-out)1 x PS/2 keyboard/mouse2 x 10/100/1000Mbps Ethernet4 x USB 2.01 x VDC power input connector1 x ATX power switch系统指示灯 1 x 绿灯，1 x 桔灯电源AC 60W /220V工作温度-10C +50C (14F 122F) 工作湿度Humidity 10% 90%, non-condensing支持读写器类型支持各种主流读写器功能说明：RFID中间件CH-R-M01是建立在

47、RFID 各个方面应用的一个完整的中间件平台。与业界领先的原型制作工具和先进的RFID 中间件服务器相联系，RFID中间件CH-R-M01 可以使你对RFID 的设计理念变成实际生产中的应用。RFID中间件CH-R-M01 平台主要是有两个不同组件组成的：中间服务器平台和工具包。作为整个应用的部署和开发核心平台，RFID中间件CH-R-M01是开发和部署RFID 应用的强大的中间件平台。RFID中间件CH-R-M01为RFID 与其他传感器设备的相互作用的复杂性提供了便捷，并且提供一个叫Esper（一个复杂事件处理和事件流处理应用的组件）作为它的规则引擎，该引擎已经为RFID 数据处理定制。建

48、立一个轻量级，模块化部署的服务器平台叫做Equinox OSGI3，RFID中间件CH-R-M01为你提供了强大的商业应用环境，促使RFID 硬件和RFID 数据处理之间可以相互通信交流。CH-R-M0工具包，作为建立RFID的模拟开发平台， CH-R-M01工具包是依据集成电路设备旨在CH-R-M01 环境中塑造和模拟RFID 硬件和RFID 事件。用这个工具包我们可以构建一个真实环境中拥有相同的阅读器，标签和事件的一个虚拟的RFID 环境。CH-R-M01工具包是一个为建立面向RFID 原型的产品套件。该工具包的核心是一个可以模拟RFID 阅读器到它的通信协议和标签读取的仿真引擎。这使得能

49、够创建场景和模拟RFID 数据传输，它通常保留了大量实际中RFID 的应用。CH-R-M01工具包是由一个仿真引擎和三个不同的软件一起组合使用，从而才能帮助执行一个完整的RFID 原型产品。CH-R-M01工具包主要包括以下三部分：Emulator（仿真器），Designer（设计），Tag Streamer（标签流）。Emulator：Emultor 是CH-R-M01工具包的核心开发工具。它能够模拟阅读器和标签，并且能够很好的和硬件连接起来，它还集成了一个脚本引擎来给标签和标签的阅读创建3D场景。Designer：Designer 是一个建立在仿真引擎基础上自定义演示工具，可以提供丰富的3

50、D 场景供演示。Tag Streamer：Tag streamer 是一个负载测试工具，允许你生成大量的虚拟阅读器和标签来测试RFID 系统。支持的业界大部分厂商的主流rfid读写器如果有需要用一些特殊读写器可以采用软件提供的Generic方式读写。3.5.4 RFID监控软件（RFID-Tool）l 单片机进行串口通信l 发送读写命令l 接收读写结果l 实际应用模拟3.6 操作台产品型号：CH-OP-001产品规格：产品功能：为学生实验提供方便的操作环境，能够实现对操作空间环境的改变，包括温度、湿度、灯光等。对于操作台上所有的元器件，均提供便利的插口，便于操作。工作台包括如下设备或器件：l

51、PC（PCI转串口）：用于安装上位机监控软件，学员可以通过PC机上安装的软件对各种产品进行配置、通信和参数的监控、实际应用模拟等l 触摸屏：安装于侧面板上，17寸液晶，支持触摸操作。l 工作指示灯（LED）：用于显示工作台上各个部件的工作情况。l LED：控制器件，学员可以通过跳接线连接到产品模块上，并通过产品模块控制LED的开关l 蜂鸣器：控制器件。l 直流电机：控制器件。l 智能开关：智能家居产品，通过设置产品模块进行控制，用于智能家居演示实验。l 智能插座：智能家居产品，通过设置产品模块进行控制，用于智能家居演示实验。l 加湿器：用于湿度控制实验l 灯泡：用于光强度控制实验l 红外加热灯

