物联网实验指导手册

物联网实验指导手册上海企想信息技术有限公司2011年8月物联网实验指导手册目 录第1章ZigBee基础知识与组网实验- 1 -1.1ZigBee基础知识- 1 -1.1.1ZigBee信道- 1 -1.1.2ZigBee的PANID- 1 -1.1.3ZigBee物理地址- 1 -1.1.4ZigBee设备类型- 1 -1.1.5ZigBee网络的形成- 3 -1.2PC端数据访问接口协议- 3 -1.2.1PC端接收数据格式- 3 -1.2.2PC端发送数据格式- 4 -1.3简单的星型组网实验- 5 -1.4Zigbee模块基础设置实验- 6 -1.4.1读取协调器MAC地址- 7 -1.4.2信道读取- 8 -1.4.3PANID读取- 9 -1.4.4物理地址与网络地址匹配- 10 -1.4.5获取网络节点数- 11 -第2章ZigBee基础控制与数据采集实验- 13 -2.1ZigBee基础控制实验- 13 -2.1.1控制数码管实验- 13 -2.1.2控制蜂鸣器实验- 15 -2.1.3控制LED灯实验- 15 -2.1.4控制直流电机- 16 -2.1.5控制步进电机实验- 18 -2.1.6控制继电器输出- 19 -2.1.7控制干簧管/按键实验- 19 -2.2ZigBee传感数据采集实验- 20 -2.2.1温度传感器数据采集实验- 20 -2.2.2温湿度传感器采集数据实验- 22 -2.2.3光照度传感器采集数据实验- 25 -2.2.4烟雾传感器采集数据实验- 28 -2.2.5可燃气体传感器采集数据实验- 30 -2.2.6CO2传感器采集数据实验- 31 -2.2.7红外人体感应传感数据采集实验- 32 -第3章ZigBee无线网络应用实验- 34 -3.1智能家居模拟应用- 34 -3.1.1智能家居模拟应用简介- 34 -3.1.2智能家居演示系统设置举例- 34 -3.2温室大棚模拟应用- 39 -3.2.1温室大棚模拟应用简介- 39 -3.2.2温室大棚应用演示系统设置举例- 40 -第4章ZigBee无线定位实验- 44 -4.1ZigBee无线定位系统- 44 -4.1.1定位系统节点类型- 44 -4.1.2定位基本原理介绍- 44 -4.1.3定位系统联机调试- 45 -第5章蓝牙/WiFi/GPRS无线传感数据采集与控制实验- 52 -5.1蓝牙/WiFi/GPRS无线传感控制节点介绍- 52 -5.1.1蓝牙传感控制底板- 52 -5.1.2WiFi传感控制底板- 53 -5.1.3GPRS传感控制底板- 53 -5.2CH-GWB301传感数据采集与控制指令- 54 -5.2.1参数配置命令- 54 -5.2.2系统操作指令- 56 -5.3蓝牙无线传感数据采集与控制实验- 62 -5.3.1蓝牙无线实验环境- 62 -5.3.2传感控制节点蓝牙配置命令- 62 -5.3.3组建蓝牙无线网络- 63 -5.3.4蓝牙无线数据采集与控制实验举例- 66 -5.4WiFi无线传感数据采集与控制实验- 69 -5.4.1WiFi无线实验环境- 69 -5.4.2WiFi配置命令- 69 -5.4.3组建WiFi网络- 71 -5.4.4WiFi无线传感数据采集与控制- 76 -5.5GPRS无线传感数据采集与控制实验- 79 -5.5.1GPRS无线实验环境- 79 -5.5.2GPRS配置命令- 80 -5.5.3组建GPRS网络环境- 81 -5.5.4GPRS无线数据采集与控制实验- 84 -第6章RFID基础实验- 87 -6.1RFID基础知识- 87 -6.1.1RFID技术标准简介- 87 -6.1.2射频识别（RFID）技术- 87 -6.2RFID读写器设备介绍- 88 -6.2.1RFID读写器底板- 88 -6.2.2RFID读写模块和标签- 89 -6.2.3RFID读写器- 90 -6.3WiFi模块与RJ45以太网模块设置- 92 -6.3.1WiFi模块设置- 92 -6.3.2RJ45以太网模块设置- 94 -6.4低频LF读写实验演示- 95 -6.4.1串口读写实验- 95 -6.4.2WiFi与RJ45以太网口读写实验- 96 -6.5高频HF读写实验演示- 98 -6.5.1串口读写实验- 98 -6.5.2WiFi与以太口读写实验- 99 -6.6超高频UHF读写实验- 100 - 101 -物联网实验指导手册RFID基础实验第1章 ZigBee基础知识与组网实验1.1 ZigBee基础知识1.1.1 ZigBee信道IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两者均基于直接序列扩频（DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS）技术。