《物联网硬件技术 第2版》课件 项目2 搭建无线传感网与数据格式解析

《物联网硬件技术》项目2搭建无线传感网与数据格式解析任务1组建家庭无线传感网纲要任务描述123任务实施知识提炼01任务描述PartOne1.任务描述

无线传感网集合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，是由一组有感知能力的传感器节点以自组织方式组成的无线网络，目的是协作的感知、收集和处理传感网所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并传递给观察者。其中ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线传感通讯技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。所以特别适合用来组建无线传感器网络场景体验网络节点板卡烧写参数配置组网及功能测试知识提炼无线传感器及通信无线传感器网络及特点无线传感网的拓扑结构无线传感网在行业应用02任务实施PartTwo场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置系统安装与连接用户登录进入应用场景组网及功能测试自动控制策略控制策略启动“智能家居”硬件拓扑图智能家居应用场景场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置系统安装与连接用户登录组网及功能测试打开AIOT在线工程实训平台，输入账户和密码点击“登录”，AIOT在线工程实训平台进入应用场景自动控制策略控制策略启动场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置系统安装与连接用户登录组网及功能测试进入智能家居应用场景，可以查看光照传感器的光照值、烟雾传感器是否检测到烟雾，照明灯、报警灯的状态等进入应用场景自动控制策略控制策略启动场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置系统安装与连接用户登录组网及功能测试进入规则链库，进行自动控制策略设置。设置当烟雾传感器检测到烟雾时，控制报警灯报警进入应用场景自动控制策略控制策略启动设置当光照传感器检测光照值低于100lx时，控制照明灯自动开启；当光照值高于120lx时，控制照明灯自动关闭场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置系统安装与连接用户登录组网及功能测试完成自动控制策略设置以后，当环境光照强度下降，目前光照值为9.16lx时，照明灯自动开启进入应用场景自动控制策略控制策略启动当烟雾传感器检测到有烟雾时，报警灯报警场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置烧写工具的安装ZigBee模块和仿真器连接ZigBee程序的烧写组网及功能测试12345安装过程全部以默认参数安装即可视频操作场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置烧写工具的安装ZigBee模块和仿真器连接ZigBee程序的烧写组网及功能测试ZigBee仿真器接线图视频操作场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置烧写工具的安装ZigBee模块和仿真器连接ZigBee程序的烧写组网及功能测试

按下仿真器上的黑色“Reset”键，程序会自动检测芯片的型号。本书所采用的ZigBee模块的芯片是CC2530，选择要烧写的程序后点击“Performactions”按钮，当进度完成后提示框会出现“Erase,performandverifyOK”，此时表示程序烧写完成。视频操作场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置物理连接USB虚拟串口驱动安装组网参数配置组网及功能测试组网及功能测试ZigBee模块/接口开关示意图场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置物理连接USB虚拟串口驱动安装组网参数配置组网及功能测试组网及功能测试

在配置用的PC机上安装USB虚拟串口驱动，安装文件名为CP210xVCPInstaller

在“设备管理器”中单击“端口”选项，在所展开“SiliconLabsCP210xUSBtoUARTBridge(COM3)”子项中获知USB虚拟串口为“COM3”端口场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置物理连接USB虚拟串口驱动安装组网参数配置组网及功能测试组网及功能测试协调器配置继电器器配置传感器配置“虚拟串口”为“COM3”场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写参数配置物理连接USB虚拟串口驱动安装组网参数配置组网及功能测试组网及功能测试

ZigBee模块工作有四种形式，所对应的“连接”和“通讯”指示灯状态如下：（1）待机还未组网：传感器和继电器节点模块“通讯”和“连接”两个指示灯同时有规律闪烁；协调器节点模块“通讯”和“连接”两个指示灯是熄灭状态。（2）正在组网：“连接”闪烁，“通讯”指示灯熄灭。（3）组网完成，无数据通讯：“连接”指示灯长亮，“通讯”指示灯熄灭。（4）组网完成数，据正在通讯：“连接”指示灯长亮,“通讯”指示闪烁。03知识提炼PartThree3.知识提炼无线传感器及通信无线传感网特点无线传感网的拓扑结构域无线传感网在行业应用

无线传感器由用于信息采集和数据转换的传感器模块、用于控制和数据处理的处理器模块、用于无线通信和收发采集数据的无线通讯模块、提供能量的电源模块四部分组成，并整体封装在一个外壳内ZigBee技术与其他技术的比较表参数ZigBee蓝牙红外WiFiUWB传输介质2.4GHz868/195MHz2.4GHz980nm红外光2.4GHz2.4GHz有效物理范围10m-75m10m定向1m75m10m最大数据传输率2.50kbps1Mbps16Mbps54Mbps1000Mbps网络节点数655357230

