5.1物联网综合实验箱方案20140114

物联网综合实验箱 应用 方案 广州飞瑞敖电子科技有限公司 网址： 地址：广州市番禺区番禺大道北 555号节能科技园天安科技创业大厦 101室 办公电话：/22883231/22883198 邮编： 511400 目 录 1产品简介 . 1 2产品优势及特点 . 1 3产品实物图 . 2 4产品功能介绍 . 3 5、实验内容 . 6 6、实验例程 . 7 7、招标参数 . 13 1 产品 简介 广州飞瑞敖电子科技有限公司 IOT-L01-05 型物联网综合实验箱不仅可以满足 物联网工程导论、物联网通信技术、传感器原理及应用、传感网原理及应用等物联网工程专业的基础课程实验开设，同时也可满足非物联网工程专业对物联网相关技术实验设备的需求 。该实验箱包括种类丰富的感知层设备和网络层接 入设备， 以及 采用 Cortex-A8 体系处理器的 嵌入式开发板为数据网关，配合广州飞瑞敖电子科技有限公司物联网 信息平台所搭建的无线 WiFi 网络平台以 及配套的应用软件学生可以直观的感受和学习到物联网所涉及的 知识，为接下来的专业知识学习打下良好的基础。 2 产品 优势及特点 实验箱采用纯模块设计，单个传感器节点分为节点底板、射频模块和传感器模块三部分，其中射频模块和传感器模块采取可插拔方式，易维护升级。 传感器种类丰富涵盖了电容式传感器、电阻式传感器、光敏传感器、气敏传感器等十余种不同种类的传感器。 实验箱搭配高效能 Cortex-A8 开发板搭载 Android 操作系统，学生可在本地对采集数据进行处理。 在一个实验箱内完整的体现了物联网的三层结构 -感知层、网络层和应用层。从硬件应用到软件设计，一步步引导学生了解整个物联网体系结构。针对不同专业的学生设计了不同的实验题目，包含内容丰富多彩。 实验箱提供了物联网中间件技术相关章节，提供了完整的设备指导学生动手做出串口 WiFi 中间件，了解中间件在物联网中所起到的承上启下的作用。 完整详尽的实验指导书，并提供 Linux 和 Windows 两种平台下的应用程序源码供学生学习和二次开发。 第 - - 页 2 2 3产品实物图 IOT-L01-05 型物联网综合实验箱实物图 IOT-L01-05 型物联网综合实验箱标示图 第 - - 页 3 3 4 产品 功能 介绍 51单片机应用开发： 实验箱上的 传感器节点采用通用的 STC12C5A16S2 型51 单片机做为主控 MCU，支持标准的 C51 应用开发。实验设计安排为在完成了对51 单片机基础功能的学习后（实验内容如表 5.1 所示），开始进行通过 51 单片机的 GPIO 管脚进行传感器数据采集、模数转换、协议指令包装以及数据无线发送等进阶实验的开展。 高达 36 种组合的传感 器数据无线采集方式： 实验箱标配有十二种常用传感器模块（ 超声波传感器模块、结露传感器模块、酒精传感器模块、红外对射传感器模块、红外反射传感器模块 、 磁控传感器模块、烟雾气体传感器模块、声音传感器模块、光敏传感 器模块、温湿度传感器模块、火焰传感器模块、振动传感器模块）以及三种无线传输节点（ WiFi 节点、 Zigbee 节点、 433MHz 无线数传节点） 。 每种传感器模块采用相同的接口设计以可插拔的方式固定在任意一种无线传输节点上，因此总共可以形成十二乘以三共三十六种传感器数据无线采集方式也就是三十六种无线传感器。 数 据 网关对 传感器 的统一管理 功能 ： 运行实验箱 Cortex-A8 数据网关上的FRO 综合实验箱管理软件可以对实验箱上的各个传感器节点进行统一的管理。 对各个传感器节点进行配置 第 - - 页 4 4 如 上 图所示，首先需要对各个传感器节点进行配置，配置的主要内容包括传输类型、传感器类型等。完成配置后 ，点击开始按键，程序将发送指令获取各个传感器节点的数据并显示、与此同时，双击节点，可进入坐标轴界面 ，更直接的观察传感器数据的变化。 所有传感器节点的数据显示 实时曲线图 第 - - 页 5 5 模拟公交车收费系统： 利用实验箱上的高频 RFID 模块和配 套的 IC 卡，在Cortex-A8 数据网关上实现了模拟公交车收费系统功能，和日常用到的公交卡，该系统有办理新卡、刷卡消费、充值、注销等功能。 