ZigBee使用了3个频段，定义了27个物理信道，其中868MHz频段定义了一个信道；915MHz频段附近定义了10个信道，信道间隔为2MHz；2.4GHz频段定义了16个信道，信道间隔为5MHz。具体信道分配如下表：信道编号中心频率/MHz信道间隔/MHz频率上限/MHz频率下限/MHzk=0868.3868.6868.0k=1,2,310906+2(k-1)2928. 0902. 0k=11,12,13262401+5(k-11)52483.52400.0其中在2.4GHz的物理层，数据传输速率为250kb/s；在915MHz的物理层，数据传输速率为40kb/s；在868MHz的物理层，数据传输速率为20kb/s。1.1.2 ZigBee的PANIDPANID其全称是Personal Area Network ID，网络的ID（即网络标识符），是针对一个或多个应用的网络，用于区分不同的ZigBee网络，所有节点的PANID唯一，一个网络只有一个PANID，它是由协调器生成的，PANID是可选配置项，用来控制 ZigBee路由器和终端节点要加入那个网络。PANID是一个32位标识，范围为0x00000xFFFF。1.1.3 ZigBee物理地址ZigBee 设备有两种类型的地址：物理地址和网络地址。物理地址是一个64 位 IEEE 地址，即 MAC 地址，通常也称为长地址。64 位地址是全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一直拥有它。它通常由制造商或者被安装时设置。这些地址由 IEEE 来维护和分配。16位网络地址是当设备加入网络后分配的，通常也称为短地址。它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据，当然不同的网络16位短地址可能相同的。1.1.4 ZigBee设备类型ZigBee设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点。ZigBee协调器（Coordinator）它是整个网络的核心，是ZigBee网络的第一个开始的设备，它选择一个信道和网络标识符（PANID），建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个无线网络进行维护。在同一个ZigBee网络中，只允许一个协调器工作，当然它也是不可缺的设备。如图1.11所示为ZigBee协调器。图1.11 ZigBee协调器ZigBee路由器（Router）ZigBee路由节点，它的作用是提供路由信息。如所示为一路由节点。图1.12 ZigBee路由器ZigBee 终端节点（End-Device）ZigBee终端节点，它有没有路由功能，完成的是整个网络的终端任务。如图1.13所示为一ZigBee终端节点。图1.13 ZigBee传感控制节点1.1.5 ZigBee网络的形成首先，由Zigbee协调器建立一个新的Zigbee网络。一开始，Zigbee协调器会在允许的通道内搜索其它的Zigbee协调器。并基于每个允许通道中所检测到的通道能量及网络号，选择唯一的16位PAN ID，建立自己的网络。一旦一个新网络被建立，Zigbee路由器与终端设备就可以加入到网络中了。网络形成后，可能会出现网络重叠及PAN ID冲突的现象。协调器可以初始化PAN ID冲突解决程序，改变一个协调器的PAN ID 与信道，同时相应修改其所有的子设备。通常，Zigbee设备会将网络中其它节点信息存储在一个非易失性的存储空间-邻居表中。加电后，若子节点曾加入过网络，则该设备会执行孤儿通知程序来锁定先前加入的网络。接收到孤儿通知的设备检查它的邻居表，并确定设备是否是它的子节点，若是，设备会通知子节点它在网络中的位置，否则子节点将作为一个新设备来加入网络。而后，子节点将产生一个潜在双亲表，并尽量以合适的深度加入到现存的网络中。 通常，设备检测通道能量所花费的时间与每个通道可利用的网络可通过ScanDuration扫描持续参数来确定，一般设备要花费1分钟的时间来执行一个扫描请求，对于Zigbee路由器与终端设备来说，只需要执行一次扫描即可确定加入的网络。而协调器则需要扫描两次，一次采样通道能量，另一次则用于确定存在的网络。1.2 PC端数据访问接口协议串口通信设置：波特率：38400校验位：无校验数据位：8位停止位：1位1.2.1 PC端接收数据格式PC端接收数据格式如下：SOPD_LENDATACHECKSOP：0x02，操作系统值，定义数据发送开始。D_LEN：数据长度。如果数据长度小于7，则表示该帧数据只是一个简单的ACK帧，DATA表示纯数据。如果数据长度大于7，则DATA段表示如下：ENDPLO_ADDRHI_ADDREPLO_IDHI_IDLENDAT ENDP：终端节点标号。 