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物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱
一、平臺簡介
LGWL-IPV6B 型 物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多種短距離無線通訊模塊，最大亮點(diǎn)是將6LowPAN(IPv6)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議移植到傳感網(wǎng)應(yīng)用層中，與ZigBee傳感網(wǎng)使用的ZStack協(xié)議棧并存，共同支持雙協(xié)議棧，實現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)可唯一尋址。物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱采用三星Cortex-A9 S5P4418四核處理器作為智能網(wǎng)關(guān)，支持6LowPAN和ZStack雙協(xié)議解析，具有1GB內(nèi)存、8GB大容量存儲空間、7寸電容觸摸顯示屏、豐富的外圍接口，可板載GPS定位、WIFI/BT二合一通訊、4G移動通訊等多種模塊，內(nèi)嵌Android、Linux雙系統(tǒng)，可一鍵切換。方便學(xué)校開展各種傳感器及通訊知識的教授、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和Android應(yīng)用開發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱提供豐富的實驗例程和實驗手冊，能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、微控制器原理、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、Android移動應(yīng)用開發(fā)等課程的教學(xué)與實踐。
二、平臺功能
1.物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱 各個傳感器節(jié)點(diǎn)具有監(jiān)測環(huán)境參數(shù)或設(shè)備驅(qū)動控制的功能；
2. 傳感器節(jié)點(diǎn)可組建WiFi、藍(lán)牙、IEEE802.15.4三種無線網(wǎng)絡(luò)，通過Contiki操作系統(tǒng)和IPv6協(xié)議，實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的無線傳輸；
3. 傳感器節(jié)點(diǎn)可組建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸；
4. 網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)具有CoAP應(yīng)用協(xié)議通信的功能；
5. 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件通過CoAP服務(wù)和串口服務(wù)，將WiFi、藍(lán)牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)解析處理，在網(wǎng)關(guān)的Mesh拓?fù)鋱D中實時流動地顯示傳感器數(shù)據(jù)的上、下行走向；
6. 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用軟件展示的傳感器節(jié)點(diǎn)，可隨意拖動，不會影響網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向。
7. 可在拓?fù)鋱D中點(diǎn)擊任一種傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入下一級界面，查看當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣數(shù)值、曲線形式展示，或控制設(shè)備開關(guān)狀態(tài)。
三、配置清單
| 序號 | 名稱 | 數(shù)量 | |
| 1 | Cortex-A9網(wǎng)關(guān) | 1 | |
| 2 | 網(wǎng)關(guān)IO基礎(chǔ)擴(kuò)展板 | 1 | |
| 3 | 三路繼電器模塊 | 1 | |
| 4 | ZigBee協(xié)調(diào)器 | 1 | |
| 5 | IEEE802.15.4主機(jī) | 1 | |
| 6 | Cortex-M3核心板(IPv6協(xié)議) | 9 | |
| 7 | CC2530主控底板 | 3 | |
| 8 | 藍(lán)牙通信模塊 | 3 | |
| 9 | WiFi通信模塊 | 3 | |
| 10 | IEEE802.15.4通信模塊 | 3 | |
| 11 | ZigBee通信模塊 | 3 | |
| 12 | 繼電器控制模塊 | 1 | |
| 13 | 紅外對射傳感器模塊 | 1 | |
| 14 | 煙霧傳感器模塊 | 1 | |
| 15 | 雙數(shù)碼管顯示控制模塊 | 1 | |
| 16 | 溫濕度傳感器模塊 | 1 | |
| 17 | 光敏傳感器模塊 | 1 | |
| 18 | LED蜂鳴器控制模塊 | 1 | |
| 19 | 霍爾傳感器模塊 | 1 | |
| 20 | 三軸加速度傳感器模塊 | 1 | |
| 21 | 紅外接近傳感器模塊 | 1 | |
| 22 | 大氣壓力傳感器模塊 | 1 | |
