《物联网安装与调试》课件-4.ZigBee智能人体检测系统

项目四ZigBee智能人体检测系统物联网工程设计与应用开发本章介绍感应式自动照明装置，即照明灯安装在楼道，方便夜晚人们在楼道出行，照明灯会自动点亮一段时间，此装置不仅用于楼道，还可以用于家庭走廊、卫生间照明、贮藏室、学校楼道或者梳妆台前的自动开关，起到了“人来灯亮，人走灯灭”的作用。人在夜间行走时，走近灯就会亮，离开灯延时一段后自动熄灭，使用十分节能方便。摘要了解ZigBee无线技术的相关知识了解人体红外传感器的相关知识掌握ZigBee模块的组网与配置掌握ZigBee智能人体检测系统的仿真连线绘制掌握串口调试助手的数据采集与控制掌握上位机采集与控制系统设备技能目标及能力要求教学目标仿真硬件环境搭建任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建本任务介绍ZigBee无线通信技术包括ZigBee组网参数，然后通过仿真平台进行硬件环境的搭建和数据对接，包括设备的选取、连线绘制和相关参数配置，最终完成ZigBee组网配置和仿真模拟实验的部署。任务描述任务思考如何在虚拟仿真系统中构建ZigBee智能人体检测系统硬件环境搭建需要使用到哪些传感器设备ZigBee拓扑有哪些以及对应的特征ZigBee是如何进行组网以及对应的参数有哪些任务描述任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建

ZigBee无线通信技术1ZigBee智能人体检测系统设备Zigbee设备介绍2无线传感器网络概述

物联网通信技术按传输媒介（信道）的物理特征，可以分为有线通信技术、无线通信技术。无线传感器网络概述无线通信技术从传输距离上区分，可分为两类：一类是短距离无线通信技术，代表技术有ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth，目前非常成熟并有各自应用领域；另一类是长距离无线通信技术，宽带广域网例如电信CDMA、移动、联通的3G/4G无线蜂窝通信和低功耗广域网即LPWAN。

目前主流的LPWAN技术分为两类：一类是工作在非授权频段的技术，如LoRa、Sigfox等；一类是工作在授权频段的技术，如NB-IoT、eMTC等。WSN网络构成物理层MAC层网络层传输层应用层WSN网络是如何构成呢？无线传感器网络概述ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用。ZigBee技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，它的传输距离在10-75m的范围内,在以数据信息为载体进行的传输中使用起来比较安全，容量性很强，被广泛应用到人类的日常通信传输中。ZigBee技术的基本概念ZigBee技术是什么？低速率短时延低成本低功耗近距离高容量免执照高安全ZigBee技术的基本概念ZigBee节点类型和组网过程网络拓扑结构协调器路由节点终端节点能量供应模块传感器模块处理器模块无线通信模块嵌入式软件ZigBee节点类型和组网过程【提问环节】疑困难哪个设备角色为ZigBee网络的核心？ZigBee节点类型和组网过程

