单片机在物联网中得应用.doc

物联网的核心技术之一 单片机专业班级：电子信息科学与技术 学号：1020020100 姓名：蔡茜摘 要物联网技术是新一代的信息技术，物联网是在国际互联网的基础上，利用嵌入式技术和物品电子编码技术，给每一个实际对象一个唯一的代码，构造的一个覆盖世界上万事万物得实物互联网。嵌入式系统（Embedded System），一般指非桌面计算机系统（即非PC、服务器、大中小型机等），有计算机功能且可以“嵌入”到专用设备并发挥专用功能的计算机设备或器材。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，单片机开创了嵌入式系统独立发展道路，嵌入式技术是物联网技术的最为关键的底层技术，在单片机技术成熟发展的今天，物联网的兴起，给单片机技术提供了一个更为广大和宏伟的舞台，同时也给单片机技术发展提供了新的方向。关键词：单片机；物联网；GPS；GPRS；RFID；嵌入式系统；微控制器等。The Internet of things is one of the key techniques in single chip microcomputerCaiXiAbstractNetworking technology is a new generation of information technology, the Internet of things is in Internet based on embedded technology and items, 2using electronic coding techniques, for each one of the actual object a unique code, is constructed of a covering the world all things have real internet. Embedded system ( Embedded System ), generally refers to a desktop computer system (namely PC, server, and computer etc.), a computer function and can be embedded to the special equipment and special function play computer equipment or equipment. Single chip micro computer referred to as SCM, is a typical embedded microcontroller, SCM ushered in embedded system independent development, embedded technology is a network technology is the key of the underlying technology, SCM technology is mature in development today, the Internet of things is arisen, for the single chip computer technology provides a more broad and magnificent stage, at the same time also to the single-chip technology development provides a new direction.Key words: single chip microcomputer; networking; GPS; GPRS; RFID; embedded system; micro controller.前言： 物联网是新一代信息技术,以互联网为核心和基础,在互联网基础上的延伸和扩展的网络,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升。嵌入式系统（Embedded System），一般指非桌面计算机系统（即非PC、服务器、大中小型机等），有计算机功能且可以“嵌入”到专用设备并发挥专用功能的计算机设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用3系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，它最早是被用在工业控制领域。二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。嵌入式系统技术和物联网技术是当今电子技术两大前沿技术。本文主要通过对单片机，嵌入式系统和物联网技术的论述，并通过实例，探讨单片机技术、嵌入式系统技术、物联网技术的关系以及单片机技术在物联网技术中的应用及其地位。1物联网的发展及其概念51.1物联网的概念51.2物联网的核心技术52单片机技术62.1单片机的定义62.2单片机的发展史63单片机技术嵌入式系统技术 物联网技术的关系73.1计算机技术两大分支发展743.2单片机技术与嵌入式技术的关系73.3单片机技术与物联网技术的关系84基于单片机的物联网系统设计实例84.1 基于C8051F040与GPS/GPRS/RFID的车辆监控系统85.结语9一 物联网的发展及其概念1.1 物联网的概念物联网(Internet of Things)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的。把 网络技术， 运用于万物，组成“物联网”，以精细动态方式 ，管理生产生活,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然关系。简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。1.2 物联网的核心技术1、应用技术：数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现；2、网络技术：低速低功耗近距离无线、IPV6、广域无线接入增强、网关技术、AD HOC网络、区域宽带无线接入、广域核心网络增强、节点技术；3、感知技术：传感器、执行器、RFID标签、二维条码； 物联网技术的核心：无线传感网络（WSN）和射频识别（RFID）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，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感5器、湿度传感器、二维码标签、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，它是物联网获识别物体，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。 物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。物联网的核心技术应用技术：数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现网络技术：低速低功耗近距离无线、IPV6、广域无线接入增强、广域核心网络增强、节点技术二 单片机技术2.1单片机的定义单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。2.2单片机的发展史将计算机做在一个芯片上，从而开创了单片机时代。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其6对象的智能化控制能力。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。三 单片机技术嵌入式系统技术 物联网技术的关系3.1计算机技术两大分支发展由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。3.2单片机技术与嵌入式技术的关系 单片机开创了嵌入式系统独立发展道路，嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并7没有真正进入单片机应用领域。随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。 嵌入式技术概念提出，促使单片机技术的形成发展，单片技术的发展，开创了嵌入式系统独立发展道路，单片机技术是嵌入式技术的基石，是低端的嵌入式技术。3.3单片机技术与物联网技术的关系单片机开创了嵌入式系统独立发展道路，嵌入式技术是物联网技术的最为关键的底层技术，在单片机技术成熟发展的今天，物联网的兴起，给单片机技术提供了一个更为广大和宏伟的舞台，同时也给单片机技术发展提供了新的方向。四基于单片机的物联网系统设计实例4.1 基于C8051F040与GPS/GPRS/RFID的车辆监控系统随着我国经济的发展，车辆日益增多，交通运输的经营管理，货运、客运的安全管理等，已成为公安、交通系统中的一个重要问题。车辆监控系统以全球定位系统(Global Posit ion System，GPS)和GPRS(General Packet Radio service)通信技术基础，通过C8051F040单片即作为管理和控制核心，将车载单元上接受到的实时定位数据通过无线网络传送至监控中心服务器上，监控中心计算机再利用地理信息系统的地图显示功能，以及信号指令的发送功能，实现对动态车辆的跟踪与调度控制，从而建立起的一种大范围、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合车辆调度和管理系统。系统的组成：系统硬件结构要对物流车辆进行全面的监控，终端需要实现的功能至少包括：车辆定位、车辆远程控制、货物实际监控、与监控中心进行实际通信、与驾驶员进行人/机交互等。从系统功能需求出发，车辆监控终端包括如下6个模块：8单片机及外围扩展模块、GPS模块、GPRS模块、RFED模块、LCD显示模块和车辆控制模块系统以C8051F040单片机为核心。该单片机是一款混合信号告诉单片机，片上集成了丰富的模拟外设和数字外设，其中包括2个12位ADC、1个12位的DAC、1个8位的ADC、和64个I/O端口，可同时使用硬件SMBus（IIC）、SPI 2个增强性UART串口和5个通用16位计数器/定时器，专门的看门狗定时器。单片机的指令处理能力最高可达25MIPS,可以满足监控终端的数据处理要求。单片机通过UAST0和UAST1分别接iTrax300GPS模块和WAVCOM GR64 GPRS模块。单片机与模块之间采用TTL串行通信，波特率为4800bps至192000 bps可调。单片机的EMIF（外部存储器接口）配置到P4P7口上，采用数据线/地址线非复用方式。在EMIF上接口L16C554异步通信组件可为单片机扩展4路增强型UART，各路波特率可达1Mbps。这4路UART中，A路经过MAX485芯片做电平转换后连接SuperRFID SPD300 RFID模块，以读取货物上的RFID标签信息及驾驶员工卡信息；B路经过MAX3232芯片做电平转换后提供给用户用于配置监控终端技术；C路、D路串口备用。LCD显示模块LCM12864ZK也通过EMIF与单片机连接，用于现实车辆、货物及监控中心传来的信息。监控终端开机时需要载入一些参数，如监控中IP地址、上传信息的定时/定居间隔等，这些都需要