LO_ADDR-HI_ADDR：短地址。 EP：终端节点标号。 LO_ID-HI_ID：簇ID标号，具体定义如下： LOCATION_END-DEVICE_DEFAULT0x0020 预留簇ID LOCATION_END-DEVICE_TEMPRATURE0x0030温度ID LOCATION_END-DEVICE_HUMIDITY0x0031温湿度湿度ID LOCATION_END-DEVICE_LUMINOSITY0x0032板载光照度ID LOCATION_END-DEVICE_PIRSENSOR 0x0033红外人体感应ID LOCATION_END-DEVICE_GASSENSOR 0x0034 气体传感器ID LOCATION_END-DEVICE_GHGBUTTON 0x0035 干簧管按键ID LOCATION_END-DEVICE_HUMTEMP0x0036温湿度湿度ID LOCATION_END-DEVICE_LED 0x0041LED控制ID LOCATION_END-DEVICE_BUZZER 0x0042蜂鸣器控制ID LOCATION_END-DEVICE_DCMOTOR 0x0043直流电机控制ID LOCATION_END-DEVICE_STEPMOTOR 0x0046步进电机控制ID LOCATION_END-DEVICE_ADDRMAP0x0050 长短地址匹配ID LOCATION_COORDINATOR_PANID0x0051 获取PANIDID LOCATION_COORDINATOR_NODENUM0x0052 获取节点数ID LOCATION_COORDINATOR_CHANNEL0x0053 获取信道ID LOCATION_COORDINATOR_LOCADDR0x0054 获取协调器MAC地址ID LEN：数据负荷长度。 DAT：数据负荷。 CHECK：校验和。校验和计算方法：去除操作系统值SOP，然后进行异或计算。1.2.2 PC端发送数据格式PC端发送数据格式类同于接收数据格式，如下：SOPD_LENDATACHECKSOP：0x02，操作系统值，定义数据发送开始。D_LEN：数据长度。如果数据长度小于7，则表示该帧数据只是一个简单的ACK帧，DATA表示纯数据。如果数据长度大于7，则DATA段表示如下： ENDPLO_ADDRHI_ADDREPLO_IDHI_IDLENDAT ENDP：终端节点标号。指定为0xCB LO_ADDR-HI_ADDR：短地址 EP：终端节点标号其中，0xD2表示路由节点， 0xD3表示传感控制节点，0xCB表示协调器 LO_ID-HI_ID：簇ID标号。同数据发送格式 LEN：数据负荷长度。 DAT：数据负荷。 CHECK：校验和。校验和计算方法：去除操作系统值SOP，然后进行异或计算。1.3 简单的星型组网实验【实验目的】了解ZigBee星型网络通信原理及相关技术了解ZigBee星型网络组建的基本过程和方法【实验环境】1个ZigBee协调器、多个ZigBee传感控制节点操作台：提供电源、PC、USB口，以及多种传感器和输入输出控制器件软件：上位机软件【实验内容】利用1个ZigBee协调器、多个传感控制节点组建一个简单的星型网络，并观察射频顶板上LED指示灯的变化利用上位机软件，查看生成的网络拓扑利用上位机软件中的ZigBee网络基础平台首先，打开ZigBee协调器，然后，依次打开传感控制节点，依次加入协调器所建立的ZigBee网络，生成简单的星型网络拓扑结构，如图1.31所示。图1.31 ZigBee网络节点图与网络拓扑1.4 Zigbee模块基础设置实验【实验目的】了解ZigBee节点设备类型、信道、PANID、物理地址和网络地址。【实验环境】ZigBee套件：协调器、传感控制节点操作台：提供电源、PC、USB口软件：上位机软件图 1.41星型网络拓扑1.4.1 读取协调器MAC地址读取协调器MAC地址数据命令帧格式PC发送获取地址请求0207CB0000CB54000009短地址ADDR：0x0000；/0x0000表示协调器终端节点号：0xCB，表示协调器ID：0x0051，表示获取协调器MAC地址数据负荷长度为0；PC接收地址返回020FCB0000CB540008FF0706050403020109数据负荷长度为8长地址：01 02 03 04 05 06 07 FF读取协调器MAC地址实例1.4.2 信道读取读取信道命令帧格式PC发送请求0207CB0000CB53000009短地址ADDR：0x0000；终端节点号：0xCB，表示协调器节点ID：0x0053，表示读取信道没有数据负荷PC接收数据0209CB0000CB530004000000040C数据长度：0x04数据：0x04000000，具体如下：/* Default