开户 余额查询 第 - - 页 6 6 5、实验内容 5.1 STC12C5A16S2 单片机基础实验 实验 1、 IO 口准双向输出实验实验 实验 2、定时器实验 实验 3、串口通信实验 实验 4、掉电保存实验 实验 5、 ADC 转换实验 5.2 物联网通信实验 实验 1、 433MHz 无线通信实验 实验 2、 WiFi 模块的使用 实验 3、三种通信方式接入组网及自愈性对比实验 实验 4、三种通信方式速率吞吐量对比实验 5.3 传感器技术及原理实验 实验 1、结露传感器实验 实验 2、酒精传感器实验 实验 3、红外对射传感器实验 实验 4、红外反射传感器实验 实验 5、磁控传感器实验 实验 6、烟雾气体传感器实验 实验 7、声音传感器实验 实验 8、光敏传感器实验 实验 9、温湿度传感器实验 实验 10、火焰传感器实验 实验 11、振动传感器实验 实验 12、超声波测距传感器实验 5.4 Android 开发相关实验 实验 1、 Android 开发环境搭建 实验 2、 GPS 实验 实验 3、 SD 卡 读写实验 第 - - 页 7 7 实验 4、 Wi-Fi 通信实验 实验 5、摄像头实验 实验 6、串口通信实验 实验 7、蓝牙通信实验 6、 实验例程 6.1 物联网通信实验 -实验 2 WiFi 模块的使用 6.1.1 实验目的 学习和了解 WiFi 模块的配置和使用方法 6.1.2 实验步骤 Step 1、通过串口配置 WiFi 模块。出厂默认情况下，位于节点 3 上的 WiFi 模块工作在 AP 模式下，位于节点 1,2 上的模块工作在 Client 模式下。此步就是学习如何通过串口对 WiFi 模块进行配置和使用。 将 PC 机的串口与节点 3 旁的 UART4 DB9 串口相连 ，将 S4 拨动开关打至靠近 DB9串口一端（之后称此位置为 “上”，与之对应的原理串口一端的为“下”，另一个为“中”）。将节点 3 上的拨动开关拨至靠近 WiFi 模块一端（之后称此位置为“左”，其它分别为“中”“右”）。在 PC 机上打开配套光盘“ 物联网综合实验箱应用程序”目录下的“ HLK-RM04_CONFIG_V1.2”程序，选择正确的端口号，为节点 3 上电，点击节点 3 底板上的 S1 按键，在应用程序上点击“搜索模块”，如果正确连接并搜索到了 WiFi 模块，会出现如 下 图所示提示信息，点击“查询配置”按键，将会显示此时 WiFi 模块的各个配置信息。 第 - - 页 8 8 WiFi 模块（工作在 AP 模式下）的配置信息 工作模式选择： 该 WiFi 模块一共有三种工作模式可供选择。 A、 串口转以太网：数据在在串口和有线以太网口之间互传，本实验箱不会用到该功能。 B、 串口转 WiFi 并工作在无线网卡模式下：数据在串口和 WiFi 间互传既 3.1 节所描述的工作方式，于此同时它以无线网卡模式工作，也就是说它必须连入某个指定的 WiFi 网络才可以正常工作。 C、 串口转 WiFi 并工作在无线 AP 模式下：数据在串口和 WiFi 间互传既 3.1 节所描述的工作方式，于此同时它以无线 AP 模式工作，也 就是说它会自己创建一个 WiFi 网络。 网络协议选择： 该 WiFi 模块在 TCP/IP 协议栈中传输层的工作模式，一个分为四种工作模式既 TCP 服务器、 TCP 客户端、 UDP 服务器和 UDP 客户端。 远端 IP：当选择了网络协议为 TCP 客户端或者 UDP 客户端时，这里的 IP 地址就是相对应的远端服务器的 IP 地址。 第 - - 页 9 9 端口：对于选择了 TCP 服务器和 UDP 服务器的 WiFi 模块，端口就是该服务所对应的端口。当选择了 TCP 客户端或者 UDP 客户端时，端口号就是相对应的远端服务器该服务的端口号。 无线参数： 对于一个在工作模式选择“无线 AP 模式”下的 WiFi 模块来说，网络名称、加密方式和密钥就是它所创建的 WiFi 网络的名称 (SSID),加密方式和密钥。 对于一个在工作模式选择“无线网卡模式”下的 WiFi 模块来说，网络名称、加密方式和密钥就是它想要加入的 WiFi 网络的名称 (SSID),加密方式和密钥。 串口参数： 既该模块 UART 串口的各个参数。 启用 DHCP：是否启用 DHCP，请不要开启该选项。 网络参数： 既该模块的各个网络参数。 在对以上参数有了初步的认识后，请自行连接检测节点 2 和节点 1 上的 WiFi 模块的配置信息。注意调整 S4 波动开关和两 个节点底板上的拨动开关的位置调整，具体方法请参考配套光盘内的“物联网综合实验箱产品说明书”文档。 Step 2、由于所有实验箱出厂时相同位置节点上的 WiFi 模块配置是相同的，在实验时可能会造成很大的干扰问题。