| 23 | 結(jié)露傳感器模塊 | 1 | |
| 24 | 智能網(wǎng)關(guān)Android網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚C合軟件 | 1 | |
| 25 | 基于IPv6的無線傳感網(wǎng)綜合應(yīng)用軟件 | 1 | |
| 26 | ZigBee無線傳輸應(yīng)用軟件 | 1 | |
| 27 | DC5V3A開關(guān)電源 | 1 | |
| 28 | 交叉串口線 | 1 | |
| 29 | 交叉網(wǎng)線 | 1 | |
| 30 | Mini USB數(shù)據(jù)線 | 1 | |
| 31 | 方口USB同步線 | 1 | |
| 32 | CC2530 Debugger調(diào)試器 | 1 | |
| 33 | TF卡讀寫器 | 1 | |
| 34 | 8G TF card | 1 | |
| 35 | USB轉(zhuǎn)串口線 | 1 | |
| 36 | J-link仿真器 | 1 | |
| 37 | 程序下載調(diào)試板V1.0 | 1 |
四、技術(shù)指標(biāo)
| 貨物名稱 | 型號 | 指標(biāo)參數(shù) |
| 物聯(lián)網(wǎng)通信與組網(wǎng)技術(shù)實驗箱 | LGWL-IPV6B |
一、整體要求 1）能夠滿足單片機(jī)接口及應(yīng)用、傳感器接口及應(yīng)用、無線傳感網(wǎng)、嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)、Android移動應(yīng)用開發(fā)等課程要求。 2）能夠組建藍(lán)牙、WiFi、IEEE802.15.4、ZigBee四種無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸； 3）能夠?qū)⑺{(lán)牙、WiFi、IEEE802.15.4無線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)IPV6協(xié)議、Zigbee節(jié)點(diǎn)經(jīng)ZStack協(xié)議融合在一個拓?fù)鋱D中，在界面上顯示藍(lán)牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)或執(zhí)行器狀態(tài)，并實時流動地顯示各個傳感器數(shù)據(jù)的上、下行走向； 4）要求藍(lán)牙、WiFi、IEEE802.15.4三種傳感器節(jié)點(diǎn)均具有唯一的IPv6地址，統(tǒng)一采用IPv6協(xié)議組包通信。 5）要求網(wǎng)關(guān)支持Linux、Android雙操作系統(tǒng)，支持一鍵燒寫、一鍵切換。 6）要求在保證網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)的前提下，能夠配置接入云服務(wù)平臺，并實現(xiàn)移動端傳感器數(shù)據(jù)的采集顯示和執(zhí)行器的遠(yuǎn)程控制。 二、硬件資源 1.Cortex-A9網(wǎng)關(guān)（1個） 1）核心板資源： （1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主頻1.4GHz； （2）GPU：MAIL-400，3D圖形加速 （3）內(nèi)存: 1GB DDR3； （4）EMMC: 8GB； （5）核心板+底板設(shè)計：核心板加裝屏蔽罩，郵票孔方式與底板連接，抗干擾能力更強(qiáng)，比插針式更穩(wěn)定可靠。要求引出核心板信號線，不少于188PIN。 2）網(wǎng)關(guān)主板資源： （1）LCD接口：7寸IPS電容屏（16:9），分辨率1024×600； （2）USB接口：2路USB_HOST 2.0輸出，1路USB OTG； （3）Ethernet接口：核心板內(nèi)置千兆IP，外加不超過3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口； （4） 串口：2路3線RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth； （5）CAN總線接口：1路； （6）RS485總線接口：1路； （7）HDMI 接口：HDMI1.4a，最大支持1920*1080高清數(shù)字輸出; （8）LVDS液晶屏接口：單通道，最大支持1920*1080； （9）攝像頭接口：1路CMOS并行接口，最大支持800萬像素； （10）AV接口：1路模擬視頻母口輸入； （11）外部存儲擴(kuò)展接口：SD卡、TF卡接口； （12）音頻接口： 1路MIC輸入，1路1. 8w喇叭； （13）按鍵：1個復(fù)位按鍵、1個休眠喚醒按鍵，2個音量鍵； （14） 藍(lán)牙WiFi：板載藍(lán)牙WiFi二合一模塊； （15）Mini PCIe接口：標(biāo)準(zhǔn)可插入4G通信模模塊； （16）24Pins應(yīng)用擴(kuò)展接口：用于處理器外設(shè)接口擴(kuò)展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8個GPIO，5V電源。 2.網(wǎng)關(guān)IO基礎(chǔ)擴(kuò)展板（1個） 由網(wǎng)關(guān)直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點(diǎn)，使用較少IO擴(kuò)展更多功能，默認(rèn)地址0x01。1路可調(diào)電位器模擬AD采樣通道，1路PWM驅(qū)動的蜂鳴器，5個觸摸按鍵，5個LED指示燈。 3.