OURS-IOTV2物联网创新实验套件V220110325.doc

北京奥尔斯电子科技有限公司 OURS-IOTV2物联网创新实验套件物联网技术是面向21世纪的最新技术，我国正在大力发展物联网产业，为了满足日益旺盛的技术人才需求，北京奥尔斯电子科技有限公司与美国德州仪器有限公司（TI）合作在OURS-WSN-IOTS物联网创新实验系统的基础上设计研发的新一款物联网创新实验平台。实验平台再现了一个典型的物联网完整架构，包含传感层、网络层与通信层。如下的简化物联网网络框图中，物联网的传感层通过无线组网或现场总线实现对各种物理量的传感采集和反馈控制，数据通过网络汇聚到服务器，再由服务器通过Internet或3G网络实现广域的数据发布，与各种终端，包括手机实现智能的交互与管理。基于套件我们提供了物联网应用的综合案例，可以实现智能家居、智能物流等综合系统。引导学生基于系统的基础上深入研究物联网各层技术知识。传感层、网络层、通信层都坚持开放性的特征，以工程教育的方式引导学生自主学习，并强调开放性发挥学生的创新能力，实现卓越工程师的培养。OURS-IOTV2物联网创新实验套件包括硬件设备、软件资源、实验资源三大部分。硬件设备包括8个无线节点模块、8个传感器模块、嵌入式网关和其他配套设备。无线节点模块兼容目前市场上常用的无线芯片，包括CC2430、CC2431、CC2530、CC430、CEL工业模块以及国内常用的TinyOS的ATMEL128处理器。软件资源包括无线传感器网络软件、sniffer软件、嵌入式网关软件与PC Server端软件，实验资源采用由简单到复杂的设计模式，引导学生很好地掌握物联网开发要领，为物联网工程应用打下坚实的基础，并能通过不同传感器的特性，不同网络的组成形式，开发出更多实用性强的物联网应用模式。物联网套件提供了基本的传感器模块、无线传感网通信模块、嵌入式网关、计算机服务器参考软件等。套件形式如下图所示：物联网创新实验套件一、 物联网创新实验套件模块介绍无线串口扩展模块无线电流传感模块无线电压电感模块无线继电器控制模块无线网络协调器无线网络协调器背面Cortex-M3有线网络扩展模块电压输出无线模块扩展板。（系列模块）1、传感控制模块套件中包含各种传感器接口模块，覆盖了常用的电压监测、电流监测、温度、湿度、触力、光敏等十多种传感信号采集，还包括物联网应用中比较有特色的智能医疗传感、智能家居控制等模块。在传感器扩展方面保留了开放的接口和通信协议，方便学生扩展创新。传感模块：(1). 电流传感器：量程：-2A+2A；分度：0.01A；（标配）(2). 电压传感器：量程：-20V+20V；分度：0.01V；（标配）(3). 光电门传感器：分度10S；用于测量挡光时间；1套2只（标配）(4). 温度传感器：量程：-20+130；分度：0.1（标配）(5). 湿度传感器：量程：0100%，分度：0.1%（标配）(6). 光照度传感器：量程：010000lx，分度：1 lx（标配）(7). 压力传感器：量程：-50N+50N；分度：0.1N；1套2只(8). 压强传感器：量程：0kPa700 kPa；分度：0.1 kPa(9). 超声传感器：量程：80mm500mm；分度：1mm(10). 酒精浓度传感器：量程：1100；分度：1(11). 磁传感器：量程：-100mT+100 mT；分度：0.01 mT(12). pH值传感器：量程：014；分度：0.01(13). 氧气传感器：量程：0100，分度0.1(14). 二氧化碳传感器：量程：050000ppm，分度：1 ppm(15). 溶解氧传感器：量程：020mg/L，分度0.1 mg/L(16). 二氧化硫传感器：量程：020ppm，分度0.01 ppm(17). 心电图传感器：量程：-5mV +5mV，用于生成EKG曲线，能清晰的显示出人体P波、QRS波、T波与U波，可通过RR间期计算出心率(18). 血压测量传感器：震荡法测量，测量：参数收缩压、平均压、舒张压、脉率，逐步充气和自动补充充气功能，双电磁阀接口，超压力自动放气，气泵和电磁阀内置(19). 脉搏传感器：采用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。 压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出完整的脉搏波电压信号，主要应用于无创心血管功能检测、妊高征检测、中医脉象诊断等(20). 血氧传感器：用于手持式血氧计时提供低电压显示和自动断电功能，高可靠性和测量准确度，提供快速、准确的血氧饱和度和脉率测量，采用改进的数字信号处理技术，有效抑制人体移动和弱灌注测量的影响，能提供最佳的测量灵敏度和稳定性，满足ICU，CCU和麻醉手术应用，通讯协议与BCI的通讯协议完全兼容反馈控制模块：(1). 电压控制输出：1组，0V+10V；分度：0.1V；（标配）(2). 串口控制：1组，DB9 公头，1200 至 115K 波特率，支持双向RS-232通信，支持 RTS/CTS 硬件握手及奇偶校验（标配）(3). 红外控制：3组， 独立 IR 红外控制输出(4). 