电池寿命长较短较短短

协议站容量8-60k60-150k15-30k100-250k

使用权免费需要资格免费许可证费用无线传感器结构无线传感器外观3.知识提炼无线传感器及通信无线传感网及特点无线传感网的拓扑结构无线传感网在行业应用（1）规模庞大（2）自组织网络（3）动态性（4）应用相关（5）以数据为中心和空间位置寻址（6）高冗余与健壮性现代信息技术与人的信息系统的对应关系无线传感器特点3.知识提炼无线传感器及通信无线传感网及特点无线传感网的拓扑结构无线传感网在行业应用星型网网状网树型网3.知识提炼无线传感器及通信无线传感网及特点无线传感网的拓扑结构无线传感网在行业应用（1）军事领域的应用（2）生态监测与灾害预警（3）智能交通管理（4）智慧医疗护理（5）智能家居（6）空间探索应用领域（7）工业设备和环境控制《物联网硬件技术》项目2搭建无线传感网与数据格式解析任务2组建农场无线传感网纲要任务描述123任务实施知识提炼01任务描述PartOne1.任务描述

传统农业对气候、天气等自然环境有高度依赖性，农业效益不可控，目前亟需科学化、数据化的农业生产方式。在人工智能、物联网等技术的加持下，智慧农业应运而生。如何低成本、实时获取农作物的状态数据，改善农业生产对环境的依赖，实现数据的科学分析，变得尤为重要。基于NB-IoT的智慧农业，可以低功耗、实时监测农场和大棚种植区作物的生长信息，及牧场牲畜的个体活动信息等。NB-IoT技术辅助农场精准灌溉和温湿度调节，降低牧区饲养和人工成本，大大提升大棚、花卉等高附加值的农业生产经济效益，助推农业生产精细化、高效化、可持续发展场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试知识提炼NB-IoT简介NB-IoT技术特点NB-IoT市场空间无线传感网在行业应用02任务实施PartTwo场景体验2.任务实施网络节点板卡烧写系统安装与连接用户登录进入应用场景组网及功能测试电子围栏设置牛棚温湿度自动控制智慧牧场设备拓扑图场景体验2.任务实施系统安装与连接用户登录进入应用场景电子围栏设置牛棚温湿度自动控制打开AIOT在线工程实训平台，输入账户和密码点击“登录”，

AIOT在线工程实训平台场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试场景体验2.任务实施系统安装与连接用户登录进入应用场景电子围栏设置牛棚温湿度自动控制当奶牛的GPS传感器上报的经纬度数据越出电子围栏的范围，则生成报警信息，在主界面右侧的报警组件中显示出来通过过滤奶牛GPS传感器上报的GPS坐标，单击奶牛可以查看到该奶牛的经纬度信息场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试场景体验2.任务实施系统安装与连接用户登录进入应用场景电子围栏设置牛棚温湿度自动控制用户可以根据季节等变化调整奶牛的活动范围，即调整电子围栏的尺寸大小。通过拖动图中围栏边缘的白色点位，可以调整电子围栏的形状及大小场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试场景体验2.任务实施系统安装与连接用户登录进入应用场景电子围栏设置牛棚温湿度自动控制自动模式控制风扇用户可以通过界面设置牛棚温度自动控制功能，如当温度大于25℃时，自动打开风扇降温；当温度小于20℃时，关闭风扇。场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施烧写工具的安装NB-IoT模块和PC的连接NB-IoT程序的烧写12345安装过程全部以默认参数安装即可6安装完成后在：C:\ProgramData\Microsoft\Windows\StartMenu\Programs\STMicroelectronics\FlashLoader目录下生成如图六所示图标该图标软件名称为DemonstratorGUI场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施烧写工具的安装NB-IoT模块和PC的连接NB-IoT程序的烧写

取一块NB-IoT模块命名为NB-IoT，按图所示方向放置于智慧盒上，将USB口连接主机将“模块串口通道选择开关”拨至左侧“M3芯片”位置；将OLED显示屏下方的开关拨至“下载”处场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施烧写工具的安装NB-IoT模块和PC的连接NB-IoT程序的烧写双击打开安装好的FlashLoaderDemonstrator软件，在PortName下拉列表框中选择对应的串口，单击“Next”按钮软件读到硬件设备后，单击“Next”按钮，选择MCU型号为STM32L1_Cat2-128k后继续单击“Next”按钮场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施烧写工具的安装NB-IoT模块和PC的连接NB-IoT程序的烧写选中Downloaddevice单选按钮，选择配套资源中协调器的NB-IOT1智慧牧场的Coordinator.hex文件，单击“Next”按钮进行下载场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施烧写工具的安装NB-IoT模块和PC的连接NB-IoT程序的烧写准备另一块NB-IoT模块，命名为NB-IoT2，在U3扩展接口安装温湿度传感器模块重复以上NB-IoT程序的烧写步骤。选择配套资源中节点的NB-IOT2智慧牧场的Router.hex文件，单击“Next”按钮完成下载场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试2.任务实施场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试将两个NB-IoT模块OLED显示屏下方的开关都拨至“启动”处

