物联网教学实验室大学方案简介

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1、物联网实验室建设（推荐）方案方案说明：本方案是根据以往给天津大学、天津师范大学、大连大学、大连民族大学、山东大学、石家庄职业大学等院校院校组建“物联网工程”系实验室的经验编写完成经验。仅供参考，如需建设请根据自身需求。1.物联网技术体系从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端，感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体、采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系

2、统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。图1物联网三层体系结构2. 物联网教学知识点根据物联网三层体系结构的分析，我们可以看到物联网是现有信息技术综合集成化的产物，其包含的知识点众多，主要体现在以下几个方面：1、 物联网理论知识l 物联网体系结构l 物联网传感技术l 物联网控制技术l 物联网无线传输技术l 物联网有线传输技术l 物联网中间件技术l 物联网软件开发技术l 物联网的应用案例2、 传感器技术l 常用传感器原理l 传感器的运用l 传感器的系统设计l 传感

3、器的引脚定义l 传感器技术的传输l 智能传感器组网，信息获取、传输及运用技术3、 RFID射频标签和通信技术l RFID标准及协议l RFID射频原理l RFID通信机制及实验l RFID相关软硬件设计及运用4、 低功耗ZigBee/低功耗蓝牙4.0/低功耗嵌入式Wi-Fi等3大主流无线网络技术l 常用无线SOC芯片选择及系统搭建l 高频微波技术基础和原理l 频域和时域仪器基础和高频微波仪器原理l 多种协议栈应用开发和新型物联网分析仪器应用l ZigBee/蓝牙4.0/嵌入式Wi-Fi组网原理l 无线传感器网络学习和实践l 无线传输技术实际应用案例5、 无线传感器网络l 传感网体系结构、关键技

4、术l 无线传感器网络通信协议、数据处理及其它关键技术l ZigBee/蓝牙4.0/Wi-Fi微功耗传感器网络l 无线传感器网络应用6、 嵌入式系统技术l Linux嵌入式系统开发l wince嵌入式系统开发l Android移动操作系统应用开发l 嵌入式软硬件设计及应用开发7、 网络通讯技术。l 互联网技术l 物联网通信组网技术l 无线通信技术l 无线传感器网络8、 数据库及数据处理l 数据存储、处理、检索l 数据挖掘l 数据库技术9、 物联网信息安全10、 网络技术l 网络与协议l 网络安全与验证技术l IPV6网络技术11、 编程技术l C、C+编程l 单片机编程l JAVA语言及程序设计

5、l J2EE程序设计l Linux高级应用编程12、 物联网综合运用技术l 物联网工程设计及实施。l 智能农业、智慧交通、智能安防、智慧物流，无线城市等。l 运动与健康，智慧医疗等物联网典型运用。物联网专业还涉及计算机科学与技术、通信工程、电子信息，嵌入式技术，高频微波通信等专业的许多核心知识和课程。任何实验室建设方案都需用从这些知识点的教学、实验、实践，以及教师项目课题攻关的角度出发，结合学校实际情况而设计。3. 方案概述及方案特点根据上述物联网行业发展大势、技术体系结构、教学实施认识，以及学院具体办学情况，我们设计设计了一套比较完整和先进的实验室建设方案。实验室的物联网教学设备构成主要有三

6、部分：物联网教学实验箱，物联网分析测量仪器，物联网行业应用实训产品。n 本方案由于采用了全新设计的多功能实验箱系统，将多种最新的物联网技术整合为单一实验箱，将多种最新的物联网技术如zigbee/wifi/蓝牙/3G移动通信等无线技术、Android移动开发、射频识别(125K/13.56M/900M)、嵌入式网关等整合为单一实验箱。省去了实验箱重复配置和重复采购，大幅度降低了实验室建设成本。n 本方案的另外特点，是首创将大量新型物联网仪器和高频微波测试仪器，包括频谱分析仪，RF信号发生器，天线和电缆分析仪，传感器网络空中协议分析仪，微功耗分析仪，函数发生器，数字存储示波器等，频域时域混合分析仪

7、等和实验箱有机整合，这些原本依靠进口，价格高昂的设备，以低成本方式整合加入物联网实验室配置，实现了物联网教学的可视化，直观化，可实时测量观察和分析各种波形，空中协议，噪声和信号等，真正实现了降低物联网教学的难度，使物联网教学设备仪器和世界先进水平接轨。n 本方案的大量先进设备，仪器，软件等，不仅仅可以为学院建立完备的物联网教学体系，更可以为学院建立高水平的物联网科研实验室和高水平物联网/嵌入式研发中心，有利于学院完成物联网应用产品开发和物联网项目开发。实验室占用面积及布局实验室布局图实验室布局，主要特点如下：1. 实验室分为6个区：教师教学区、学生实验区、物联网应用展示区、学生作品展示区、设备

8、存储区。2. 教师教学区有多媒体教学台、电子白板、实验台等设备。3. 学生实验区总有20张实验桌40个座位，每个实验桌可放一组实验箱和其它实验器材，坐两位学生。4. 物联网应用实训区用于展示物联网的行业应用，用于实训教学，主要有智慧能源、智能家居、通用物联网技术应用操作台三部分。5. 学生作品展示区用于展示学生在老师指导下，利用实验设备或者自制设备做出的物联网学习科研成果。6. 仪器区用于存放实验仪器和物联网仪器设备，包括频谱仪，数字示波器等，方便实验室实现仪器化教学管理。7. 图文展示区。用于张贴物联网技术体系图、实验室介绍、物联网设备介绍、学生作品介绍等。整个实验室占地面积1612米。如果

