物联网科普暨小型物联网演示平台

1、2新技术、新概念物联网定义l物联网顾名思义，就是物物相连的互联网。基于互联网技术，利用RFID、无线数据通信等技术来完成信息交换和通讯，据专家预测，物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的第三次信息产业浪潮。l 物联网又叫传感网 就是在物体上植入各种微型感应芯片，把它变得智能化，然后借助无线网络，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，而这些物体既可以是小小的手表、钥匙，也能是汽车、楼房，总之日常生活中任何物品都可以变得“聪明”、“善解人意”。3互联网与物联网 “智慧地球智慧地球”提出“把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中

2、,并且被普遍连接，形成所谓“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。 核心观点核心观点：物联网和互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。“4无线传感网与物联网传感器网可以看成是传感模块+组网模块共同构成的一个网络。传感器仅仅感知到信号，并不强调对物体的标识。例如可以让温度传感器感知到森林的温度，但并不一定需要标识哪根树木。物联网，Internet of things，对物体进行标识。包含了传感器网、RFID、二维码等。主要试图区别于Internet，认为Internet是人与人之间的网络。而物联网是物物相连的网。物联网的概念相对比传感器网大一

3、些。这主要是人感知物、标识物的手段，除了有传感器网，还可以有二维码/一维码/RFID等。如用二维码/RFID 标识桌椅之后，就可以形成物联网，但二维码/RFID并不在传感器网络的范畴。 5物联网的几项关键技术物联网的4个主要的技术：（1）RFID（2）传感器（3）嵌入式智能(embedded intelligence)（4）纳米技术。因此，“物联网”也叫传感网，是指将各种信息传感设备，比如射频识别装置、二维码识读设备、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，可让所有物品能远程感知和控制，形成一个更加智慧的生产生活体系。6重点介绍无线传感器网络（WSN）7

4、WSN体系结构8WSN的来龙去脉 - 1 无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。从那以后，类似的项目在全美高校间广泛展开，著名的有UC Berkeley的Smart Dust项目，UCLA的WINS项目，以及多所机构联合攻关的SensIT计划，等等。在这些项目取得进展的同时，其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中，在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中，在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。目下，无线传感器网络

5、的商业化应用也已逐步兴起。美国Crossbow公司就利用SmartDust项目的成果开发出了名为Mote的智能传感器节点，还有用于研究机构二次开发的MoteWorkTM开发平台。 这些产品都很受使用者的欢迎。 9WSN的来龙去脉 - 21第一代第一代 早在上世纪早在上世纪70年代，年代，就出现了将传统传感器就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网归之为第一代传感器网络。络。2第二代第二代 随着相关学科的的随着相关学科的的不断发展和进步，传感不断发展和进步，传感器网络同时还具有

6、了获器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是力的传感器网络，这是第二代传感器网络。第二代传感器网络。3第三代第三代 而从上世纪末开始，而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网术连接，无线传感器网络逐渐形成。络逐渐形成。10WSN的应用现状WS

7、N环境监测和预报环境监测和预报安全监测安全监测空间探索空间探索智能家居智能家居复杂机械监控复杂机械监控军事应用军事应用健康护理健康护理建筑物状态监控建筑物状态监控大型车间和仓库管理大型车间和仓库管理城市交通城市交通医疗医疗智能电网智能电网11WSN应用 智能家居在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连接在一起，将会为人们提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境。利用远程监控系统，可完成对家电的远程遥控，例如可以在回家之前半小时打开空调，也可以遥控电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机、录像机、电脑等家电，按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧菜、查收电话留言、选择录制电视和

8、电台节目以及下载网上资料到电脑中等工作，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。12WSN应用 - 建筑物状态监控建筑物状态监控建筑物状态监控(structure health monitoring, SHM)：利用传感器网络来监控建筑物的安全状态。必要性：必要性： 由于建筑物不断修补，可能会存在一些安全隐患。虽然地壳 偶尔的小震动可能不会带来看得见的损坏，但是也许会在支柱上产生潜在的裂缝，这个裂缝可能会在下一次地震中导致建筑物倒塌。用传统方法检查，往往要将大楼 关闭数月。13WSN的限制因素限制一限制一限制二限制二限制三限制三电源能量有限通信能力有限计算和存储能力有限14典型无线传感器网

9、络简介WiFI协议协议WiFiWi-Fi 的英文全称为wireless fidelity,在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网的技术，以前通过网线连接电脑，而现在则是通过无线电波来连网； 15典型无线传感器网络简介蓝牙蓝牙蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络

10、结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信。16典型无线传感器网络简介ZigBee协议协议 ZigBeeZigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。17典型无线传感器网络简介简单小型简单小型SimpliciTi协议协议 SimpliciTi协议 Wi-Fi、蓝牙、 ZigBee等。这些国际标准都是由IEEE发布的。但也有一些芯片公司或集成供应商为了推广本公司芯片、方案而发布一些非

11、国际标准协议，SimpliciTI 网络协议就是德州仪器 (TI) 宣布推出针对简单小型 RF 网络的专有低功耗 RF 协议 。18重点介绍SimpliciTi无线传感器网络协议19SimpliciTi 无线传感器网络协议 SimpliciTI 网络协议能够简化实施工作，尽可能降低微控制器的资源占用。该协议能该协议能“开盒即用开盒即用”地在地在 CC1110等片等片上系统上运行上系统上运行。设计得当的 RF 协议对降低最终应用的功耗至关重要。最新 SimpliciTI 网络协议将支持客户开发超低功耗系统，同时降低系统成本。SimpliciTI 网络协议专为简单专为简单的的 RF 网络网络而设计