52、泡：用于温度控制实验l 湿度传感器：用于湿度控制实验l 温度表：显示温控室的温度l 湿度表：显示湿度情况l 工具箱：放置调节线等工具l 模块箱：放置产品模块l 键盘l 鼠标3.6.1 操作台面板设计3.6.2 底板设计底板放置键盘、鼠标等，并且可以对各种模块和计算机之间进行连线操作。底板顶部有电源插口、串口插槽等。3.6.3 温度控制区考虑到安全需要，采用固态继电器对弱电控制信号以及220V市电之间进行隔离。学生只需操作弱电控制连线部分。强电部分隐藏到控制台里面。具体电路图如下：交流电源固态继电器加热器控制信号输入固态继电器简写成“SSR”，是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件，它

53、利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。模块的输出控制信号连接到SSR，通过光电耦合，可以控制输出端的通断，从而控制加热器的打开和关闭。3.6.4 湿度控制区电路图如下：联网应用及流电源数据继电器继电器固3.6.5 光线控制区电路图如下：交流电源固态继电器可变电阻灯泡控制信号输入3.6.6 一般控制区LED1LED2LED3蜂鸣器蜂鸣器直流电机直流电机4 实训内容设计4.1 Zigbee4.1.1 实训环境说明实训环境如下图所示：zigbee实训环境l 无线传感器网络监控软件V1.2：通过串口对协调器

54、、路由器、节点进行设置，并可通过串口读取节点传感器数据。l Zigbee协调器（CH-Z-CC2430-R01）：控制管理整个zigbee网络。协调器可以通过路由器控制节点，也可以直接连接节点。Zigbee协调器可通过串口连接到计算机，计算机通过串口获取zigbee网络数据l Zigbee路由器（CH-Z-2431-N01）：连接节点和协调器l Zigbee定位节点（CH-Z-2431-N01）：进行Zigbee定位实验，路由器和定位节点的硬件相同，但软件不同。l Zigbee节点（CH-Z-CC2431-N02）：采集传感器数据，并通过zigbee网络传输到计算机网络，可以自带温度、湿度、光

55、敏传感器，并保留传感器接口，外接传感器。l Zigbee节点（CH-Z-CC2431-N02）：通过继电器控制LED，直流电机和蜂鸣器等。4.1.2 实训内容1、 Zigbee基础控制实验，包括模块通道读取和设置、PANID读取和设置、模块物理地址读取和设置、模块设备类型读取和设置、其它参数读写和设置、模块启动等实验目的：掌握模块通道、PANID、物理地址、设备类型等参数的读写和设置方法、掌握模块启动方法。实验设备：zigbee协调器、传感及控制节点、PC、设置与监控软件2、 Zigbee组网、通过zigbee网络接收和发送数据zigbee协调器、传感及控制节点、PC、设置与监控软件3、 传感

56、器数据采集和控制实验目的：掌握通过zigbee网络采集传感器数据的方法，包括温度、湿度、光敏等，掌握通过zigbee网络控制LED,电机、蜂鸣器，智能开关、插座的方法。实验设备：zigbee协调器、传感及控制节点、PC、设置与监控软件、控制台4、 Zigbee2004协议栈的使用实验目的：掌握Zigbee2004协议栈的配置和操作实验设备：zigbee协调器、传感及控制节点、PC、设置与监控软件5、 Zigbee2006协议栈的使用实验目的：掌握Zigbee2006协议栈的配置和操作实验设备：zigbee协调器、传感及控制节点、PC、设置与监控软件6、 Zigbee路由器组网实验目的：理解掌握