协调器启动网络，进行网络初始化ZigBee网络初始化只能是由协调器发起的，一个ZigBee网络中有且仅有一个ZigBee协调器1ZigBee组网过程ZigBee节点类型和组网过程节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。ZigBee的网络支持星状、树状和网状（mesh）网络拓扑2ZigBee网络的拓扑结构ZigBee网络支持星形网络、树形网络和网形网络共三种网络拓扑结构。星形网络一个协调器多个终端节点一个协调器一个或多个星形结构树形网络....树形网络网状网络工作信道CHANNELPANID设备短地址ZigBee组网参数ZigBee组网配置ZigBee组网参数2.4GHz：共有16个信道，信道传输速率为250kbit/s915MHz：共有10个信道，信道传输速率为40kbit/s896MHz：共有1个信道，信道传输速率为20kbit/s工作信道CHANNELZigBee组网参数16位的个域网络标识所有节点的PANID唯一一般是在确定信道后出现PANID当一个环境中存在多个Zigbee网络时，16个信道就不够用了，如果两个网络设置在同一个默认信道，为避免信号，使用PANID给网络编号ZigBee组网参数ZigBee短地址是一个16位的地址，取值范围在0x0000~0xFFFF之间；可以通过程序预先指定，或者由其上一级的节点给其分配。其中有几个特殊的地址：0xFFFF-对全网络中设备进行广播的广播地址；0xFFFC-广播到协调器和路由器；0x0000-是协调器设备的地址；0xFFFE-如果目的地址为这个地址的话，那么应用层将不指定目标设备，而是通过协议栈读取绑定表来获得相应目标设备的短地址；0xFFFD-如果在命令中将目标地址设为这个地址的话那么只对打开了接收的设备进行广播。设备描述符短地址ZigBee无线通信技术1Zigbee设备介绍2ZigBee智能人体检测系统设备Zigbee设备介绍①灵敏度高；1234JSON语法规则②可靠性强；③超低功耗；④超低电压人体红外感应模块是基于红外线技术的自动控制产品。广泛应用于自动感应电器设备。【人体红外感应模块产品参数】1）工作电压：DC5至20V；2）静态功耗：65微安；3）电平输出：高3.3V，低0V；4）延迟时间：可调（0.3秒~10分钟）；5）封锁时间：0.2秒；6）触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H；7）感应范围：小于120度锥角，7米以内；8）工作温度：-15℃~70℃；9）PCB外型尺寸：32＊24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm；10）感应透镜尺寸：直径23mm。Zigbee设备介绍将人体红外传感器插入ZigBee智能节点盒对应的针槽内调节距离电位器顺时针旋转调节延时电位器顺时针旋转调试安装Zigbee设备介绍Zigbee设备介绍1蓝色底板黑色底板2内置电源外接5V电源【ZigBee智能节点盒技术参数】1)长•宽•高：110.2*84.1*25.25（mm）2)电池容量：1000mAh3)主芯片：CC2530F256，256KFlash4)输入电压：DC5V5)温度范围：-10℃～55℃6)串行速率：可设置9600bps，19200bps，38400bps，115200bps；7)无线频率：2.4GHz；8)无线协议：ZigBee2007/PRO；9)传输距离：80m10)发射电流：34mA（最大）11)接收电流：25mA（最大）12)接收灵敏度：-96DBm；Zigbee设备介绍Zigbee设备介绍当未接外部连接线的时候，将开关按钮拨到“ON”位置，则由内部电池供电。下图中左边为485接口，中间为USB接口，右边为开关按钮。当使用USB口连接PC端时，如果开关按钮拨到“OFF”位置，则此时绿色灯亮，为通讯模式，可进行ZigBee设置等；如果开关按钮拨到“ON”位置，则此时红色灯亮，可为内部电池充电。Zigbee设备介绍通过串口实现各节点与上位机的数据传递；ZigBee协调器有较强的通信能力、处理能力和发射能力，能够把数据发送至远程控制端。Zigbee设备介绍单联继电器主要是依附于ZigBee智能节点盒使用的继电器类型，主要是控制此继电器连接的负载。刻印字样IN代表输入端：连接电源的正极，COM连接电源负极，NO代表输出端，连接负载的正极，COM连接负载负极。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建连线绘制12任务实施参数配置3设备选型在进行仿真任务实施之前，我们需要了解项目系统连线图、设备清单表以及对应的端口分配表，方便后面展开仿真实验一、智能人体检测系统主要设备及连线图介绍任务实施二、仿真硬件环境搭建部署仿真设备选取系统拓扑图智能人体检测系统1、有人时，自动开启照明灯2、无人时，自动关闭照明灯仿真设备选取智能人体检测系统设备主要包括ZigBee协调器和ZigBee智能节点盒、以及人体红外模块、单联继电器+LED灯、PC终端等。序号设备数量1ZigBee协调器12ZigBee智能节点盒+人体红外模块13ZigBee智能节点盒+单联继电器+LED灯14PC机15电源（5V、12V、220V）若干设备清单表仿真设备选取通过仿真平台进行硬件环境的搭建和数据对接，运行“物联网行业实训仿真.msi”软件仿真设备选取仿真界面中将设备拖入到右边的绘图区：传感器——无线传感器传感器——继电器采集器——I/O模块其他设备——负载其他设备——其他外设其他设备——电源仿真界面操作步骤仿真设备选取连线绘制12任务实施参数配置3设备选型PC终端连接220V电源，zigbee协调器连接5V电源zigbee协调器与模拟PC终端之间通讯是通过COM口相连12ZigBee协调器该如何连接呢？设备连线绘制人体红外传感器该如何连接呢？使用5V电源数据通讯是通过zigbee无线网络进行传输设备连线绘制继电器模块实际项目中安装ZigBee智能节点盒+继电器模块+LED灯ZigBee智能节点盒与继电器模块对应接口设备连线绘制连接单联继电器的IN端（左数第一个），将其连接至电源12V+端连接单联继电器单联继电器的IN端单联继电器的输入COM端单联继电器的NO端单联继电器的输出COM端设备连线绘制连接单联继电器单联继电器的IN端连接单联继电器的输入COM端（左数第二个），将其连接至电源12V-端单联继电器的输入COM端单联继电器的NO端单联继电器的输出COM端设备连线绘制单联继电器的NO端（左数第三个）连接至负载LED灯泡的正极连接单联继电器单联继电器的IN端单联继电器的输入COM端单联继电器的NO端单联继电器的输出COM端设备连线绘制单联继电器的输出COM端（左数第四个），将其连接至负载LED灯泡的负极连接单联继电器单联继电器的IN端单联继电器的输入COM端单联继电器的NO端单联继电器的输出COM端设备连线绘制连线绘制12任务实施参数配置3设备选型zigbee组网参数如何配置呢？12参数包括channel、PANID、序列号等同一个zigbee网络里各个设备的channel和PANID必须保持一致硬件环境参数配置硬件环境参数配置设置channel为11，与协调器一致序列号设置为04d2（必须设置为2字节16进制）设置PANID为0000，与协调器一致人体传感器硬件环境参数配置设置channel为11，与协调器一致序列号不能与人体传感器重复，这里设置为0001设置PANID为0000，与协调器一致单联继电器硬件环境参数配置zigbee组网成功zigbee组网不成功节点入网成功，显示无线信号节点入网失败，无法显示无线信号硬件环境参数配置12新建一个虚拟串口，如：COM100COM口下拉选择创建好的COM100虚拟终端的串口如何设置？开启仿真实验1连线验证模拟实验2任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建任务考核1、请参照评价标准完成自评和对其他小组的互评。2、各组请代表分析本组任务实施经验。仿真环境搭建部署评分表评价指标评分细则分值得分硬件环境搭建(60分)设备选取是否正确