9、没有这样大的空场地，可以实训系统和实验平台分为两部分，分两屋进行设备摆放。4. 方案主要仪器产品4.1多功能集成最新无线龙感知A1物联网教学实验箱（感知A1）本系列实验箱在硬件上采用最先进的Samsung Cortex-A8处理器，主频1GHz，内存512MB，Flash 4GB，实验平台集成丰富的应用接口及行业模块：3G、GPS、蓝牙4.0、Wi-Fi、射频识别，摄像头等，多点电容触摸屏，屏幕分辨率达到了800*480真彩色液晶显示，是物联网教学的理想平台。无线龙感知A1全功能实验箱（图片经供参考，不同配置，不同版本和选项图片有很大区别，请以具体产品为准）感知A1是物联网基础和标准平台，兼顾

10、物联网传感器/执行器综合教学实验箱RFID技术教学实验箱主要功能，A1平台综合了ARM嵌入式M2M网关、SAMSUNG S5PV210处理器主频1G。支持Linux 系统和QT编程，ZigBee无线传感器网络、RFID实验系统组成，功能齐全，价格实惠，满足有限预算。ZigBee传感器网络部分包括Linux/WinCE网关，多个ZigBee模块，让学生熟悉无线传感器网络的概念，熟悉多种传感器的采集和控制，动手测试和编程ZigBee协议栈，熟悉QT编程技巧等。RFID部分包括高最新RFID子系统，能够让学生熟悉理解RFID的原理和不同协议。协议包括ISO14443 type A/B、ISO1569

11、3-2/-3等多种标准，操作简单，适合于学生学习和理解各种不同协议内容，了解RFID读写器的组成、工作原理。执行部分包括执行控制子系统，包括对基础马达、继电器、蜂鸣器、报警器、灯光等执行器的控制，执行器控制是物联网技术对物理世界操控的桥梁，只有通过这些执行元件，物联网方能改变世界。无线龙A1平台物联网传感器、执行器综合教学系统集成了物联网常用的多种传感器（可以选配20多种传感器），将其原理、信息采集方式、控制方式充分的铺展开来，让学生可以充分了解这些传感器和执行器的原理和使用方式。其产品特点：A. 通过国内外多家高校职校长期物联网教学实践验证感知系列实验箱为国内最早推出的物联网实验箱，经过江南

12、大学物联网学院等上百家高校大量装备物联网实验室和实战教学的验证，教学资源丰富，系统高度可靠，服务一流，深受物联网教育行业喜爱，是国内物联网教学的名牌和经典产品。感知A1系列继承这个高度可靠平台，进行了全新创新和全面升级；B. 物联网与RFID综合运用本教学平台集成了无线传感器网络、嵌入式网关、RFID教学系统，为物联网感知层的技术进行了综合的教学平台。C. 一套设备两套协议本教学平台采用TI的CC2530芯片为射频芯片，不仅完美的支持标准的ZigBee协议，同时我司提供基于TinyOS操作系统的一套开源的自主协议，客户购买一套设备同时拥有两套可使用的协议。D. 源码开放本教学平台采用的开源Ti

13、nyOS操作系统，不仅路由协议提供给用户，上层软件源码也同样公开，用户可以根据各种应用的需求对系统进行修改，在传感器设置、数据采集、数据库存储、数据访问等各个部分均提供了合理易用的二次开发接口，用户可以将注意力集中在自己所关注的部分，进行合理的改造，就可以实现应用系统的开发工作。E. 实验指导的详细性本教学平台有丰富的实验列表，对每个实验的实现原理都有详细的解释，从基础实验到射频实验，到综合实验，让学生能够对系统有一个阶梯式的了解路径，对物联网的概念也是从整体到局部再到整体的认识。物联网相关教材和教学资源目前由无线龙公司出版的物联网相关教材有感知RF物联网教学实验平台实验指导教材WINCE/L

14、INUX两套、物联网技术概论、现代无线传感器网络概论等。F. 实验例程：无线单片机应用书目录基于CC2530的51单片机应用实验：课程实训：1、CC2530 基础实验1.1、输入输出I/O 控制实验1.1.1、CC2530-1：控制LED 灯闪烁1.1.2、CC2530-2：按键控制LED 灯开关1.1.3、CC2530-3：按键控制LED 灯闪烁1.1.4、CC2530-4：OLED 显示1.2 定时器控制实验1.2.1、CC2530-5：使用定时器T11.2.2、CC2530-6：使用定时器T21.3 中断输入和采集实验1.3.1、CC2530-7：定时器T4 中断1.3.2、CC2530

15、-8：外部输入中断1.4 ADC 采集实验1.4.1、CC2530-9：ADC 采集Joystick 按键1.4.2、CC2530-10：片内温度采集1.5 串口收发实验1.5.1、CC2530-11：串口通讯1.5.2、CC2530-12：串口显示时钟1.6 低功耗控制实验1.6.1、CC2530-13：系统睡眠和中断唤醒1.6.2、CC2530-14：系统睡眠和定时唤醒1.7 看门狗实验1.7.1、CC2530-15：看门狗2、无线通信基础实验3、功能模块驱动实验3.1、Sensor-01：8*8 点阵屏模块3.1.1、器件介绍3.1.2、原理图设计3.1.3、关键代码设计3.1.4、实验