2.任务实施场景体验网络节点板卡烧写组网及功能测试NB-IoT1模块OLED显示屏将显示获取到了NB-IoT2模块的温湿度值重新上电或复位后，两个模块通信成功03知识提炼PartThree3.知识提炼NB-IoT简介NB-IoT技术特点NB-IoT市场空间无线传感网在行业应用NB-IoT是NarrowBandInternetofThings的缩写，意为窄带物联网。NB-IoT在2016年被3GPP标准化，它是LTE技术家族的一种扩展，专为窄带物联网应用而设计，可用于实现大范围覆盖、低功耗、低成本和连接密度高的物联网(M2M)应用，成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖NB-IoT网络体系架构图3.知识提炼（1）广覆盖（2）低功耗（3）低成本（4）大连接（5）安全可靠现代信息技术与人的信息系统的对应关系NB-IoT技术特点NB-IoT简介NB-IoT技术特点NB-IoT市场空间无线传感网在行业应用3.知识提炼NB-IoT市场空间（1）市场驱动（2）核心支撑（3）核心价值（4）生态建设（5）行业应用（6）市场前景人际通讯近天花板，物物通讯进入增长快车道

新兴市场开启：可穿戴、车联网、智能手表等理念落地：工业4.0、智慧城市、智慧农业等，万物互联加速技术诞生：物联网连接需求与传统蜂窝网络不同，NB-IoT应运而生技术特点：覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优商用潜力：未来覆盖25%物联网连接运营商：突破用户饱和、OTT冲击，带来三倍以上连接增长传统行业：适应场景、网络性能、可管可控及可靠性具先天优势网络设备供应商：华为、爱立信推出端到端解决方案运营商：中国移动、中国联通、沃达丰等发布计划并试点智能城市：智能路灯、环境监测、智能停车等智能工业：设备实时监控、数据采集、远程控制智能家居：稳定、低功耗连接家庭设备智能交通：智能停车场、智能交通监控数据传输智能医疗：支持远程医疗、健康监测等农业领域：助力农业物联网数据采集与传输生态初步成型且持续扩大，万物互联条件成熟技术成熟与场景丰富将进一步扩大市场空间NB-IoT简介NB-IoT技术特点NB-IoT市场空间无线传感网在行业应用3.知识提炼（1）军事领域的应用（2）生态监测与灾害预警（3）智能交通管理（4）智慧医疗护理（5）智能家居（6）空间探索应用领域（7）工业设备和环境控制NB-IoT简介NB-IoT技术特点NB-IoT市场空间无线传感网在行业应用《物联网硬件技术》项目2搭建无线传感网与数据格式解析任务3无线传感网数据格式解析纲要任务描述1234任务实施知识提炼能力提升01任务描述PartOne1.任务描述

小董知道ZigBee无线传感网的搭建和配置，也看到了显示的数据。爱动脑筋的小董就在想，传感器采集到的数据是怎么在电脑端或者移动客户端显示的？以前他学习的传感器测量的数据是电压或者电流，到了显示端如何转换成温湿度、光照等数据的？任务实施之前，使用新大陆典型物联网应用实训平台将温湿度传感器、光照传感器和ZigBee四模拟量直接采集模块相连接，能正确识别ZigBee四模拟量直接采集模块外接设备布局图，能够清楚ZigBee四模拟量直接采集模块相关设备的使用。应用场景搭建传感值数据解析知识提炼能力拓展ZigBee通讯协议简介传感数据格式说明与示波器初次见面数字示波器的使用使用示波器检测传感器四通道模拟模块02任务实施PartTwo应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析应用场景搭建

四输入功能模块中使用到四输入独立采集模块，需要将ZigBee烧写入“四通道独立采集代码.hex”,通过串口线连接到电脑的的串口，等待进行数据传输传感值数据解析应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析串口和波特率设置数据响应获取指令指令解析结果详值解析应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析串口和波特率设置数据响应获取指令指令解析结果详值解析应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析串口和波特率设置数据响应获取指令指令解析结果详值解析“指令解析结果”里面的CH1L—CH1H…CH4L—CH4H对应实际硬件通道的IN1—IN4（Value1—Value4），每个通道的值由两部分组成应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析串口和波特率设置数据响应获取指令指令解析结果详值解析12参数设置进制转换应用场景搭建2.任务实施传感值数据解析串口和波特率设置数据响应获取指令指令解析结果详值解析34解析出结果输入转换公式03知识提炼PartThree3.

知识提炼ZigBee通讯协议简介传感数据格式说明SENSORDATA数据格式说明ZigBee的基础是IEEE802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。ZigBee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。3.

知识提炼ZigBee通讯协议简介传感数据格式说明SENSORDATA数据格式说明HEAD+LEN+CMD0+CMD1+ADRL+ADRH+DTYPEL+DTYPEH+DLEN+REV+[SENSORDATA]+CHK格式说明（十六进制显示）：HEAD：数据头，固定为