channel is Channel 11 - 0x0B */ Channels are defined in the following:/ 0 : 868 MHz 0x00000001/ 1 - 10 : 915 MHz 0x000007FE/ 11 - 26 : 2.4 GHz 0x07FFF800/-DMAX_CHANNELS_868MHZ 0x00000001/-DMAX_CHANNELS_915MHZ 0x000007FE/-DMAX_CHANNELS_24GHZ 0x07FFF800-DDEFAULT_CHANLIST=0x04000000 / 26 - 0x1A/-DDEFAULT_CHANLIST=0x02000000 / 25 - 0x19/-DDEFAULT_CHANLIST=0x01000000 / 24 - 0x18/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00800000 / 23 - 0x17/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00400000 / 22 - 0x16/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00200000 / 21 - 0x15/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00100000 / 20 - 0x14/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00080000 / 19 - 0x13/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00040000 / 18 - 0x12/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00020000 / 17 - 0x11/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00010000 / 16 - 0x10/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00008000 / 15 - 0x0F/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00004000 / 14 - 0x0E/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00002000 / 13 - 0x0D/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00001000 / 12 - 0x0C/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 / 11 - 0x0B读取信道实例1.4.3 PANID读取读取PANID命令帧格式PC发送请求0207CB0000CB51000009短地址ADDR：0x0000；终端节点号：0xCB，表示协调器节点；ID：0x0051，表示读取PANID没有数据负荷。PC接收数据0209CB0000CB510002FF000C数据长度：0x02；数据：0x00FF，表示读取到的PANID读取PANID实例1.4.4 物理地址与网络地址匹配长短地址匹配命令帧格式PC发送地址匹配请求020FCB0000D3500008FF0706050403020109短地址ADDR：0x0000；/0x0000表示需要访问的节点终端节点号：0xCB，表示协调器ID：0x0050，表示长短地址匹配数据负荷长度为8；长地址：01 02 03 04 05 06 07 FF；PC接收地址匹配返回020FCB0100D3500008FF0706050403020109短地址ADDR：0x0001；/0x0001表示当前返回的短地址终端节点号：0xCB，表示协调器ID：0x0050，表示长短地址匹配数据负荷长度为8长地址：01 02 03 04 05 06 07 FF长短地址匹配实例1.4.5 获取网络节点数获取网络节点数命令帧格式PC发送节点数请求0207CB0000CB52000009短地址ADDR：0x0000终端节点号：0xCB，表示协调器节点ID：0x0052，表示读取节点数没有数据负荷。