物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)平臺之網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)的研制.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)是一種通過射頻識別裝置、無線傳感網(wǎng)、終端等信息設(shè)備，按照約定協(xié)議，把所有設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連，進(jìn)行信息交換和通訊的網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下人們能夠使用任意設(shè)備、通過任意網(wǎng)絡(luò)、在任意時(shí)間都可以獲得一定質(zhì)量的服務(wù)。它使得不僅個(gè)人電腦，而且其它小巧的智能設(shè)備也可以連接到網(wǎng)絡(luò)中，從而方便人們即時(shí)地獲得信息并采取行動。隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展得到政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)的關(guān)注以及社會對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的需求，越來越多的院校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。但是，目前市場

2、上針對教學(xué)儀器領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品還比較少，已有的大部分成熟物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品是針對非教學(xué)儀器領(lǐng)域。這些產(chǎn)品技術(shù)門檻高、設(shè)計(jì)理念不同于實(shí)驗(yàn)儀器。使得學(xué)生無法用這些產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)。
　　本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)定義和功能。分析幾種常見無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的特點(diǎn)，并從傳輸速率、覆蓋距離、安全性等幾個(gè)方面對這幾種無線通信技術(shù)進(jìn)行了對比。介紹了ZigBee各個(gè)協(xié)議層功能、服務(wù)和對外接口。詳細(xì)介紹了物理層的信道分配機(jī)制、Zi

3、gBee的三種無線通信機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用雙處理器架構(gòu)（STM32+CC2530）進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)開發(fā)，詳細(xì)給出了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)平臺硬件結(jié)構(gòu)圖和各部分單元硬件原理圖設(shè)計(jì)。通過分析市場上目前幾種ZigBee解決方案并且考慮到綜合成本因素，最終選擇TI公司的CC2530作為本系統(tǒng)的ZigBee技術(shù)解決方案。隨后詳細(xì)介紹了CC2530芯片和終端節(jié)點(diǎn)各部分詳細(xì)原理圖設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件部分介紹了程序編寫所需的軟件開發(fā)平臺和相應(yīng)的固件庫及協(xié)議棧。重點(diǎn)

4、分析了系統(tǒng)通信協(xié)議組成及協(xié)議流程，該協(xié)議是通信系統(tǒng)的重要組成部分且貫穿整個(gè)軟件工程中。其次介紹了系統(tǒng)的通訊框圖、實(shí)現(xiàn)功能、軟件主要任務(wù)，結(jié)合軟件流程圖介紹了軟件實(shí)現(xiàn)思路。最后編寫軟件代碼、對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，并給出了產(chǎn)品實(shí)物圖。
　　本課題完成了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、隔離I/O口輸出終端節(jié)點(diǎn)、串口輸出終端節(jié)點(diǎn)和 LED驅(qū)動輸出終端節(jié)點(diǎn)四種產(chǎn)品的研發(fā)，編寫物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和前兩種終端節(jié)點(diǎn)的軟件代碼。本文介紹的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和ZigBee節(jié)點(diǎn)已經(jīng)運(yùn)用到環(huán)

5、境信息無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能物流信息管理系統(tǒng)、蔬菜大棚溫濕度控制綜合系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、智能排隊(duì)系統(tǒng)、Z-Stack點(diǎn)對點(diǎn)通訊應(yīng)用、Z-Stack星狀網(wǎng)通訊應(yīng)用、Z-Stack樹狀網(wǎng)通訊應(yīng)用、Z-Stack MESH網(wǎng)通訊應(yīng)用和Z-Stack Zigbee PRO通訊應(yīng)用等訓(xùn)練項(xiàng)目中,滿足了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的課程教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要。同時(shí)集中進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用展示并提供相關(guān)技術(shù)研發(fā)的軟硬件平臺，作為一個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的綜合性實(shí)訓(xùn)室在高校專業(yè)建設(shè)中發(fā)