三路繼電器擴(kuò)展板（1個） 由網(wǎng)關(guān)直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點(diǎn)，使用較少IO擴(kuò)展更多功能，默認(rèn)地址0x10。 可控制3路繼電器，線圈機(jī)械式觸點(diǎn)，1個常開，1個常閉，最大負(fù)載10A/277V AC。 4. ZigBee協(xié)調(diào)器（1個） 與網(wǎng)關(guān)的TTL UART連接。采用CC2530單片機(jī)外設(shè)接口、射頻通信與ZStack協(xié)議棧的方案，具備Zigbee建網(wǎng)功能，具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵，提供傳感器模塊接口、RS232接口、調(diào)試下載接口。 5. IEEE802.15.4主機(jī)（1個） 與網(wǎng)關(guān)的TTL UART連接。采用CC2530射頻功能與802.15.4的從機(jī)組建射頻網(wǎng)絡(luò)，接收從機(jī)信息，向從機(jī)發(fā)送命令。具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵，提供傳感器模塊接口、RS232接口、調(diào)試下載接口。 6.無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)（12個） 1）微控制器主板硬件資源 （1）Cortex-M3核心主板（9個） 處理器基于ARM Cortex-M3核心的STM32F103，最高主頻72Mhz，內(nèi)部Flash 256KB，RAM 48KB。 具有1個0.96寸OLED屏，能夠顯示MAC地址、上下級關(guān)系、傳感器數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)信息等。 具有4個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵、1個JTAG調(diào)試接口、1個24PIN的無線射頻接口，1組20*2PIN傳感器接口； 標(biāo)配ARM仿真器、串口下載仿真調(diào)試轉(zhuǎn)接板。 運(yùn)行IPv6協(xié)議棧實現(xiàn)無線通信的功能。 （2）CC2530核心主板（3個） 處理器基于CC2530F256，具有2個組網(wǎng)狀態(tài)及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵、1個JTAG調(diào)試接口、1個24PIN的無線射頻接口，1組20*2PIN傳感器接口； 標(biāo)配下載仿真器。 2）無線傳感網(wǎng)通信模塊 （1）藍(lán)牙通信模塊（3個）：采用UART接口的內(nèi)置協(xié)議棧方案，設(shè)置從機(jī)模式，與主機(jī)配對后，將微控制器采樣數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)。 （2）WiFi通信模塊（3個）：采用UART接口的內(nèi)置TCP/UDP/HTTP協(xié)議棧方案，支持設(shè)置為AP、STA的工作模式，與網(wǎng)關(guān)通信后，將微控制器采樣數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，或者接收主機(jī)的控制命令控制執(zhí)行器。 （3）IEEE802.15.4通信模塊（3個）：基于CC2530射頻組網(wǎng)通信方案，與邊界路由器組網(wǎng)，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的雙向交互。 （4）ZigBee通信模塊（3個）：基于CC2530+ZStack協(xié)議棧組網(wǎng)通信方案，與Zigbee協(xié)調(diào)器組網(wǎng)，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的雙向交互。 3）傳感器通信模塊（12個） 接口至少包含GPIO/IIC/SPI/PWM/電源/地等信號。 兼容紅外接近開關(guān)、可燃?xì)怏w傳感器、繼電器控制、雙位數(shù)碼管顯示、溫濕度傳感器、光敏傳感器、LEDBEEP聲光執(zhí)行器、霍爾傳感器、三軸加速度傳感器、紅外對射傳感器、數(shù)字氣壓傳感器、凝露傳感器等。可直接接到主板傳感器接口板上，提供各類傳感器接口板的原理圖和技術(shù)手冊。 三、軟件資源 1.嵌入式操作系統(tǒng)： 網(wǎng)關(guān)處理器支持Linux3.4、Android4.4、QT4.8或更高版本，節(jié)點(diǎn)支持Contiki2.7、Z-Stack2007，提供板載所有硬件接口及應(yīng)用模塊的驅(qū)動和應(yīng)用測試，開放源碼。 2. 網(wǎng)關(guān)操作系統(tǒng)燒寫： 提供Windows下一鍵刷機(jī)軟件，選擇需要更新的鏡像文件，可通過SD卡脫離PC機(jī)一鍵燒寫，也可通過USB線纜刷機(jī)，支持Uboot參數(shù)修改配置。系統(tǒng)支持一鍵燒寫雙系統(tǒng)Android和Linux，可一鍵切換。 3.支持嵌入式開發(fā)所必須的功能： 4G語音通話、短信、上網(wǎng)，音頻錄放音功能，WIFI（支持AP熱點(diǎn)）、Ethernet上網(wǎng)功能，無線藍(lán)牙功能，模擬/數(shù)字?jǐn)z像頭拍照、錄像功能，模擬攝像頭信號接入， GPS/北斗位置導(dǎo)航服務(wù)，HDMI音視頻輸出（支持1080P）。 4.