PC接收节点数数据0209CB0000CB52000202000C数据长度：0x02；数据：0x0002，表示网络节点数为2（节点数不包括协调器）获取网络节点数实例第2章 ZigBee基础控制与数据采集实验【实验目的】了解单片机输入输出控制的工作原理了解单片机数据采集的工作原理学习和掌握通过ZigBee网络通信，利用上位软件控制各种执行器件和传感数据采集。【实验环境】ZigBee套件：协调器、传感控制节点输入输出控制器件：数码管模块、直流电机、步进电机、按键传感器：温度、温湿度、光照度、红外人体感应、烟雾、可燃气体、CO2等传感器操作台：提供电源、PC、USB口软件：上位机软件ZigBee基础实验平台【实验拓扑】由协调器和传感控制节点组成的简单星型网络。2.1 ZigBee基础控制实验2.1.1 控制数码管实验数码管控制命令帧格式PC发送数据0208CB0100D34400010158短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0044，表示数码管控制数据负荷有一个字节，是0x01。数据负载格式为显示的数字的十六进制表示，例如，0:0x00, 1:0x01, 2:0x02, , 10:0x0A, 11:0x0B，其中冒号后面的数据为数据段的数据负荷。PC接收数据0208CB0100D34400010158简单的将数据返回给PC数码管控制实例例如，设置数码管输出为16，具体设置如图 2.11所示。图 2.11控制数码管输出2.1.2 控制蜂鸣器实验蜂鸣器控制命令帧格式PC发送数据0208CB0100D34200010158短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0042，表示蜂鸣器控制数据负荷有一个字节，是0x01数据负载0x01表示蜂鸣器响，0x00表示蜂鸣器关闭。PC接收数据0208CB0100D34200010158简单的将数据返回给PC蜂鸣器控制实例例如，控制蜂鸣器响，如图 2.12所示。图 2.12控制蜂鸣器2.1.3 控制LED灯实验LED灯控制命令帧格式LED灯分为板载和外接两种，用同一条指令控制。PC发送数据0208CB0100D34100010158短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0041，表示LED控制数据负荷有一个字节，是0x01LED控制数据负荷为一个字节，8 位分别表示 8 个 LED 灯的状态，对应位为0表示亮，1表示灭。bit0-3对应板载L5-L8，bit4-7 对应外接LED模块 LED1-LED4PC接收数据0208CB0100D34100010158简单的将数据返回给PCLED灯控制实例图 2.13LED灯控制2.1.4 控制直流电机直流电机控制命令帧格式PC发送数据0208CB0100D34500010158短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0045；，表示直流电机控制数据负荷有一个字节，是0x01数据负载说明如下12345678inBinA-inBinA状态00不转10正转01反转11不转PC接收数据0208CB0100D34500010158简单的将数据返回给PC直流电机控制实例例如，控制直流电机正转，如图 2.14所示。图 2.14控制直流电机2.1.5 控制步进电机实验步进电机控制命令帧格式PC发送数据020ACB0100D346000306080058短地址ADDR：0x0001；终端节点号：0xD3，表示传感控制节点；ID：0x0046；表示步进电机控制；数据负荷有三个字节，是0x03。其中，0x06表示步进电机转动角度为6(参数值：0-180)；0x08表示步进电机转动8个半圈（参数值：0-255）；0x00的第7位表示步进电机的正反转，1为正转，0为反转，第6-0位用于设置电机转速（参数值：0-127）。PC接收数据020ACB0100D346000306080058简单的将数据返回给PC步进电机控制实例例如，控制步进电机，如图 2.15所示。图 2.15控制步进电机2.1.6 控制继电器输出继电器输出控制命令帧格式PC发送数据0208CB0100D34300010158短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0043，表示继电器控制数据负荷有一个字节，是0x01。数据负载0x00表示继电器常闭，0x01表示继电器常开。PC接收数据0208CB0100D34300010158简单的将数据返回给PC继电器输出控制实例图 2.16控制继电器输出2.1.7 控制干簧管/按键实验干簧管/按键控制命令帧格式PC发送数据0208CB0100D33500010109短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0035，表示读取干簧管/按键状态数据长度：0x01数据为定时器间隔，如果数据不等于0x00，则节点打开干簧管/按键控制，并定时发送状态；如果数据等于0x00，则关闭干簧管/按键控制PC接收数据0208CB0100D3350001000C简单将数据返回给PC干簧管/按键控制实例打开干簧管/按键控制，进行控制实验，然后关闭，如图 2.17所示。