物联网工程技术专业实训室方案(DOC 48页).doc

物联网实训室设计与实施方案 机密文件 物联网工程技术专业实训室物联网工程技术专业实训室 建建 议议 方方 案案 上海企想信息技术有限公司上海企想信息技术有限公司 二二 O O 一一年三月一一年三月 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 I 页 目目 录录 1概述概述 1 1 1物联网技术背景介绍 1 1 2物联网实训室建设意义 2 1 3建设目标和特色 4 2实训室总体设计实训室总体设计 6 2 1设计思想 6 2 2区域规划 7 3产品介绍产品介绍 13 3 1ZIGBEE模块包 13 3 2GPRS模块 16 3 3蓝牙模块 18 3 4WIFI模块 19 3 5RFID 模块 20 3 6操作台 23 4实训内容设计实训内容设计 27 4 1ZIGBEE 27 4 2GPRS 29 4 3蓝牙 30 4 4WIFI 31 4 5RFID 32 4 6综合演示 33 5项目实施项目实施 38 5 1项目阶段 38 5 2项目实施过程 38 5 3提供师资培训与手册 38 5 4技术服务 39 6涉及专业和课程设计涉及专业和课程设计 40 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 II 页 6 1物联网涉及专业 40 6 2物联网实训室课程体系 40 7公司简介公司简介 44 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 1 页 1 概述概述 1 1 物联网技术背景物联网技术背景介绍介绍 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 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 2 页 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 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建设物联网实训室意义 1 2 1 教学意义教学意义 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 系统工程等 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 3 页 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 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 1999 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 4 页 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 提高学生的竞争力提高学生的竞争力 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业人才需求 1 3 建设目标和特色建设目标和特色 1 3 1 主要建设目标主要建设目标 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 5 页 1 3 2 我们的特色我们的特色 多学科 支持多种学科实验 可扩展 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 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 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 多平台 可提供多种网络技术平台的组网 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 灵活性 可基于各种独立的模块 融合各种技术 灵活应用 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 先进性 紧扣物联网相关新技术及发展方向 真正的 透明 教学 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 6 页 2 实训室总体设计实训室总体设计 2 1 设计思想设计思想 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 7 页 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 8 页 基于以上的想法 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 进行创新 实验 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 9 页 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 物流实际应用演示系统 农业环境实际应用演示系统 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 ZigBee 组网演示教学 传感器数据采集教学 ZigBee 传感网教学 以太网监控 ZigBee 网络演示教学 蓝牙演示教学 WiFi 演示教学 RFID 有源标签读写数据演示教学 RFID 无源标签读写数据演示教学 RFID 应用演示教学 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 10 页 和各种方法 GPRS Internet 来进行访问 2 2 2 学生实验区学生实验区 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 Zigbee 实验 Zigbee 无线传感网络集成开发环境 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 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 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 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 11 页 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 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 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 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 通过相关后台软件进行数据统一管理 为用 户提供数据查询 决策指导等 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 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 发展趋势 以及相关产品 相关产品如下 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 12 页 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 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 13 页 3 产品介绍产品介绍 3 1 Zigbee 模块包模块包 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 协调器协调器 产品型号 CH Z CC2430 R01 产品规格 CPU 主频率 32MHZ 工作温度 5 50 湿度 90 贮存温度 20 70 湿度 95 采用透明塑料外壳包装 SMA 天线 2 4GHZ 片内 FLASH 128K 产品功能 包括 CC2430 1 射频底板和支持底板 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 采用完全的嵌入式系统 提供数据访问接口以方便计算机应用程序开发 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 定位参考节点定位参考节点 产品型号 CH Z 2431 N01 产品规格 同协调器 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 14 页 产品功能 定位参考节点包括 CC2430 1 射频底板和支持底板 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 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 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 底板上的 JTAG 仿真接口为开发系统的 CC2430 1 芯片提供系统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 传感器节点包括 CC2430 1 射频底板和支持底板 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 15 页 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 电源 采用稳压芯片 1117 3 3 能够为整个底板提供 3 3V 的电源 设计电源指示 LED 当芯片正常工作 底板电源为 3 3V 时红 LED 点亮 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 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 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 光敏传感器对光线敏感 不同的光线照射对应的光敏传感器的电阻也不一样 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 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 3 5V DC 刚好在底板上 的电源范围之内 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 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 16 页 图形形式传感器数据 显示各个节点温度 湿度 光强度等传感数据拓扑图 并可对各个节点 进行控制 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 