所以此步请再次通过串口打开节点 3 上的WiFi 模块的配置串口，并且修改无线参数里面的网络名称，建议以自己名字的英文名来命名网络名称。点击“提交配置”，完成配置修改，并且重启节点 3，在 PC 机上或者智能终端上进行无线搜索，是否能够搜索到自己的创建的 WiFi网络。 将试验线配套的 USB 无线网卡插在 A8 开发板的 USB 插槽上，打开 A8 开发板，在“配置”栏中设置 Wi-Fi 选项将其接入创建的 WiFi 网络并点击网络名称查看此时的 A8 开发板的 IP 地址，如 下图 所示。 第 - - 页 10 10 A8 开发板正确连入了 WiFi 模块创建的网络 打开 A8 开发板上的“有人网络助手”程序。选择“ tcp client”，点击“增加”，在弹出的“增加链接”窗口中填入此时节点 3 上 WiFi 模块的 IP 地址和端口号，以图 2 为例，将填入 00 和 4001，点击“增加”，如果它可以正确 的和节点 3 WiFi 模块建立 TCP 连接，将会有“连接成功”的提示，并且在“增加”按键下方出现一个新的电脑图标如 下 图所示。 A8 开发板上的网络调试助手 在 PC 机（此时 PC 机的串口应该还和节点 3 的 WiFi 模块相连）上打开配套光盘 第 - - 页 11 11 “物联网综合实验箱 应用程序”目录下的“ ComAssistance”串口助手软件，选择正确的端口号，配置正确的端口信息（既图 2 中“串口参数”一栏中的对应项）。在 A8 开发板上的网络调试助手的发送栏中发送信息，如果整个链路连接正常，PC 机的串口助手的接收栏中会接受到相对应的消息，如 下 图所 示。 PC 机上的串口助手接收到了 A8 开发板发来的消息 在 A8 开发板网络调试助手选择 tcp server,点击“配置”按键，设置一个端口号（注意要设置 1000 以上的端口号）。 再次打开节点 3 上 WiFi 模块的配置界面，配置成 TCP 客户端，并且填写服务器端的 IP 地址和端口号（也就 A8 开发板的IP 地址和刚刚配置过的端口号），如 下 图所示，笔者的 A8 开发板的无线 IP 是，并且在网络助手中开启了端口号为 4001 的服务器。提交配置， WiFi模块重新启动，等待 A8 开发板再次连入 WiFi 网络后，网络调试 助手上的 TCP server 会与 WiFi 模块的 Client 建立连接，并且显示一些初始化信息，如图 下所示。 第 - - 页 12 12 将 WiFi 模块设置为 TCP 客户端 TCP server 建立连接后 WiFi 模块发来初始化信息 依照之前的方法，打开 PC 机上的串口调试助手，从 A8 端网络调试助手发送数据，观察 PC 机上是否能够收到数据。 请同学自行尝试 UDP server 和 UDP Client 的使用方法。 Step 3、配置节点 2 和节点 1 上的 WiFi 模块，将其设置为“无线网卡模式”，并且连入节点 1 上 WiFi 模块创建的 WiFi 网络，并且 利用 Step 2 中的方式建立 A8开发板 WiFi 和 PC 机串口间的通信通道。 第 - - 页 13 13 7、招标参数 设备清单及技术参数 序号 系统 名称 设备 名称 数量 单位 主要技术参数及备注 1 物联网综合实验箱 硬件 资源 1 套 1、物联网综合实验箱网关 CPU：基于 CortexTM-A8 的 Samsung S5PV210； 运行主频： 1GMHz； RAM 内存： 512M DDR2 RAM； FLASH 存储 512M SLC NAND Flash； LCD：配 7 寸电容触屏 LCD，分辨率 800x480； 串口： TTL*4， RS232 通信 DB9 接口 *2； USB 接口： USB HOST*3， USB Device*1； 以太网口： DM9000AEP 以太网卡，带 RJ45 接口； 其他板载资源：音频输出、音频输入、 RCA 电视输出、用户按键 *8 个、用户 LED*4 个、 ADC 输入 *1、PWM 蜂鸣器 *1、 CMOS 摄像头接口 :*1、 SDIO20pin接口、 miniPCIe 接口 *1、 SPI*2 路、 PWM*2 路、 I2C*1 路、 AD 输入引脚 *8 路； 用途描述： A8 嵌入式网关在本实验项内的作用主要有两个： A、数据处理：嵌入式网关可以通过有 线（串口）、WiFi 等方式获取数据采集模块产生的各种数据，并在本地（网关）做出第一时间的处理。 