图 2.17干簧管/按键控制2.2 ZigBee传感数据采集实验2.2.1 温度传感器数据采集实验采用板载的DS18B20传感器采集节点工作温度。温度传感器数据采集命令帧格式PC发送温度请求0207CB0100D330000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0030，表示读取温度没有数据负荷PC接收温度数据0209CB0100D3300002A2000C数据：0x00A2，表示+10.125C温度数据格式参考DS18B20格式温度传感器数据采集实例利用板载的DS18B20传感器采集节点工作温度，并对采集结果进行分析，如图 2.21和图 2.22所示。具体DS18B20采集温度换算方法请参考前面传感器介绍。图 2.21 DS18B20温度传感数据采集图 2.22 DS18B20温度采集结果分析2.2.2 温湿度传感器采集数据实验采用SHT10温湿度传感器，采集环境温度和湿度。将SHT10温湿度传感器模块CH-SM-SHT连接在ZigBee传感控制节点温湿度传感器接口上进行数据采集。温湿度传感器采集温度命令帧格式PC发送温度请求0207CB0100D336000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0036，表示读取SHT10传感器温度没有数据负荷PC接收温度数据0209CB0100D33600024B1A75数据：0x1A4B温湿度数据格式参考SHT10格式。温湿度传感器采集环境温度实例发送温度采集指令，并对采集结果进行分析，如图 2.23和图 2.24所示。图 2.23 SHT10温度数据采集图 2.24 SHT10温度采集结果分析温湿度传感器采集湿度命令帧格式PC发送湿度请求0207CB0100D331000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0031，表示读取SHT10传感器湿度没有数据负荷PC接收湿度数据0209CB0100D33100024B0675数据：0x064B温湿度数据格式参考SHT10格式。温湿度传感器采集湿度实例发送湿度采集指令，并对采集结果进行分析，如图2.25和图2.26所示。图2.25 SHT10温度数据采集图2.26 SHT10湿度采集结果分析2.2.3 光照度传感器采集数据实验板载光照度数据采集命令帧格式PC发送光照度请求0207CB0100D332000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0032；表示读取板载光照度没有数据负荷PC接收光照度数据0209CB0100D33200028C320C数据：0x318C具体光照度参考光敏传感器手册板载光照度数据采集实例利用板载或外接光敏传感器采集当前环境光照强度，并尝试改变光线强度，采集光照度数据，并对采集结果进行分析，如图2.27和图2.28所示。图2.27板载光照度数据采集图2.28板载光照度结果分析外接光敏传感器数据采集命令帧格式PC发送请求0207CB0100D334000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0034，表示读取外接光敏传感器或气体传感器没有数据负荷PC接收数据0209CB0100D33400028C310C数据：0x318C具体光照度参考光敏传感器手册外接光照度数据采集实例将CH-SM-LS光敏传感器模块接在ZigBee传感控制节点气体传感器接口，进行数据采集，并分析采集结果，如图2.29图2.210所示。图2.29外接光照度数据采集图2.210外接光照度采集结果分析2.2.4 烟雾传感器采集数据实验烟雾传感器数据采集命令帧格式PC发送请求0207CB0100D334000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0034，表示读取外接光敏传感器或气体传感器没有数据负荷PC接收数据0209CB0100D334000200240C数据：0x2400具体参照MQ2数据手册。烟雾传感器数据采集实例将MQ2烟雾传感器模块CH-SM-MQ2连接在ZigBee传感控制节点的气体传感器接口，发送指令进行烟雾检测，并对采集结果进行分析，如图2.211和图2.212所示。