16、结果3.2、Sensor-02：4 位数码管模块3.2.1、器件介绍3.2.2、原理图设计3.2.3、关键代码设计3.2.4、实验结果3.3、Sensor-03：高精温湿度传感器模块3.3.1、器件介绍3.3.2、原理图设计3.3.3、关键代码设计3.3.4、实验结果3.4、Sensor-04：普通温度、光敏、蜂鸣器模块3.4.1、器件介绍3.4.2、原理图设计3.4.3、关键代码设计3.4.4、实验结果3.5、Sensor-05：压力传感器模块3.5.1、器件介绍3.5.2、原理图设计3.5.3、关键代码设计3.5.4、实验结果3.6、Sensor-06：2 路继电器模块3.6.1、器件介绍

17、3.6.2、原理图设计3.6.3、关键代码设计3.6.4、实验结果3.8、Sensor-08：红外人体检测传感器模块3.8.1、器件介绍3.8.2、原理图设计3.8.3、关键代码设计3.8.4、实验结果3.9、Sensor-09：振动传感器模块3.9.1、器件介绍3.9.2、原理图设计3.9.3、关键代码设计3.9.4、实验结果3.10、Sensor-10：三轴加速度传感器模块3.10.1、器件介绍3.10.2、原理图设计3.10.3、关键代码设计3.10.4、实验结果3.11、Sensor-11：可燃气体传感器模块3.11.1、器件介绍3.11.2、原理图设计3.11.3、关键代码设计3.1

18、1.4、实验结果3.12、Sensor-12：DAC 输出传感器板3.12.1、器件介绍3.12.2、原理图设计3.12.3、关键代码设计3.12.4、实验结果3.14、Sensor-14：超声波测距传感器模块3.14.1、器件介绍3.14.2、原理图设计3.14.3、关键代码设计3.14.4、实验结果3.15、Sensor-15：直流/步进电机模块3.15.1、器件介绍3.15.2、原理图设计3.15.3、关键代码设计3.15.4、实验结果3.16、Sensor-16：霍尔开关传感器模块3.16.1、器件介绍3.16.2、原理图设计3.16.3、关键代码设计3.16.4、实验结果3.17、S

19、ensor-17：可调亮度高亮LED 模块3.17.1、器件介绍3.17.2、原理图设计3.17.3、关键代码设计3.17.4、实验结果3.18、Sensor-18：火焰传感器模块3.18.1、器件介绍3.18.2、原理图设计3.18.3、关键代码设计3.18.4、实验结果3.20、Sensor-20：红外转发传感器模块3.20.1、器件介绍3.20.2、原理图设计3.20.3、关键代码设计3.20.4、实验结果3.21、Sensor-21：电表传感器（RS485）模块3.21.1、器件介绍3.21.2、原理图设计3.21.3、关键代码设计3.21.4、实验结果3.24、Sensor-24：红

20、外测距传感器模块3.24.1、器件介绍3.24.2、原理图设计3.24.3、关键代码设计3.24.4、实验结果4、Z-STACK 基础实验4.1、SampleApp4.2、GenericApp4.3、SimpleApp4.4、SensorDemo4.5、SerialApp5、Z-STACK 进阶实验5.1 协议栈中的OS 实验5.1.1、实验硬件准备5.1.2、OS 介绍2155.1.3、实验内容5.1.4、实验流程及结果5.2 协议栈中hal 层实验5.2.1、实验硬件准备5.2.2、HAL 层介绍5.2.3、实验内容5.2.4、实验流程及结果5.3、ZigBee 组网实验5.3.1、实验硬

21、件准备5.3.2、ZigBee 基础知识介绍5.3.3、实验内容5.3.4、实验流程及结果5.4、ZigBee 传感器采集及数据传输实验5.3.1、实验硬件准备5.3.2、关键代码分析5.3.3、实验流程及结果6、ZIGBEE 网络综合实验6.1、通过IAR 平台下载程序6.2、WSN 综合实训演示射频识别（RFID）实验书目录1、MSP430单片机基础实验1.1、IO口实验1.2、定时器实验 1.3、串口实验1.4、BEEP实验 1.5、WDT实验2、HF RFID基础实验 2.1、读ISO15693标签UID号、读/写/锁定数据块命令2.2、ISO15693防冲撞协议原理实验 2.3、读/

22、写ISO15693标签存储空间实验2.4、ISO14443标签读写实验 3、UHF RFID读卡实验 3.1、EPC Gen2读、写标签号实验3.2、EPC Gen2读、写标签用户数据块实验3.3、UHF标签综合应用实验 4、LF RFID读卡实验 5、门禁控制器实验5.1、开门测试5.2、卡片注册 5.3、刷卡测试 6、感知RFID综合实验部分：6.1 串口读卡实验 6.1.1 实验目的6.1.2实验设备 6.1.3 关键介绍6.1.4 实验过程 6.2以太网读卡实验6.2.1 实验目的6.2.2 实验设备 6.2.3 关键介绍 6.2.4 实验过程传感器技术实验目录无线传感器采集、控制实验

23、1.温度传感器实验2.湿度传感器实验3.控制亮度实验4.光敏传感器5.红外传感器实验6.三维加速度传感器实验7.振动传感器/蜂鸣器实验8.超声波测距传感器实验9.可燃气体传感器实验10.雨滴传感器实验11.继电器的控制实验12.玻璃破碎传感器13.数码管控制实验14.霍尔传感器实验15.点阵屏控制实验16.三维加速度传感器17.控制步进/直流电机实验18.压力传感器实验以上所有传感器可实现智能家居、智能农业、智能交通、智能森林、智能停车等实际应用中（提供上位机软件和无线传感网程序）物联网技术实验目录1.zigbee点对点通信实验2.传感数据采集实验3.串口通讯实验4.精简OS实验5.协议栈中的