30

设备连线是否正确30

参数配置(40分)zigbee组网配置是否正确30

仿真实验能否开启10

总计100项目四ZigBee智能人体检测系统物联网工程设计与应用开发Zigbee人体检测系统的上位机应用任务描述01任务实施02任务考核03Zigbee人体检测系统的上位机应用本任务是将仿真环境中的传感数据对接到项目案例软件中，通过系统软件界面采集人体传感数据并自动控制路灯的启停。并学习如何在计算机端使用串口调试助手，通过指令的方式来对硬件环境中的传感设备进行调试和控制。任务描述任务思考如何对接仿真硬件环境与智能人体检测系统软件如何模拟和实现人体感应来自动控制灯泡的启停zigbee人体传感采集数据要如何分析如何使用zigbee指令控制单联继电器输出任务描述任务描述01任务实施02任务考核03Zigbee人体检测系统的上位机应用使用串口调试助手采集zigbee人体传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3zigbee智能人体检测系统软件应用智能人体检测系统的自动化功能系统软件的参数设置通道选择与PC终端的COM口一致COM100系统软件的参数设置停止采集开始采集人体序列号继电器序列号传感器的状态为“无人”传感器的状态为“有人”系统软件的参数设置数据采集及自动调控功能实现当系统检测到有人时，则触发开启LED灯泡设备；系统软件界面和仿真环境中的LED灯泡都处于开启状态。数据采集及自动调控功能实现检测到无人时，则关闭LED灯泡设备；系统软件界面和仿真环境中的LED灯泡都处于关闭状态。使用串口调试助手采集zigbee人体传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3zigbee智能人体检测系统软件应用【Zigbee传感网数据通讯方式】双工串口波特率：38400数据位8位停止位1位无校验位无流控制采集zigbee人体传感数据协调器通过串口往上位机发送的数据格式HEAD+LEN+CMD0+CMD1+ADRL+ADRH+DTYPEL+DTYPEH+DLEN+REV+[SDATA]+CHKHEAD：数据头，固定为0xfeLEN：数据包长度，ADRL开始到CHK前一个字节的字节数CMD0：命令类型，固定为0x46CMD1：命令类型，固定为0x87ADRL：传输信息源节点的短地址低8位ADRH：传输信息源节点的短地址高8位DTYPEL：数据类型低位，固定为0x02DTYPEH：数据类型高位，固定为0x00DLEN：[SDATA]的长度REV：保留，固定为0x00采集zigbee人体传感数据FE1046871D4C02000A001C208EB103D20411

00004F节点短地址：1D4C数据类型：固定为0200DLEN：[SDATA]的长度：这里是10个字节0AREV：保留，固定为0x00SDATA：传感器发送的数据包，多字节，格式如下：INTEMP+INVOL+PARADRL+PARADRH+[SENSORDATA]SDATA数据：1C208EB103D20411

0000INTEMP:内部温度，INVOL：内部电压，这里内部温度和电压是1C和20PARADRL：父节点短地址低字节，PARADRH：父节点短地址高字节，这里是8EB1SENSORDATA：传感数据，多字节，允许没有，具体后面定义采集zigbee人体传感数据SDATA：传感器发送的数据包格式解析SENSORDATA传感数据的格式采集zigbee人体传感数据FE1046871D4C02000A001C208EB103D20411

00004FSENSORDATA数据：03D20411

0100LGTYPE+SORL+SORH+STYPE+SORDATALGTYPE:逻辑类型，01---路由;02---全功能节点；03---终端节点；这里是03

SORL:传感器编号低位，这里是D2SORH:传感器编号高位，这里是04STYPE：传感器类型，这里是11SORDATA：传感数值，多字节，这里是0000采集zigbee人体传感数据SENSORDATA数据格式解析FE1046871D4C02000A001C208EB103D204

11

00004F人体传感序列号为04d20000表示无人状态11为传感类型采集zigbee人体传感数据FE1046871D4C02000A001C208EB103D2041101004E0100表示有人状态采集zigbee人体传感数据使用串口调试助手采集zigbee人体传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3zigbee智能人体检测系统软件应用控制单联继电器输出指令格式命令：Head+len+type+data+lrcHead:2byte,固定为0xFF,0XF5Len:1byte,数据包的字节数如0x05Type:数据类型，0x02为继电器控制命令Data：数据域--2byte设备编号(低位在前，如3412表示0x1234)+2BYTE命令：

0001---打开继电器输出0002