【物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱】　　

　　功能、作用介紹：

　　一、實(shí)驗(yàn)箱概述

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，RFID技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被越來(lái)多的高校列入專(zhuān)業(yè)課程之中。與其他傳統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)課程不同的是，物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程不只是關(guān)注于單個(gè)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)，更關(guān)注大量節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同和通信，以及在有限資源下如何進(jìn)行單個(gè)實(shí)驗(yàn)箱的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并利用多個(gè)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行組網(wǎng)并形成大規(guī)模的分布式網(wǎng)絡(luò)。

　　物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱遵循物聯(lián)網(wǎng)最新標(biāo)準(zhǔn)和核心技術(shù)，依托北京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)中心的科研積累，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)要求，吸收國(guó)內(nèi)、國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的特點(diǎn)精心研制而成。該平臺(tái)集成RFID讀寫(xiě)器、標(biāo)簽，多種傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)者，提供了眾多實(shí)驗(yàn)例程和典型應(yīng)用，便于學(xué)生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)的原理和實(shí)際應(yīng)用。

　　物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱包括硬件設(shè)備、軟件資源、實(shí)驗(yàn)資源三大部分。實(shí)驗(yàn)資源包括(a)基于RFID的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn);(b)WSN采集與控制實(shí)驗(yàn)、WSN網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)、WSN應(yīng)用層軟件實(shí)驗(yàn)和WSN系統(tǒng)探索型實(shí)驗(yàn)等;(c)最后把RFID和WSN兩者結(jié)合，進(jìn)行綜合性探索實(shí)驗(yàn)，通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)掌握基本知識(shí)，進(jìn)而通過(guò)系統(tǒng)探索型實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生能力，最后通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，完全滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)科研需求。

　　RFID系列實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)API手冊(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的基本操作，如盤(pán)存，讀寫(xiě)，加密解密等操作，鍛煉了學(xué)生的的手冊(cè)查閱能力和代碼編寫(xiě)能力。

　　WSN系列實(shí)驗(yàn)層次清晰，首先可通過(guò)Jlink和無(wú)線下載兩種方式，掌握以STM32為處理機(jī)的采集部分相關(guān)實(shí)驗(yàn)，熟悉傳感器部分知識(shí);網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)和擴(kuò)展兩部分，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于WSN網(wǎng)絡(luò)的和短距離無(wú)線通信相關(guān)知識(shí)的理解;應(yīng)用層和探索型實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了自由設(shè)計(jì)WSN應(yīng)用系統(tǒng)的空間。

　　綜合實(shí)驗(yàn)系列要求學(xué)生將RFID技術(shù)和WSN技術(shù)相結(jié)合，自主設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

　　二、實(shí)驗(yàn)箱硬件體系

　　1、RFID系統(tǒng)硬件架構(gòu)：

　　RFID讀寫(xiě)器是讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備。它的任務(wù)是控制射頻收發(fā)器發(fā)射射頻信號(hào)，通過(guò)射頻收發(fā)器接收來(lái)自標(biāo)簽上的信息。

　　天線為在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。任何一個(gè)RFID系統(tǒng)至少應(yīng)包含一根天線(不管是內(nèi)置還是外置)以發(fā)射和接收射頻信號(hào)。

　　射頻標(biāo)簽具有一定容量的存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象的信息;對(duì)其特定存儲(chǔ)區(qū)的信息可進(jìn)行讀、寫(xiě)、鎖存操作。

　　2、WSN系統(tǒng)硬件體系架構(gòu)：

　　在WSN實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)中，包括感知節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)者，以及調(diào)試這些節(jié)點(diǎn)的仿真器和協(xié)議分析儀。

　　感知節(jié)點(diǎn)具有采集溫度，電壓，光照的功能，并把采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送出去。感知點(diǎn)的底板為采集板，它是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中感知點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的設(shè)備。三個(gè)傳感器(電壓、溫度、光照)，一個(gè)SPI編程接口，一個(gè)Mini-USB充電接口。采集板具有紅、綠兩個(gè)狀態(tài)指示燈(即LED燈)。采集板上通過(guò)插槽連接一個(gè)無(wú)線通信模塊。