24、OS实验6.协议栈中hal层实验（adc&lcd）7.协议栈中hal层实验（lcd&uart）8.协议栈中hal层实验（key&uart&lcd）9.ZigBee加入网络实验10.ZigBee协议栈自动匹配演示实验11.ZigBee绑定演示12.ZigBee安全加密实验13.ZigBee 网状网络实验14.传感器采集、控制实验（包含上述18种传感器，兼容将来添加的一些传感器）综合实训：15、物联网综合实验（智能家居、智能农业、智能交通、智能森林、智能停车等，提供上位机软件和无线传感网程序）ZigBee无线网络基础实验 1 OLED显示2传感数据采集3精简OS实验4协议栈中的OS实验5协议栈中h

25、al层实验（adc&lcd）6协议栈中hal层实验（lcd&uart）7协议栈中hal层实验（key&uart&lcd）8 ZigBee加入网络实验9 ZigBee协议栈自动匹配演示10 ZigBee绑定演示11 ZigBee多种绑定 11.1串口输出实验 11.2多种绑定实验12 ZigBee安全加密ZigBee无线传感网实验1无线传感网演示实验概述2无线传感网监控软件概述3无线传感网搭建4无线传感网监控软件使用 4.1监控软件配置 4.1.1端口设置 4.1.2拓扑背景选择 4.1.3曲线显示设置 4.1.4拓扑显示设置 4.2分步连接网络与网络拓扑显示 4.3网络拓扑设置与控制 4.4各

26、种曲线显示 4.5设置与控制 4.6节点控制与显示WindowsCE 实验实验1 EVC使用实验：新建工程项目实验2 EVC使用实验：工程设置实验3 EVC使用实验：编译下载实验4 建立Hello World应用程序实验实验5 对话框控件编程实验实验6 进程编程实验实验7 多线程实验实验8 文件操作编程实验9 编程访问注册表实验10 GPIO输出控制实验实验11 LED控制实验实验12 按键实验实验13 ADC定时采样显示实验实验14 SPI读取温度试验实验15 SDMMC卡读写实验实验16 与PC机串口通信实验实验17 UDP通信实验实验18 TCPIP通信实验实验19 GPRS拨打电话实验

27、实验20 GPRS收发短信实验实验21 WebServer访问实验22 Java支持实验23 蓝牙通信实验24 摄像头数据采集实验25 GPS实验实验26 光敏传感采集实验实验27 温度传感采集实验实验28 简单流接口驱动实验实验29 动态加载卸载设备驱动实验实验30 中断流驱动程序实验31 中断流驱动程序的验证嵌入式无线实验实验32 GPRS拨打电话实验实验33 GPRS收发短信实验实验34 Wi-Fi软AP实验实验35 Wi-Fi网卡实验实验36 蓝牙文件传输实验实验37 蓝牙虚拟串口实验38 远程视频监控实验39 GPS导航和GISRFID实验实验40 ISO14443写标签实验实验41

28、 EEE18000读标签实验实验42 EPC Gen2读标签实验实验43 IEEE14443读标签实验实验44 IEEE15693读标签实验实验45 串口读标签实验实验46 以太网读标签实验实验47 门禁系统演示实验实验48 超市商品管理演示实验49 物流管理演示实验无线传感器网络实验实验50 IAR使用实验：新建工程项目实验51 IAR使用实验：工程设置实验52 IAR使用实验：编译下载实验53 IAR使用实验：仿真调试实验54 信道设置实验实验55 PANID设置实验实验56 建立网络实验实验57 节点加入网络实验实验58 多点自组织网络实验实验59 网络拓扑实验实验60 网络监控实验实验

29、61 实时数据采集实验62 传感曲线显示实验63 实时节点控制实验64 警报实验实验65 网络刷新实验实验66 串口连接实验实验67 以太网连接实验低功耗Wi-Fi传感网实验实验68 路由器设置实验实验69 IP设置实验实验70 建立网络实验实验71 节点加入网络实验实验72 警报设置实验实验73 实时数据采集实验74 传感曲线显示实验75 实时节点控制嵌入式蓝牙实验实验76 串口参数实验实验77 AT命令设置实验实验78 主机启动网络实验实验79 从机加入网络实验实验80 警报设置实验实验81 实时数据采集实验82 传感曲线显示实验83 实时节点控制3G/WCDMA远程网络实验实验84 查找

30、IP实验实验85 路由器设置实验实验86 3G参数设置实验实验87 3G模块启动实验实验88 3G入网实验实验89 3G实时数据传输实验实验90 监控数据曲线显示实验实验91 实时节点控制Linux实验实验92 ADC实验实验93 按键实验实验94 串口实验实验95 串口测试实验实验96 Hello实验实验97 I2C实验实验98 LED实验实验99 LED控制实验实验10 进程实验实验101 UDP实验实验102 ADC驱动实验实验103 按键驱动实验实验104 温湿度传感驱动实验QT4实验实验105 Hello程序实验实验106 按钮实验实验107 Qt信号和插槽实验实验108 对话框实验