无线传感网络节点配置 可配置各个节点的连接参数 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 传感控制节点传感控制节点 产品型号 CH G Q24 N01 产品规格 采用 WAVECOM 四频模块 Q24 CPU 主频率 32MHZ 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 17 页 工作温度 20 55 湿度 90 贮存温度 20 70 湿度 95 采用透明塑料外壳包装 最大传输速率 115Kbps 支持 FR EFR AMR 多种语言编码方式 VDA2C 高品质语音 支持 TXT PDU 两种短信模式 支持内嵌 TCP IP GSM 上行速率 42 8Kbps 下行速率 85 6Kbps SIM 机卡分离 天线接口 900 1800Mhz 产品功能 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 各种 I O 接口 可通过串口对节点进行设置 双路音频输入输出通道 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 2 2 GPRS 监控软件监控软件 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 节点参数设置 设定服务器 IP 地址 端口号等 图形显示节点传感器数据 包括温度 湿度 光强度等 能够通过发出指令读取节点传感器数据 能够发出指令控制节点蜂鸣器 直流电机等 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 18 页 3 3 蓝牙模块蓝牙模块 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 蓝牙传感控制节点蓝牙传感控制节点 产品型号 CH B BGB203 N01 产品规格 采用飞利浦 Sip BGB203 204 工作温度 30 85 采用透明塑料外壳包装 最大传输速率 115Kbps 接收灵敏度 86 dbm 天线端口发射功率 5dbm 串口异步通讯 波特率 115 200 bps 支持蓝牙规范版本 1 2 SRAM 40K Bytes 片内 Flash 268K Bytes 产品功能 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 可通过串口连接对节点进行设置 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 蓝牙监控软件蓝牙监控软件 读写节点物理地址 节点参数设置 图形显示节点传感器数据 包括温度 湿度 光强度等 能够通过发出指令读取节点传感器数据 能够发出指令控制节点蜂鸣器 直流电机等 3 4 Wifi 模块模块 Wifi 模块包括 Wifi 节点及 Wifi 监控软件等 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 19 页 3 4 1 Wifi 传感控制节点传感控制节点 产品型号 CH W GS1010 N01 产品规格 采用超低功耗 SOC 芯片 GainSpan GS1010 内嵌 32 位 ARM7 处理器 时钟频率 44MHz 无线协议 802 11 b g 射频工作频率 2 4 2 497GHZ 工作温度 40 85 安全机制遵循 IEEE 802 11i WPA2 PSK AES 硬件加密 产品功能 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 可通过串口连接 PC 对节点进行设置 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 监控软件监控软件 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 侦听网络 生成节点树 读取节点传感器数据 温度 湿度 光敏 加速度等 节点传感器数据 RSS 曲线 发送节点控制指令 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 20 页 3 5 RFID 模块模块 RFID 模块包括 RFID 读写器 RFID 中间件等产品 3 5 1 HF RFID 读写器读写器 产品型号 CH R MFRC522 1 产品规格 采用 Philips MFRC522 原装芯片 51 系列 MCU 时钟 32MHz 12864 液晶屏 工作温度 20 80 工作频段 13 56 兆赫兹 工作电压 DC3V 支持协议 ISO 14443 TypeA 和 Mifare 通信协议 产品功能 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 可通过串口 USB WIFI 连接到 PC 可以读卡写卡并传送到计算机 可通过串口对读卡器进行设置 串口 USB 接口 支持 MIFARE Classic 加密 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 21 页 3 5 2 UHF RFID 读写器 超高频 读写器 超高频 产品型号 CH R DT900 2 产品规格 采用 CASIO DT900 芯片 51 系列 MCU 时钟 32MHz 工作温度 40 85 工作频段 840 960MHz 工作电压 DC5V 支持协议 EPC GEN2 ISO 18000 6C 读卡距离 50cm 70cm 读卡协议模式 读卡器先讲 半双工 最大输出功率 27dBm 产品功能 UHF 超高频模块是超小型化的 UHF RFID 读写器核心部件 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 可设置识别到标签或卡后 蜂鸣器响 读卡模块震动等 可通过串口 USB WIFI 连接到 PC 可以读卡写卡并传送到计算机 可通过串口对读卡器进行设置 串口 USB 接口 3 5 3 RFID 中间件中间件 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 AMD Memory2 GB Chipset Chipset Intel AMD System I O Outlet 3 x RS 232 COM 1 2 3 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 22 页 1 x VGA 1 x Audio Mic in Line out 1 x PS 2 keyboard mouse 2 x 10 100 1000Mbps Ethernet 4 x USB 2 0 1 x VDC power input connector System I O Outlet 1 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 10 C 50 C 14 F 122 F 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 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 建立一个轻量级 模块化部署的服务器平台叫做 Equinox OSGI 3 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 23 页 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 3D 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 监控软件 RFID Tool 单片机进行串口通信 发送读写命令 接收读写结果 实际应用模拟 3 6 操作台操作台 产品型号 产品型号 CH OP 001 产产品规格 品规格 产品功能 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 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 触摸屏 安装于侧面板上 17 寸液晶 支持触摸操作 工作指示灯 LED 用于显示工作台上各个部件的工作情况 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 蜂鸣器 控制器件 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 24 页 直流电机 控制器件 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 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 加湿器 用于湿度控制实验 灯泡 用于光强度控制实验 红外加热灯泡 用于温度控制实验 湿度传感器 用于湿度控制实验 温度表 显示温控室的温度 湿度表 显示湿度情况 工具箱 放置调节线等工具 模块箱 放置产品模块 键盘 鼠标 3 6 1 操作台面板设计操作台面板设计 3 6 2 底板设计底板设计 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 25 页 3 6 3 温度控制区温度控制区 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 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 26 页 3 6 5 光线控制区光线控制区 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 一般控制区一般控制区 LED 1 LED 2 LED 3 蜂鸣器蜂鸣器 直流电机直流电机 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 27 页 4 实训内容设计实训内容设计 4 1 Zigbee 4 1 1 实训环实训环境说明境说明 实训环境如下图所示 zigbee 实训环境 无线传感器网络监控软件无线传感器网络监控软件 V1 2 通过串口对协调器 路由器 节点进行设置 并可通过串口读取节 点传感器数据 Zigbee 协调器 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 Zigbee 路由器 路由器 CH Z 2431 N01 连接节点和协调器 Zigbee 定位节点 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 Zigbee 节点 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 光敏传感器 并保留传感器接口 外接传感器 物联网实训室设计与实施方案 机密文件 第 28 页 Zigbee 节点 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 实训内容实训内容 1 Zigbee 基础控制实验