继电器控制： 3组24V AC/DC0.5A 长开触点，带瞬间电压抑制(5). 交直流电机控制输出：1组直流电机，1组交流电机(6). 简单人机交互控制：6个按键，2个LED灯，一个超小型LCD，实现远程人机交互RFID读取模块： 13.56MHz ，支持标准/协议：ISO/IEC 15693、14443A/B/C等2、无线传感网通信模块套件包含多个无线传感网通信节点及一个无线网络协调器。传感网主芯片采用TI的CC2530实现，2.4G载频，棒状天线，可以电池供电也可以直流电源供电。C电源板B:传感模块A:无线节点模块无线传感网节点结构无线传感网节点由三个部分构成：A: 无线节点模块，主要由射频单片机构成，MCU是CC2530。B: 传感模块，系列传感模块包括温度传感模块、湿度传感模块等，也可以通过总线扩展用户自己的传感器部件。C：电源板，即实现节点模块与传感模块的连接，又实现系统供电，目前主要两节电池供电，保留外接电源接口，可以直接由直流电源供电软件上，无线传感网通信节点运行TI Z-Stack协议栈, 符合ZigBee 2007或ZigBee PRO规范，包含了网状网络拓扑的几近于全功能的协议栈。套件提供的样例程序实现了无线通信节点的动态组网及传感数据采集传输。3、嵌入式网关嵌入式网关由CORTEX-A8处理器OMAP3530实现，OMAP3530基于ARM Cortex-A8内核，性能四倍于AMR9芯片，提供了业界最佳的通用、多媒体和图形处理单芯片组合。指标如下：嵌入式网关CPU 600MHz ARM Cortex-A8主处理器430MHz TMS 320C 64x+ DSP协处理器POWERVR SG 2D/3D加速引擎DDR 256MFLASH 256M以太网100M Ethernet controller SD cardSD 卡控制器SDIO无线网卡和蓝牙（可选）USB HOST 2个以上USB CLIENT 1 个RS232接口 2路以上RS232红外接口一路红外IrDA接口液晶屏7寸 TFT LCD（包含触摸屏和有机玻璃外壳）16：9 显示，分辨率：800 480,音频 AC97标准音频触摸屏电容式或电阻式触摸屏LED显示 4个以上LED工作状态指示按键8以上个功能按键 无线广域接入模块无线广域接入模块GPRS/3G(可选)嵌入式网关基于WINCE6.0操作系统，提供各个接口驱动程序、无线节点传感数据采集、控制与显示等例程。4、简单物联网网络中间件为了配合广域数据访问，我们提供基于服务器的简单物联网网络中间件，框架结构如下所示：物联网网络中间件传感网数据通过接口汇聚到数据库中，再通过网页服务器对外提供基于Internet或3G无线访问的接口。套件提供的样例程序可以把传感数据采集到服务器中，通过网页服务实现传感数据的显示与控制。基于应用层，用户通过简单修改，可以实现智能家居、智能物流等物联网典型应用系统。节点连接及拓扑节点信息及控制我们还可以把实验节点接入到我们的“智慧校园”系统，实现真实的校园管理系统与教学实验系统的融合，让学生在体验真实应用的环境中提高学习兴趣。二、 物联网教学实验技术支持服务为了保证教学、实验课程顺利开展，我们提供了有力的技术支持服务，包括：1、 实验室共建与产学研联盟服务校企联合共建物联网实验室，引入企业的先进技术资源与产业联盟资源，共同推动物联网教育的学科建设与人才培养。为学校提供社会人才培养的真实需求，并为学生的就业提供优势平台。2、 技术专项培训联合物联网教育网（），我们将邀请TI等公司技术工程师及一线教师针对技术方案中的专项内容，如传感接口设计、传感网基本知识、物联网网络中间件等技术要点进行在线视频技术培训。基于网络平台的在线视频技术培训3、 技术在线指导与答疑联合物联网教育网（），基于不同主题我们将提供技术在线支持。通过网络平台交流增强同学们的协作精神与共享精神。基于网络平台的技术在线指导与答疑附：硬件参数指标：无线传感网节点（1套设备8个节点）无线节点模块系列无线节点模块引脚兼容：1. CC2530，2.4GHz，陶瓷天线/棒状天线（标配）2. CC430，900M，陶瓷天线/棒状天线3. CC2430, 2.4GHz，陶瓷天线/棒状天线4. CC2431, 2.4GHz，陶瓷天线/棒状天线5. CEL模块，工业模块，可以接小功率或大功率模块6. Tiny OS 核心模块，CROSSBOW的CC2420+ATMEG128sniffer节点针对常用的CC2530，需配置2.4G sniffer节点一个传感控制模块可以连接系列传感模块，引脚兼容。传感采集模块：(1). 电流传感器：量程：-2A+2A；分度：0.01A；（标配）(2). 电压传感器：量程：-20V+20V；分度：0.01V；（标配）(3). 光电门传感器：分度10S；用于测量挡光时间；1套2只（标配）(4). 温度传感器：量程：-20+130；分度：0.1（标配）(5). 湿度传感器：量程：0100%，分度：0.1%（标配）(6). 光照度传感器：量程：010000lx，分度：1 lx（标配）(7). 压力传感器：量程：-50N+50N；分度：0.1N；1套2只(8). 