　　控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線模塊接收指令，從而控制燈的開(kāi)閉。控制節(jié)點(diǎn)包括開(kāi)關(guān)模塊、LED燈展示模塊及無(wú)線模塊。開(kāi)關(guān)模塊包括兩個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，分別控制兩個(gè)LED燈。

　　路由節(jié)點(diǎn)具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的能力，本身不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。感知節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)上的無(wú)線模塊具有的不同功能。

　　協(xié)調(diào)者是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)將大量無(wú)線傳感器組織成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并接收由網(wǎng)絡(luò)中的感知點(diǎn)通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)按功能(如溫度、電壓和光照)拆分并進(jìn)行處理。

　　Jlink仿真器配合Keil μVision4用來(lái)下載調(diào)試底板程序。

　　協(xié)議分析儀配合Packet Sniffer用來(lái)抓包分析。

　　實(shí)驗(yàn)箱軟件體系

　　Impinj Tracer：通過(guò)該軟件可以直接對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行Inventory、Read、Write操作。

　　IAR 系列軟件：在該實(shí)驗(yàn)中適用于無(wú)線模塊代碼的調(diào)試和編譯。

　　KeilμVision4：KeilμVision4支持實(shí)驗(yàn)箱仿真器，把仿真器和感知點(diǎn)底板相連，通過(guò)該軟件把程序下載到底板中。

　　AccessPort軟件：把協(xié)調(diào)者與PC相連，通過(guò)該軟件可以觀察協(xié)調(diào)者接收的數(shù)據(jù)。

　　Packet Sniffer軟件：通過(guò)該軟件可以空中抓取數(shù)據(jù)包，觀察感知點(diǎn)、控制點(diǎn)和協(xié)調(diào)者之間的無(wú)線通信協(xié)議。

　　Microsoft Visual Studio軟件：通過(guò)在該軟件中編寫(xiě)程序，接收來(lái)自協(xié)調(diào)者的數(shù)據(jù)并加以處理，學(xué)生可以清楚的觀察到相關(guān)的數(shù)據(jù)。

　　Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)軟件：通過(guò)使用該數(shù)據(jù)庫(kù)，可以把采集點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)(如溫度濕度光照電壓、MAC地址和短地址、錯(cuò)誤標(biāo)識(shí))存到不同的表中，有利于數(shù)據(jù)的查看。

　　三、實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　RFID實(shí)驗(yàn)系列：

　　RFID基本操作演示

　　簡(jiǎn)單讀寫(xiě)標(biāo)簽程序設(shè)計(jì)

　　R2000 API實(shí)例設(shè)計(jì)—Inventory操作

　　R2000 API實(shí)例設(shè)計(jì)—Read操作

　　R2000 API實(shí)例設(shè)計(jì)—Write操作

　　R2000 API實(shí)例設(shè)計(jì)—標(biāo)簽加密

　　WSN實(shí)驗(yàn)系列：

　　WSN采集與控制實(shí)驗(yàn)

　　STM32開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建

　　STM32初步編程

　　STM32串口編程

　　STM32室內(nèi)濕度采集

　　STM32 I2C總線編程

　　STM32定時(shí)器編程

　　STM32 DMA編程

　　STM32音頻數(shù)據(jù)采集

　　WSN網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)

　　WSN基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

　　WSN采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)

　　WSN控制節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)

　　WSN多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)

　　WSN多跳網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)

　　WSN廣播通信實(shí)驗(yàn)

　　WSN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)

　　Zigbee網(wǎng)絡(luò)層實(shí)驗(yàn)

　　Zigbee RSSI采集實(shí)驗(yàn)

　　Zigbee低功耗實(shí)驗(yàn)

　　Zigbee應(yīng)用層事件實(shí)驗(yàn)

　　WSN應(yīng)用層軟件實(shí)驗(yàn)

　　WSN節(jié)點(diǎn)管理

　　WSN拓?fù)涔芾?

　　WSN數(shù)據(jù)管理

　　WSN故障與告警管理

　　WSN系統(tǒng)探索型實(shí)驗(yàn)

　　環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

　　環(huán)境監(jiān)控實(shí)驗(yàn)

　　分布式WSN綜合監(jiān)控實(shí)驗(yàn)

　　綜合實(shí)驗(yàn)：

　　倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)

　　開(kāi)放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　作品名稱(chēng)：物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱

　　完成單位：北京郵電大學(xué)