31、实验109 串口实验实验110 控制LED实验实验111 RFID实验实验112 ZigBee实验实验113 Wi-Fi实验实验114 3G实验Android实验实验115 Android应用的用户界面开发1、View/Viewgroup类 2、Widget和Layout开发技巧 3、菜单 4、对话框 5、Toast和Notification 6、通过主题和样式设计应用程序的界面风格实验116 Android应用程序基本组件1、Activity 2、Service 3、Broadcast 4、Content Provider 5、Intent实验117 Android图形编程Android应用

32、开发的绘图知识及图形编程技巧。实验118 Android数据存储1、Content Provider深入 2、SharedPreferences和Files的使用 3、SQLite数据库在Android中的使用实验119 Android网络编程1、蓝牙和WiFi的基本使用 2、蓝牙和WiFi模块在Android系统中的结构和原理 3、Android 4中的近场通信（NFC）功能Beam 4、TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000等主流3G技术的介绍 5、TDD-LTE/FDD-LTE等4G前瞻技术的介绍实验120 Android传感器和传感器网络开发1/常用的感应器，如加速度传感器、光

33、线感应器,温度,湿度,压力,红外线等应用2/ ZIGBEE , 嵌入式WIFI,蓝牙等 应用3/RFID ,EPC 条码等实验121 Android设备相关编程编写代码实现拨打电话、发送短信、查询联系人、查询网络、查询硬件信息、软件信息、电池信息等设备操作实验122 Android NDK开发NDK可以直接用C语言开发Android应用程序，尤其是在对运行效率要求非常高的应用如游戏开发中，更接近系统底层的程序有着重要的作用。4.1 zigbee物联网WSN无线传感网络专业平台EXPLORERF-CC2530实验箱工作在2.4G频段，通信标准采用IEEE802.15.4/ZigBee协议通过多种

34、传感器模块：温度传感器，湿度传感器，加速度传感器，光敏传感器，压力传感器等21种传感器，提供源代码。将采集到的数据，经ZigBee芯片CC2530以无线网络（比如星状结构、树状结构、网状结构等）的方式汇集到中心节点，然后中心节点通过USB传送到功能强大的结点工作监视终端实现全网拓扑的展示以及对于全网信息处理。非常方便于老师向学生讲解无线传感器网络的构成及其具体工作模式。通过学习，进一步进行自主创新活动，知识体系完整，过渡流畅。无线龙ZigBee无线传感器网络探索系列实验箱EXPLORERF-CC2530是CC2530专业开发系统升级版，完全满足IEEE802.15.4标准和ZIGBEE2007

35、/PRO技术标准的无线网络技术设计开发。该系统除了提供构建多种ZigBee网络所需的全部硬件、软件专业开发工具、文档和各种展示、表演软件。还增加无线单片机、无线传感器网实验。提供最多的资料、最丰富的实验、最完善的技术支持，助你早日掌握ZigBee并完成自己的项目开发。ZigBee无线传感器网络探索系列实验箱EXPLORERF-CC2530应用包括远程控制、消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。目 录第1章 使用环境和硬件基础61.1本实验教程的使用范围和目标61.2本实验教程需要基础和技术知识61.3指导教程配备电子文档和光盘（或者U盘）使用7第2章 ZigBee

36、硬件介绍82.1网关节点92.2传感器节点92.2.1节点底板102.2.2传感器模块102.3路由器节点242.4仿真器介绍252.5ZigBee无线模块25第3章 ZigBee软件及驱动安装273.1IAR软件平台273.1.1IAR概述273.1.2IAR安装293.1.3IAR配置313.2物理地址修改/程序下载软件363.2.1软件安装363.2.2读写ZigBee物理地址393.2.3程序下载413.3USB驱动423.4.NET Framework 2.044第4章 ZigBee 技术48 4.1 什么是ZigBee48 4.1.1 ZigBee 信道 48 4.1.2 信道实验

37、49 4.1.3 ZigBee 的 PAN ID (网络号) 52 4.1.4 物理地址和其配置实验52 4.1.5 设备类型及其选择实验 53 4.1.6 网络地址分配53 4.1.7 路由参数设置55 4.1.8 绑定方式协议栈中应用58 4.2 Z-Stack 协议栈 62 4.3 ZigBee 网络 65 4.4 ZigBee 所涉及无线通信技术 66 4.4.1 CCA 66 4.4.2 DSSS 66 4.4.3 CSMA/CA 69第5章 ZigBee开发基础：软件使用实验735.1IAR软件开发平台的使用735.1.1实验内容735.1.2实验设备735.1.3实验步骤74第6

38、章 无线单片机基础开发836.1输入输出I/O控制实验83基础实验1：输入输出I/O控制实验836.2定时/计数器实验866.2.1基础实验2：T1使用866.2.2基础实验3：T2使用876.2.3基础实验4：T3使用896.2.4基础实验5：T4使用946.3中断实验98基础实验6：定时器中断986.4AD实验1016.4.1基础实验7：片内温度1016.4.2基础实验8：1/3AVDD1086.4.3基础实验9：AVDD1106.5UART串口1116.5.1基础实验10：单片机串口发数1116.5.2基础实验11：在PC用串口控制LED1136.5.3基础实验12：PC串口收数并发数1

39、166.5.3基础实验13：串口时钟PC显示1186.6睡眠定时器实验1236.6.1基础实验14：系统睡眠工作状态1236.6.2基础实验15：睡眠定时器使用1256.6.3基础实验16：定时唤醒1276.7看门狗1296.7.1基础实验17：看门狗模式129第7章 ZigBee无线网络基础实验1327.1 OLED显示1327.2传感数据采集1347.3精简OS实验1357.4协议栈中的OS实验1387.5协议栈中hal层实验（adc&lcd）1417.6协议栈中hal层实验（lcd&uart）1427.7协议栈中hal层实验（key&uart&lcd）1447.8ZigBee加入网络实验