压强传感器：量程：0kPa700 kPa；分度：0.1 kPa(9). 超声传感器：量程：80mm500mm；分度：1mm(10). 酒精浓度传感器：量程：1100；分度：1(11). 磁传感器：量程：-100mT+100 mT；分度：0.01 mT(12). pH值传感器：量程：014；分度：0.01(13). 氧气传感器：量程：0100，分度0.1(14). 二氧化碳传感器：量程：050000ppm，分度：1 ppm(15). 溶解氧传感器：量程：020mg/L，分度0.1 mg/L(16). 二氧化硫传感器：量程：020ppm，分度0.01 ppm(17). 心电图传感器：量程：-5mV +5mV，用于生成EKG曲线，能清晰的显示出人体P波、QRS波、T波与U波，可通过RR间期计算出心率(18). 血压测量传感器：震荡法测量，测量：参数收缩压、平均压、舒张压、脉率，逐步充气和自动补充充气功能，双电磁阀接口，超压力自动放气，气泵和电磁阀内置(19). 脉搏传感器：采用高度集成化工艺将力敏元件(PVDF压电膜)、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。 压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出完整的脉搏波电压信号，主要应用于无创心血管功能检测、妊高征检测、中医脉象诊断等(20). 血氧传感器：用于手持式血氧计时提供低电压显示和自动断电功能，高可靠性和测量准确度，提供快速、准确的血氧饱和度和脉率测量，采用改进的数字信号处理技术，有效抑制人体移动和弱灌注测量的影响，能提供最佳的测量灵敏度和稳定性，满足ICU，CCU和麻醉手术应用，通讯协议与BCI的通讯协议完全兼容反馈控制模块：(1). 电压控制输出：1组，0V+10V；分度：0.1V；（标配）(2). 串口控制：1组，DB9 公头，1200 至 115K 波特率，支持双向RS-232通信，支持 RTS/CTS 硬件握手及奇偶校验（标配）(3). 红外控制：3组， 独立 IR 红外控制输出(4). 继电器控制： 3组24V AC/DC0.5A 长开触点，带瞬间电压抑制(5). 交直流电机控制输出：1组直流电机，1组交流电机(6). 简单人机交互控制：6个按键，2个LED灯，一个超小型LCD，实现远程人机交互RFID读取模块： (1).13.56MHz ，支持标准/协议：ISO/IEC 15693、14443A/B/C等嵌入式网关(Cortex-A8小型化开发板，7寸液晶屏)CPU ARM Cortex-A8 600MDDR 256MFLASH 256M以太网100M Ethernet controller SD cardSD 卡控制器SDIO无线网卡和蓝牙（可选）USB HOST 2个以上USB CLIENT 1个RS232接口 2路以上RS232红外接口一路红外IrDA接口液晶屏7寸 TFT LCD（包含触摸屏和有机玻璃外壳）16：9 显示，分辨率：800 480音频 AC97标准音频触摸屏电容式或电阻式触摸屏LED显示 4个以上LED工作状态指示按键8个以上功能按键 CORTEX-M3 嵌入式模块M3 CPU80 MHz LM3S9B96 ，256 K Flash, 96 K SRAM, and integrated EthernetMAC+PHY, USB OTG, and CAN communicationsFLASH1 MB serial Flash memory电压参考Precision 3.00 V voltage referenceROM程序SAFERTOS operating system in microcontroller ROM音频I2S stereo audio codec，Line In/Out、Headphone Out、Microphone In以太网10/100 BaseT EthernetUSB口USB On-The-Go (OTG) Connector：Device, Host, and OTG modes无线广域接入模块无线广域接入模块GPRS/3G软件资源：n 无线传感器网络软件无线传感器网络采用2.4G ISM频段，通过软件可实现点对点，以及一点对多点的多形式组网控制。n sniffer软件捕获到所监控信道通信距离内的所有数据包，通过Zigbee网络分析软件的通信参数设置模块，可以选择监控信道。n 嵌入式网关软件嵌入式网关软件包括WINCE6.0系统软件。n PC Server端软件采用物联网中间件架构，开放PC应用层调用接口，让学生可以设计自己的界面，实现远程通过Internet或手机访问内部数据。实验资源：实验从无线网络处理器的基本实验，逐步进阶到无线数据采集通信的高级实验，即能满足基础的教学要求，又能加强学生的实际应用能力。实验列表无线传感网实验实验一 建立CC2530开发环境实验二 GPIO实验实验三 LCD控制试验实验四 中断实验实验五 系统时钟源选择实验实验六 32KHz 振荡器使用实验实验七 功耗管理实验