57、路由器的功能及设置方法实验设备：zigbee协调器、zigbee路由器、节点、设置与监控软件4.2 GPRS4.2.1 实训环境设计 GPRS实训环境PC：可通过拨号连接到互联网，可通过串口对GPRS节点进行设置GPRS节点（CH-G-Q24-N01）：采集传感器数据，并通过GRPS传输到INTERNET，可以自带温度、湿度、光敏传感器，并保留传感器接口，外接传感器。4.2.2 实训内容1、 GPRS节点参数设置实验目的：掌握GPRS节点参数设置方法实验设备：GPRS节点、PC、GSM手机卡2、 GPRS组网实验目的：掌握GPRS无线网络架构、组成实验设备：GPRS节点、PC、GSM手机卡、P

58、C拨号上网3、 通过GPRS采集传感器数据，包括温度、湿度、光敏等实验目的：掌握通过GPRS节点读取传感器数据实验设备：GPRS节点、PC、GSM手机卡、控制台设备4、 通过GPRS控制LED,电机、蜂鸣器实验目的：掌握通过GPRS节点控制执行设备。实验设备：GPRS节点、PC、GSM手机卡、控制台设备4.3 蓝牙4.3.1 实训环境设计图 1 蓝牙实训环境PC：PC上安装控制台软件（Wifi监控软件），可通过串口设置蓝牙模块、蓝牙节点参数，并可通过蓝牙连接读取蓝牙节点的传感器数据。蓝牙模块(CH-G-BGB203-N01)：连接到执行器件如LED，蜂鸣器，直流电机等通过串口连接到PC。蓝牙节

59、点(CH-G-BGB203-N01)：采集传感器数据，并通过蓝牙传输到计算机网络，可以自带温度、湿度、光敏传感器，并保留传感器接口，外接传感器。4.3.2 实训内容1、 蓝牙节点参数设置实验目的：掌握蓝牙节点参数设置方法实验设备：蓝牙节点、PC 2、 蓝牙组网实验目的：掌握蓝牙无线网络架构、组成实验设备：蓝牙节点、PC 3、 通过蓝牙采集传感器数据，包括温度、湿度、光敏等实验目的：掌握通过蓝牙节点读取传感器数据实验设备：蓝牙节点、PC、控制台设备4、 通过蓝牙控制LED,电机、蜂鸣、智能开关、插座器实验目的：掌握通过蓝牙节点控制执行设备。实验设备：蓝牙节点、PC、控制台设备4.4 Wifi4.

60、4.1 实训环境说明实训环境如下图所示：wifi实训环境PC：PC上安装控制台软件(Wifi监控软件)，可通过串口设置wifi节点参数，并可通过无线网络读取各个节点的传感器数据。节点：（GAINSPAN GS1010）采集传感器数据，并通过wifi网络传输到计算机网络，可以自带温度、湿度、光敏传感器，并保留传感器接口，外接传感器。4.4.2 实训内容1、 Wifi节点参数设置实验目的：掌握Wifi节点参数设置方法实验设备：Wifi节点、PC 2、 Wifi组网实验目的：掌握Wifi无线网络架构、组成实验设备：Wifi节点、PC、无线路由3、 通过wifi网络采集传感器数据，包括温度、湿度、光敏

61、等实验目的：掌握通过wifi节点读取传感器数据实验设备：wifi节点、PC、无线路由、控制台设备4、 通过wifi网络控制LED,电机、蜂鸣器，智能开关、插座实验目的：掌握通过wifi节点控制执行设备。实验设备：wifi节点、PC、无线路由、控制台设备4.5 RFID4.5.1 实训环境说明实训环境如下图所示：RFID实训环境l 电子标签：按频段分可分为低频标签、中高频标签、超高频和微波标签。按电能消耗分，可分为有源标签和无源标签。目前电子标签的厂商比较多，可按照需求进行定制。l 读写器（阅读器）：对应于电子标签的种类，分为低频阅读器 、高频读写器 、超高频读写器 、双频读写器等。本实训室采用了HF读写器CH-R-MFRC522-1（主要针对无源标签），UHF读写器CH-R- DT900-2（针对有源标签）。两种读写器均可通过串口、WIFI等方式连接到PC或RFID中间件。l 中间件：采用RFID中间件产品CH-R-M01。RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序，将RFID读写器读取的各种数据信息，经过中间件