12、，对适合网状路由与标准化配置的大型网络的 ZigBee 而言是一种很好的补充。S SimpliciTIimpliciTI协议的优点协议的优点20 S SimpliciTIimpliciTI协议的应用协议的应用 SimpliciTI 网络协议支持各种低功耗应用低功耗应用，如报警与安全（烟雾探测器、玻璃破碎检测器、一氧化碳探测器、光传感器）、自动读表（气表、水表）、工业控制、家庭自动化（家电设备、车库开门器、环境设备）以及有源 RFID 等。SimpliciTiSimpliciTi 无线传感器网络协议无线传感器网络协议21S SimpliciTIimpliciTI协议的拓扑结构协议的拓扑结构点对点

13、点对点点对点拓扑结构点对点拓扑结构SimpliciTiSimpliciTi 无线传感器网络协议无线传感器网络协议22S SimpliciTIimpliciTI协议的拓扑结构协议的拓扑结构 星状星状星状拓扑结构星状拓扑结构SimpliciTiSimpliciTi 无线传感器网络协议无线传感器网络协议23S SimpliciTIimpliciTI协议的拓扑结构协议的拓扑结构 串状串状串状拓扑结构串状拓扑结构SimpliciTiSimpliciTi 无线传感器网络协议无线传感器网络协议24S SimpliciTIimpliciTI协议演示平台协议演示平台SimpliciTiSimpliciTi 无线

14、传感器网络协议无线传感器网络协议25S SimpliciTIimpliciTI协议演示平台协议演示平台SimpliciTiSimpliciTi 无线传感器网络协议无线传感器网络协议26SimpliciTi无线传感器网络协议S SimpliciTIimpliciTI协议演示平台实物图协议演示平台实物图27可实现如下功能：可实现如下功能：（1） CC1110模块是采用CC1110单片机并内嵌SimpliciTI协议的无线数传模块；（2） SimpliciTI协议支持点对点和星状网络拓扑结构，工作在433MHz免许可免费频段；（3） 各模块输出功率10dBm，开阔地200m以上；（4） 串口波特率1

15、200115200，需说明，默认57600；（5） 自动跳频能力；（6） 每个模块出厂时随机自动分配了独一无二的ID，重复概率1/168 =四十二亿分之一，（7） 工作电压：CC1110-01型模块TTL电平2.0-3.6V；CC1110-02型模块RS232电平3.0- 9V，并支持USB供电。（8） 工作电流：无线发射，因发射功率不同而不同，30mA/10dBm；无线接收，17.8mA（9） 休眠功能：CC1110模块支持休眠功能，功耗极低（10）单次最大数据量：122字节（11）内置看门狗电路，保障模块可靠运行（12）穿透能力强：相比于常规的2.4G频段，具有很好的穿墙能力。经测试，发射

16、功率 10dB，可穿透3个房间。（13）电池电压测量功能：芯片内置AD能够实现电池电压测量，为便携设备提供方便。（14）支持功能扩展：模块预留了P06、P07等AD模拟信号输入端口，实现12位AD模数转 换。 无线传感器网络演示平台无线传感器网络演示平台28 1) 输出功率10dBm，开阔地200m以上2) 工作电压：TTL电平2.0-3.6V3) 工作电流：无线发射，因发射功率不同而 不同，30mA/10dBm；无线接收，17.8mA4) 穿透能力强：相比于常规的2.4G频段，具 有很好的穿墙能力。经测试，发射功率 10dB，可穿透3个房间。5) 功能扩展：模块预留了P0.0等AD模拟信号

17、输入端口，实现12位AD模数转换，UART0和UART1两个串口均有端口输出。XWWK-01型模块型模块 无线传感器网络演示平台无线传感器网络演示平台291）半双工无线数传模块，无线最大速率500Kbit/s ，输出功 率可达10dBm，开阔地200m以上；信道支持200个以上2）无线通信速率，发射功率，信道三个参数均可以通过串 口设定；3）串口波特率1200115200，购买请说明，默认57600；4）工作电压：3.0-6.0V，并支持USB供电；5）工作电流：无线发射，因发射功率不同而不同； 30mA/10dBm；无线接收，17.8mA；6）支持休眠功能，可通过Pctr端控制模块处于休眠状

18、态， 功耗25uA；7）单次最大数据量：120字节；8）内置看门狗电路，保障模块可靠运行；9）穿透能力强，发射功率10dB，可穿透3个房间；10）芯片内置AD能够实现电池电压测量；11）支持功能扩展：模块预留了P06、P07等AD模拟信号输 入端口，实现12位AD模数转换。XWWK-02型模块型模块 无线传感器网络演示平台无线传感器网络演示平台301）CC Debug能够对TI公司CC全系列片上射频SOC（除CC1010和CC430外）进行仿真、调试和Flash编程。完全兼容TI公司原装仿真器（SmartRF04EB）。2）支持IAR Embedded Workbench for 8051 from IAR Systems，并可以通过SmartRF Studio实现RF测试。3）仿真器内部电路设计有自恢复保险丝（200mA）,防止仿真器因电流过大而损坏。4）本CC系列仿真器烧录TI公司SmartRF04EB最新固件，版本00