B、数据转发：对于采集到的数据，网关可以通过2G， 3G， WiFi 等多种方式上传至更上层的上位机、服务器、互联网云平台等数据存储处理单元。 2、 WiFi 节点 数量： 3 个； 第 - - 页 14 14 板载 MCU： STC12C5A16S2 型 51 单片机； 无线标准： IEEE 802.11b、 IEEE 802.11g、 IEEE 802.11n； 无线传输速率：最高 11Mbps11b、 54Mbps11g、150Mbps11n； 频率范围： 2.4-2.4835GHz； 发射功率：最大 15dBm； 天线类型：板载天线以及 ufl 接口柔性天线； 工作模式： Client/Router/AP； 无线安全： WEP/WPA/WPA2； 串口波特率： 50230400pbs ； TCP 连接数：可同时支持多达 20 个连接； UDP 连接数：可同时支持多达 20 个连接； 3、 433MHz 无线数传节点 数量： 3 个； 板载 MCU ： STC12C5A16S2 型 51 单片机； 射频芯片： CC1101 或同等级无线射频芯片； 工作频率： 431MHz478MHz （ 1KHz 步进）； 通 信协议：无线 ModBus 通信协议； 调制方式： GFSK； 发生功率： 20mw（ 10 级可调）； 无线传输速率： 12009600bps； 传输距离：最远可达 200 米； 4、 Zigbee 协调器节点以及 Zigbee 终端节点 数量： Zigbee 协调器 1 个、 Zigbee 终端节点 3 个； 主芯片： CC2530； 工作频率： 2.4GHz； 工作协议： IEEE 802.15.4； 工作协议栈： Zigbee PRO/2007； 第 - - 页 15 15 天线类型：板载天线； 5、高频 RFID 节点 芯片类型： MRC522； 工作频率： 13.56MHz； 支持协议： ISO/IEC 14443 TYPE A； 读卡距离： 0-5cm； 6、 USB 无线网卡 无线标准： IEEE 802.11b、 IEEE 802.11g、 IEEE 802.11n； 无线传输速率：最高 11Mbps11b、 54Mbps11g、150Mbps11n； 频率范围： 2.4-2.4835GHz； 无线安全： WEP/WPA/WPA2； 用途描述： A8 网关外接用 USB 无线网卡，增加网关的 WiFi 通信功能； 7、磁检测传感器模块 芯片 /模块型号：进口常开型 2*14 干簧管； 测量输出：开关量； 8、 光敏传感器模块 芯片 /模块型号 :GM5516； 测量输出 :数字量； 9、 红外对射传感器模块 芯片 /模块型号 :ITR9608； 测量输出 :开关量； 10、 红外反射传感器模块 芯片 /模块型号 :TCRT5000； 测量输出 :开关量； 11、 结露传感器模块 芯片 /模块型号 :HDS10； 第 - - 页 16 16 测量输出 :数字量； 结露测试范围 :94100%RH； 12、 酒精传感器模块 芯片 /模块型号 :MQ-3； 测量输出 :数字量； 测量范围 :0.044mg/L 酒精； 13、 振动传感器模块 芯片 /模块型号 :SW-18010P； 测量 输出 :开关量； 14、 声音传感器模块 芯片 /模块型号 :电容式 6*5 咪头； 测量输出 :数字量； 15、 温湿度传感器模块 芯片 /模块型号 :AM2321； 测量输出 :数字量； 测量范围 :温度 -4080 湿度 599.9%RH； 16、 烟雾传感器模块 芯片 /模块型号： MQ-2； 测量输出：数字量； 测量范围： 30010000ppm； 17、 火焰传感器模块 芯片 /模块型号： PD333-3B 测量输出 :开关量 18、 超声波传感器 最远测量距离： 4m； 最近测量距离： 2cm； 测量角度： 15； 软件 资源 1 套 Android 4.0 1、交叉编译器 : arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp； 第 - - 页 17 17 2、 Bootloader Superboot & U-Boot-1.1.6； 3、内核 :Linux-3.0.8； 4、文件系统 :YAFFS2/CRAFS/NFS/UBIFS/； 5、驱动程序看门狗驱动、 RTC 驱动、 4 个 LED 驱动、8 个用户按键驱动、 SPI 驱动、 I2C-EEPROM 驱