图2.211烟雾传感器数据采集图2.212烟雾检测结果分析2.2.5 可燃气体传感器采集数据实验可燃气体传感器数据采集命令帧格式PC发送请求0207CB0100D334000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0034，表示读取外接光敏传感器或气体传感器没有数据负荷PC接收数据0209CB0100D3340002542557数据：0x2554具体参照MQ5数据手册。可燃气体传感器数据采集实例将MQ5可燃气体传感器CH-SM-MQ5连接在ZigBee传感控制节点的气体传感器接口，发送指令进行可燃气体检测，并对采集结果进行分析，如图2.213和图2.214所示。图2.213可燃气体传感数据采集图2.214可燃气体检测结果分析2.2.6 CO2传感器采集数据实验CO2传感器数据采集命令帧格式PC发送请求0207CB0100D334000009短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0034，表示读取外接光敏传感器或气体传感器没有数据负荷PC接收数据0209CB0100D3340002242E2C数据：0x2E24具体参照CO2 MG811数据手册。CO2传感器数据采集实例将CO2气体传感器CH-SM-CO2连接在ZigBee传感控制节点的气体传感器接口，发送指令进行二氧化碳气体检测，并对采集结果进行分析，如图2.215和图2.216所示。图2.215 CO2传感数据采集图2.216 CO2传感数据采集结果分析2.2.7 红外人体感应传感数据采集实验红外人体感应数据采集命令帧格式PC发送红外感应器采集请求0208CB0100D33300010109短地址ADDR：0x0001终端节点号：0xD3，表示传感控制节点ID：0x0033，表示读取红外感应器状态数据长度：0x01；数据为定时器间隔，如果数据不等于0x00，则节点打开红外采集，并定时发送采集状态；如果数据等于0x00，则关闭红外采集PC接收红外感应器采集数据0208CB0100D3330001000C数据：0x00，表示当前状态为无干扰红外人体感应数据采集实例将红外人体感应传感器CH-SM-OS连接在ZigBee传感控制节点的人体感应接口，发送指令打开红外采集状态，模拟人体移动，采集干扰与无干扰状态，如图2.217所示。图2.217红外人体感应采集第3章 ZigBee无线网络应用实验3.1 智能家居模拟应用3.1.1 智能家居模拟应用简介物联网智能家居模拟应用系统，主要包括三个部分：家居安防系统、环境检测与家电控制，实现家居环境监测、智能家电自动控制、安防系统与报警、远程监控等功能。通过ZigBee协调器和传感控制节点组成无线网络，采集室内温度、湿度和光照度，实现燃气与烟雾探测、入侵检测、门窗防撬，紧急求助报警等功能，并将采集的数据传输到服务器，对模拟的家电设备进行控制功能。同时，也可以利用GPRS进行短信控制与报警等。3.1.2 智能家居演示系统设置举例智能家居演示系统界面录像功能蜂鸣器报警冰箱温度设定灯光照明家电工作电动窗帘关联设置例如，室内燃气探测，当室内燃气超过临界值时，将触发报警。激活前激活后燃气探测100关联蜂鸣器报警界面3.2 温室大棚模拟应用3.2.1 温室大棚模拟应用简介采用无线传感网络技术，可定时采集空气温度、空气湿度、CO2浓度、光照强度，土壤温度和水分等，来获得作物生长的最佳条件，通过自动调节温室环境、实现温室集约化、网络化远程管理。利用ZigBee协调器，通过传感控制节点将环境监测数据传输到服务器，并以图表方式显示给用户，当监测数据出现异常时，可利用软件网络实现对温室设备（温、光、气、水等）的自动控制。也可以通过Internet网络、手机短信远程监测环境信息和设备运行状态等。3.2.2 温室大棚应用演示系统设置举例温室大棚应用演示系统界面模拟照明模拟加水模拟换气模拟加温检测条件设置光照50时模拟照明自动打开界面第4章 ZigBee无线定位实验4.1 ZigBee无线定位系统4.1.1 定位系统节点类型无线定位网络主要由ZigBee网关（Location Dongle）、参考节点（Reference Nodes）和盲节点（Blind Nodes）组成。ZigBee网关：无线定位系统的网络协调器，通过RS232串口延长线与PC相连。它在整个系统中有着至关重要的作用，首先它接收由监控软件提供的各参考节点和移动节点的配置数据，并发送给相应的节点；其次，还要接收各节点反馈的有效数据并传输给监控软件。参考节点：无线定位系统中已知坐标的节点，是ZigBee网络中的路由器。它是一个已知坐标的静态节点。这个节点必须正确地被配置在定位区域中的坐标。它的任务是提供一个包含自己位置X、Y坐标和RSSI值的信息包给移动节点。盲节点：无线定位系统中移动节点，它通过已知参考节点的坐标来计算自身坐标值的节点，是ZigBee网络中的路由器。