無線傳感網(wǎng)多網(wǎng)融合拓?fù)湔故緫?yīng)用軟件的功能： 能夠?qū)⑺{(lán)牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的傳輸方式，由網(wǎng)關(guān)解析后以拓?fù)鋱D的形式在界面上展示，并為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的JSON數(shù)據(jù)格式。 網(wǎng)關(guān)界面可顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)、執(zhí)行器的狀態(tài)，顯示傳感器節(jié)點(diǎn)的IPv6地址，能夠隨意拖動傳感器，而不改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 點(diǎn)擊網(wǎng)關(guān)上傳感器節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)，可進(jìn)入二級界面查看傳感器的實時曲線走勢，或手動控制執(zhí)行器的開關(guān)。 具體包括：傳感器信息采集資源驅(qū)動實現(xiàn)，控制傳感器動作資源驅(qū)動實現(xiàn)，拓?fù)渚C合應(yīng)用程序信息采集圖標(biāo)的實現(xiàn)； ★支持IPv6和ZStack2007雙協(xié)議棧數(shù)據(jù)解析。 開發(fā)環(huán)境：Android Studio 5.ZigBee無線傳感網(wǎng)綜合應(yīng)用軟件的功能： 具有傳感器采集、執(zhí)行器驅(qū)動控制、自組網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?br /> 提供基于Z-STACK2007協(xié)議棧的數(shù)據(jù)采集傳輸程序源碼V2.4.2以上版本。 開發(fā)環(huán)境： IAR Embedded Workbench V7.60 for 8051 6.基于IPv6的無線傳感網(wǎng)綜合應(yīng)用軟件的功能： 具有傳感器采集、執(zhí)行器控制，內(nèi)置Contiki2.7操作系統(tǒng)，兼容IPv6協(xié)議棧實現(xiàn)無線通信的功能； 兼容藍(lán)牙、WIFI、IEEE802.15.4三種通訊模塊的驅(qū)動和傳輸。 開發(fā)環(huán)境： IAR Embedded Workbench V7.60 for ARM 四、課程實驗要求 1.STM32微控制器接口應(yīng)用基礎(chǔ)實驗不少于11個：LED燈控、外部中斷按鍵檢測、串口實驗、systick延時實驗、IIC屏顯示字符串實驗、RTC實驗、獨(dú)立看門狗實驗、定時器實驗、內(nèi)部溫度采集實驗、DMA實驗。 2.基于STM32的傳感器采集控制實驗不少于12個：光敏傳感器實驗、溫濕度傳感器實驗、三軸加速度傳感器實驗、霍爾檢測實驗、紅外對射傳感器實驗、煙霧傳感器實驗、LED蜂鳴器傳感器實驗、繼電器控制實驗、雙數(shù)碼顯示實驗、紅外接近傳感器檢測、大氣壓力傳感器檢測、結(jié)露傳感器檢測。 3.藍(lán)牙傳感網(wǎng)實驗不少于4個：環(huán)境搭建實驗、藍(lán)牙透傳實驗、藍(lán)牙無線點(diǎn)燈實驗、藍(lán)牙傳感器采集與控制實驗。 4.WiFi傳感網(wǎng)實驗不少于6個：環(huán)境搭建實驗、WiFi AT命令測試實驗、WiFi STA客戶端實驗、WiFi STA服務(wù)器實驗、WiFi無線通信實驗、WiFi傳感器采集與控制實驗。 5.IEEE802.15.4組網(wǎng)實驗不少于3個：802.15.4協(xié)議簡介、SLIP協(xié)議簡介、PAN ID與CHANNEL簡介、CC2530模塊單體測試實驗、CC2530模塊結(jié)合測試實驗。 6.CC2530射頻通信實驗不少于5個：點(diǎn)對點(diǎn)通信、廣播通信、RSSI信號強(qiáng)度、空中信道監(jiān)聽、無線遙控。 7.ZSTACK協(xié)議棧組網(wǎng)實驗不少于9個：ZSTACK協(xié)議棧簡介、ZStack協(xié)議棧工程解析、多點(diǎn)自組網(wǎng)、信息廣播/組播、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫切途W(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁湫途W(wǎng)、ZSTACK綁定、ZSTACK串口、ZSTACK溫濕度采集傳輸實驗、ZSTACK聲光傳輸控制實驗。 8.基于STM32的Contiki操作系統(tǒng)移植實驗不少于7個： ContikiOS系統(tǒng)移植、LED控制、Contiki多線程、Contiki進(jìn)程間通信、按鍵位檢測、定時器使用、OLED顯示。 9.IPv6多網(wǎng)融合實驗不少于7個： Contiki網(wǎng)絡(luò)工程解析、IPv6網(wǎng)關(guān)實驗、WIFI 節(jié)點(diǎn)IPv6組網(wǎng)實驗、藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)IPv6組網(wǎng)實驗、RPL802.15.4 IPv6組網(wǎng)實驗、節(jié)點(diǎn)間IPv6-UDP通信實驗、節(jié)點(diǎn)間IPv6-TCP通信實驗。 10.IPv6網(wǎng)關(guān)綜合實驗不少于5個： IPv6協(xié)議的多網(wǎng)融合框架、傳感器FTBee數(shù)據(jù)通信協(xié)議、基于UDP傳感器信息采集實驗、基于COAP傳感器數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制實驗、IPv6網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚C合實驗。 |