40、1467.9ZigBee协议栈自动匹配演示1547.10ZigBee绑定演示160第8章 ZigBee无传感网实验1638.1无线传感网演示实验概述1638.2无线传感网监控软件概述1648.3无线传感网搭建1658.4无线传感网监控软件使用1698.4.1监控软件配置1698.4.2分步连接网络与网络拓扑显示1768.4.3网络拓扑设置与控制1798.4.4各种曲线显示1808.4.5设置与控制1818.4.6节点控制与显示183ZigBee 模块（如图）：1. 采用 TI 最新一代ZIGBEE 芯片CC25302. 支持 WXL 标准的AT 命令集3. 支持基于 IEEE802.15.4

41、的ZIGBEE2007/PRO 协议4. 采用 WXL 标准的20 芯双排直插模式接入网关主板和感知节点5. 传输距离空旷无遮挡情况下大于 100MCC2530 特点：􀁺1. 低功耗􀂄2. 主动模式 RX（CPU 空闲）：24 mA􀂄3. 主动模式 TX 在1dBm（CPU 空闲）：29mA􀂄4. 供电模式1（4 s 唤醒）：0.2 mA􀂄5. 供电模式2（睡眠定时器运行）：1 A􀂄6. 供电模式3（外部中断）：0.4 A􀂄7. 宽电源电压范围（2 V3.6 V）

42、048698;8. 微控制器􀂄9. 优良的性能和具有代码预取功能的低功耗 8051 微控制器内核􀂄10. 32KB、64KB或128KB 的系统内可编程闪存􀂄11. 8-KB RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力􀂄12. 支持硬件调试􀁺13. 外设强大的5 通道DMA􀂄14. IEEE 802.5.4 MAC 定时器，通用定时器（一个16 位定时器，一个8 位定时器）􀂄15. IR 发生电路􀂄16. 具有捕获功能的 32-kHz 睡眠定时器

43、048708;17. 硬件支持 CSMA/CA􀂄18. 支持精确的数字化 RSSI/LQI􀂄19. 电池监视器和温度传感器􀂄20. 具有8 路输入和可配置分辨率的12 位ADC􀂄21. AES 安全协处理器􀂄22. 2个支持多种串行通信协议的强大USART􀂄23. 21个通用I/O 引脚（ 19 4 mA，220 mA）􀂄24. 看门狗定时器1. 节点底板􀂄 支持 4 节电池供电􀂄 96*16 液晶显示􀂄 1 个多功

44、能按键􀂄 一个 miniUSB 串口，可通过伸缩USB 线缆供电􀂄 标准 WXL20 针高频模块接口以及标准的传感器模块接口。2. ZIGBEE 模块􀂄 采用 TI 最新一代ZIGBEE 芯片CC2530􀂄 支持基于 IEEE802.15.4 的ZIGBEE2007/PRO 协议􀂄 采用 WXL 标准的20 芯双排直插模式接入底板􀂄 支持 TI 最新Z-STACK 协议栈􀂄 支持 TINYOS 系统（可选）3. 传感器组件根据实验室配置不同，有以下传感器进行选配，具体配

45、置以实际配置为准。标配为：温度/光敏/蜂鸣器一体传感器模块、高精度温湿度传感器模块、两路继电器模块、可调LED 灯光模块、振动传感器/蜂鸣器一体模块。扩展配置为：超声波测距传感器模块4位LED 数码管显示模块、直流/步进电机一体模块、火焰传感器模块；压力传感器模块、红外感应传感器模块、雨滴传感器模块、可燃气体传感器模块、酒精传感器模块、DA 输出模块等、8*8LED 点阵模块、霍尔传感器模块、玻璃破碎检测模块、红外转发模块、门磁检测模块、声控模块等。仿真器C51RF 无线ZigBee 开发技术核心-C51RF-3 仿真器，如下图所示。C51RF-3仿真器具有在线下载、调试、仿真等功能。从下图可

46、以看C51RF-3 仿真器外形非常简洁，具有一个USB 接口，一个复位按键以及一根仿真线。USB 接口：通过USB 接口把C51RF-3 仿真器与计算机有机的连接起来。C51RF-3仿真器通过此接口与计算机进行通信，要在CC2430/CC2431 的ZigBee 模块的开发上实现下载、调试(DEBUG)、仿真等的通信都由此接口来实现。复位按键：此按键用来实现C51RF-3 仿真器的复位，当你需要重新下载、调试(DEBUG)、仿真你可通过此按键来实现硬复位。仿真线：这是一根10 芯的下载、调试(DEBUG)、仿真线，通过它与感知节点的ZigBee 模块进行连接。 仿真器跟感知节点的连接示意图如下

47、所示：58无线龙科技集团 光盘资料截图4.3 物联网智能沙盘的方案介绍：很多老师、领导对物联网这个概念不是很理解，相同，很多学生更是对物联网新兴概念无法理解，需要一个综合性，基础展示平台，更直观化的了解物联网在家庭中的基本应用。本方案如图所示，由尺寸60*60*55CM（可定制）的别墅模型作为依托，外观精美、档次高档，模型内嵌入了现在家庭中都会用到的电视、电灯、空调、窗帘、安防、报警、车库、门等，保留所有实际功能，即缩小版的家庭别墅。各个之间用手机或电脑就可以进行远程控制。废除了在学校耗费十几万装修，主要智能家居东西也就万元。为学校达到展示的目的，让更多的资金转到购买其他设备。1.尺寸：60*

48、60*55CM（可定制）2.功能：电视、空调、室内灯、电动窗帘、电动车库门、红外、报警等。利用手机、电脑可以控制电视机的开关、调台等；空调的开关；室内灯的开关；窗帘的开关；车库门的开关；人体红外报警等。3.用手机对全宅进行控制（直观体验快速响应，零延时）；4.窗帘、门、红外、可燃气体与报警器的联动，5.预留第三方兼容接口，有RS232、485、开关量、模拟量、红外等，可以自己动手加入监控、门铃、背景音乐、安防设备等6.（需要电脑）拓展模块zigbee区域开发，方便于教学，采用可拆卸式zigbee区域，zigbee采用最新的德州仪器CC2530方案，此芯片的优点就不必说了吧。温度传感器、湿度传感

49、器、光敏传感器、可燃气体传感器、红外传感器、继电器执行器等采用20针，可任意插拔，方便老师教学讲解。拓展Zigbee区域功能：监控室内外温湿度值、光照值；厨房可燃气体监控、排风，人体红外报警等。 物联网沙盘特点和优势：1、安全性：系统各节点及控制设备低压供电和电池供电，专注可靠性设计，机械装置固定牢固沙盘布局科学合理。2、稳定性：硬件高可靠性设计，通讯模块使用专业仪器测试，软件程序性能优化和运行可靠。3、便捷性：节点可移动，灵活拆分，灵活组装，连线设计方便快捷，传感器和控制系统操作便捷，学生学习，体验，实验方便快捷。4、美观性：沙盘设计有专业设计师设计，美观大方，软件代码优化。5、技术先进性：

50、沙盘包含多个物联网技术环节，在物联网技术积累的经验，确保系统先进性。6、良好的用户体验：沙盘套件和组装而成的各种沙盘可以帮助学生了解物联网架构组成和实景观察各种应用，学生通过该沙盘来学习物联网应用系统使用和设置、多种传感器的使用、无线传感网络组网技术等将会获得完美的用户体验。4.4 物联网综合分析仪（最大使用范围：2.4G或6G）物联网综合分析仪是我公司自主研发获国家多项专利的产品，属国内首家且至今为止唯一一家生产厂家。解决了采购单项功能仪器高额费用的困扰，是助力物联网实训室设备的必备仪器。 4.4.1物联网综合分析仪实现仪器化教学IOTA-1100（最大使用范围：2.4G）IOTA-1100

51、物联网分析仪是无线龙公司在美国国家专利局和中国国家专利局分别为物联网分析仪申请了美国专利和中国专利（全球优先申请PCT）；使用IOTA-1100物联网分析仪空中协议分析仪、微功耗分析仪、频谱分析仪、信号发生器和无线龙各种专业开发系统，套件和模块配合，将可以为课程教学和实验实训带来全新的可视化和仪器化教学效果，看见通讯的无线包装，看见波形，看见频谱和信号，让学生全面掌握物联网专业技术。 我们知道,物联网使用的无线技术涉及到非常高的通讯频率和比较宽阔的频谱范围,例如在2.4GHz上运行的标准化无线设备和技术(如蓝牙4.0、ZigBeePRO、WiFi) ,这个频率几乎可以方便的用于世界上任何地方。

52、然而，为了改进大楼穿透力和传输距离、降低各种干扰、减少无线通讯中的功耗,设计开发的工程师可以考虑使用各国规定的其它频段(例：5.8GHZ、915MHZ、779MHZ、433MHZ、315MHZ等等)。 物联网技术中,除了涉及比较高的频率和比较宽阔的频谱范围,还涉及到各种不同的通讯协议栈，(包括ZIGBEE IEEE802.15.4、蓝牙、WIFI等等不同通讯协议)这些协议栈根据不同的通讯标准,由软件实现,最终实现不同网络节点，路由器,网关之间的通讯。对于无线通讯而言，大量的通讯数据是以不同的数据包，在空中传输，这就要求有一种特殊的高频仪器来采集和分析这些在空中传输，但是我们看不见，摸不着的数据

53、包装，才能有效的实现对通讯协议验证和查错，提高软件协议栈开发效率。 还有就是作为物联网的电池节点等，都需要在很小的电池下，能够长时间工作，测量和监视这些微功耗状态也是很重要的一项工作，因为为了节省耗电，这些节点通常都是处于瞬间工作状态，于是测量这些节点的长周期，瞬间功耗和自动化记录分析，也成为一项复杂的工作，需要有专门的仪器来承担。 正式根据物联网产品设计和技术开发的这种实际需要，一种新型射频仪器出现了，这就是由无线龙科技集团设计的IOTA-1100系列物联网综合测试仪，该仪器在一台仪器中，同时实现了上述4个方面的需求，下面我们来简单介绍一下这种新型仪器的简单实际应用。一 、空中协议分析仪功能

54、 空中协议分析仪是一种先进的数字化分析检测设备，可以采集和分析不同的物联网和传感器网络的通讯协议在空中传输的数据包装，其中对符合IEEE 802.15.4标准的物联网传感器网络网络的采集和分析，是物联网综合分析仪空中协议分析仪的一个基本配置功能；对于其它通讯标准的采集和分析，可以采用不同的协议扩展模块来实现。 图一是一个两组不同ZIGBEE 传感器节点分析采集的样板，我们通过这个样板来来看看如何使用空中协议分析仪的基本功能; 首先，我们选择进入物联网综合分析仪上的空中协议分析功能（IEEE802.15.4协议分析仪功能），看到屏幕上出现的这个多窗口画面，每个窗口分别具有空中数据包装采集显示，空

55、中包装时间流程显示，包装内容解析，网络拓扑显示等多种功能:启动分析仪自动采集命令，分析仪会自动通过内部的2.4GHZ无线多通道2.4GHZ采集射频电路和天线，实施多通道自动扫描，如果在空中发现符合ZIGBEE标准的数据包装，就会自动完成空中包装采集和自动存储和显示这些数据; 图一所示两个ZIGBEE网络，一个是采用电池供电的微型模块组成的ZIGBEE网络，由4个模块组成，包括网关，路由器和节点（兰色），另外一个是由5个能量收集模块组成ZIGBEE微型传感器网络（绿色），通过分析仪内部高速嵌入式电脑的自动采集和包装和分析等复杂算法，在网络拓扑窗口，我们可以实时观察到这两个独立网络运行情况和拓扑情

56、况, 兰色的网络由一个协调器，2个路由器，一个终端节点组成网状网络；另外一个能量收集网络（绿色）由一个协调者，2个路由器和2个终端节点组成一个独立的无电池无线传感器网络；在包装采集的窗口内，我们可以详细了解每个数据包装的格式内部信息，加入网络和网络路由的等网络自组织的各种信息，了解网络流量和繁忙情况，网络可靠和健康状态，实现多个射频通道相互独立的无线传感器网络的透明化监控和实时分析。 图一 、2个独立的ZIGBEE传感器网络空中协议采集和分析演示二 、射频放大器电路设计、测试和分析 为了增强物联网传感层的覆盖范围，我们在设计中往往需要为无线传感器片上系统（SoC）添加各种射频放大器，由于这些放

57、大器工作在315MHZ到2.4GHZ的微波射频频段，测试和分析需要使用到昂贵的射频频谱分析仪，为了方便工程师使用低成本的测试开发工具，物联网分析仪配备了不同的频谱分析仪模块，供工程师使用。由于是这些附加功能共同使用物联网分析仪内部的嵌入式电脑和彩色LCD显示和触摸屏，所以整体仪器增加的成本不是很高； 物联网分析仪有前面板2个标准的50欧姆射频插头，可以实现射频信号的输出和输入，内置的软件可以实现高达2.45GHZ的射频频谱仪和射频信号发生器功能，（使用选择功能模块可以高达5.8GHZ）。 图二是一个测试接收放大器和发射放大器的测试演示图二、射频放大器测试开发配置示意图 图二中有两个传感器网络无

58、线模块的的电路板（绿色和兰色），实际测试时候，只能选择对其中一个板子连接和实际测试和调试； 首先，我们测试发射放大器（图二绿色电路板），这一般是功率放大器，我们将分析仪射频输出电缆连接在绿色电路板的输入端（断开无线收发器输出），将输出信号调整到我们需要的频率（300MHZ ,433MHZ,900MHZ,2.45GHZ等），将输出端（天线端）连接到分析仪接收电缆，将分析仪设置为频谱接收状态，我们可以在分析仪上观察到射频频谱信号，可以采用波形显示或者同时采用密度显示，还有观察到最大频谱轨迹，平均频谱轨迹等高级数值功能；通过射频信号发生器和频谱仪，我们可以测试功率发生器的各种射频参数，对放大器相关输

59、出阻抗，功率，噪声等，进行调整，完成一个高质量功率放大器调试和测试过程； 对低噪声放大器测试调试（图二兰色电路板）的测试和调试，只需要分别将分析仪输入输出端进行不同射频连接，同样可以容易方便实现对低噪声放大器这样高难度射频传感器模块的测试调试工作；3、 其它功能和扩展功能模块 IOTA-1100物联网分析仪还具备微功耗分析仪功能，并作为标准配置，可以实现各种传感器节点等在瞬间功率不同状态下连续测试，自动记录和功耗，平均电流，最大电流等参数自动化测试功能； 同时，系列新功能的选择模块将陆续加入该仪器的选择配置，选择配置将包括HF和UHF RFID分析功能模块，5.8GHZ频谱仪功能模块和信号发射

60、功能模块，2.7GHZ射频网络分析仪功能模块，RF4CE，蓝牙4.0和蓝牙微功耗，3G/4G射频电讯网络等测试分析功能模块等，IOTA-1100物联网综合分析仪技术参数指标 无线传感网络分析仪技术规格无线传感器网络空中协议分析仪 空中协议搜索频率范围 2400.02483.5MHz 主要技术标准 IEEE 802.15.4 标准ZIGBEE 2004-2006 ZIGBEE 2007 ZIGBEE PRO 主要功能 主要功能 实现数据空中包装的抓取、分析、网络观察、数据存储等 分析格式 HEX、ASCII、10进制等 主要功能模块 主要软件模块 网络发现和观察、网络流量观察、包装观察分析、网络拓扑结构分析 主要分析模块 传感器网络包装自动过滤，包装自动比较，网络拓扑分析和绘图等 信号截取方式 通过内置天线自动实时监听，实时嗅觉和发现传感器网络结构和空中传输的不同信道和网络的