移动节点能够与离自己最近的参考节点通信，收集这些节点的X、Y坐标和RSSI值，根据这些信息和输入参数（A，N）一起计算自己坐标信息，然后将适当的信息发送给网关，通过RS232传送给计算机定位软件。4.1.2 定位基本原理介绍如图 4.11所示的一个简单的定位系统，CC2431无线定位引擎基于RSSI技术，定位系统由参考节点和盲节点组成。参考节点是一个位于已知位置的静态节点，这个节点知道自己 的位置并可以将其位置通过发送数据包通知其他。盲节点从参考节点处接收数据包信号，获得参考节点位置 坐标及相应的RSSI值并将其写入定位引擎，然后可以读出由定位引擎计算得到的自身位置。由参考节点发送给盲节点的数据包至少包含参考节点的坐标参数水平位置X和垂直位置Y，而RSSI值可由接收节点（盲节点）计算获得。CC2431的硬件定位引擎与软件定位方法相比优势是速度快、精度高，不占用处理器时间。该定位引擎的主要特点：定位估计算法需3到16个参考节点；定位估计以0.25m为分辨率；计算节点位置耗时少于50s；定位范围为64m64m；定位偏差低于3m；定位估计采用分布式计算方法，该方法使用已知参考节点的RSSI信息定位。在节点上分布式定位计算可以免集中计算方法带来的大量网络传输与通信延迟问题。图 4.11定位原理示意图4.1.3 定位系统联机调试本系统实现了 CC2431 和 ZigBee 协议栈的完美结合，再加上无线电定位功能，实现无线电定位，通过参数设置及其制作工艺，可以实现最高精度 3M 精确定位。在此系统中能够通过上位机软件设置修改自己的地图，通过 PC 机直观显示检测对象和检测对象的具体位置。系统设置 4 个及四个以上参考节点，为移动节点的位置做参考，如需提高精度，可以将参考节点的数量提高至 8 个。当移动节点发送自己的位置坐标后，参考节点接收信号，并回复一个应答信号，通过参考节点将正确的位置发送给网关；最后通过 PC 机软件在绘制的地图上显示出正确的位置。系统功能强大，操作简单。参考节点和移动节点上电后自动加入网络，在首次使用时需要对各个参考节点的平面位置坐标（x，y）进行设定。在第一次设定以后参考节点将记住自己的位置，以后使用中在加入网络后就自动找到自己的位置，同样也可以通过 PC 机软件对其进行修改。移动节点也仅仅对其 A 值和 N 值进行设定，这样整个系统就设置完成。系统硬件连接将网关节点(LocDongle)插入网络扩展板中，用 RS232 串口线和 PC 机连接，连接开发电源。每个参考节点(Ref)接上天线，并连接电池盒，并把每个节点放置已规划好的定位区域上对应设置好的位置，各节点的根据节点坐标摆放。参照定位原理图。移动节点(Blind)接上天线，并连接电池盒。移动模块最好在参考节点构建的范围内。节点如图4.12所示。图4.12移动（定位）节点Z-Location监控软件设置打开软件以后，需要对软件进行简单的设置，如下图所示：将所有复选框选中，另外还可以设置节点在没有信号的时候在地图上存在的时间。绘制监控区域地图绘制监控区域地图，应该直观、一目了然，对监控区域事故高发地段应该进行特别标注。地图采用绘图软件绘制，最好在已有的地图中修改，详细注释，绘制完成后，将地图保存为（*.bmp）格式，等待调用。在地图绘制好以后，将地图加载到监控软件中，首先打开由 Chipcon 公司提供的监控软件 Z-Location Engine，如图4.13所示。图4.13 Z-Location设置在图中，可以看到软件的一个简单界面， Setup 页中可以选择我们将要与网关通信的端口，在这里选择串口 1。打开标签页 Background ，在此页可以加载绘制的地图在显示区域中，在显示栏中有相应的网格作为标尺，单位以米计算。加载地图时，首先找到地图的正确路径，在设置它的长和宽，然后单击 Updata 就完成了整个地图的加载。参考节点安装参考节点要根据实际的距离安装，距离计算越准确，定位精度越高。参考节点必须配合监控软件安装，要保证节点的安放位置和监控软件中地图上的位置区域相同。图中，每个网格之间的距离是 10 米。上电复位以后，标签切换至 Reference Node Setup 在此标签中，对节点的位置进行设置，在设置前，节点没有自己的坐标，呈现“NEW+地址”出现在图中，双击“NEW+地址”，在 Update Node 设置栏设置参考节点的必要参数，X,Y 分别表示参考节点的横、纵坐标，在设置好参数后，单击 Update 按钮在显示栏地图上可以看见参考节点以黄色的小球体现在地图中，并在左侧显示区中显示出坐标，如图4.14所示。图4.14设置参考节点以同样的方法，加载其他参考节点，正确设置它们的参数（注意在设置时一定要将地图和实际地形相对应）。这里设置了 4 个参考节点。设置完成以后如果需要对其中节点的参数进行修改，则只需要按照设置的步骤就可以完成。另外也可单击黄颜色的小球查看节点的数据。移动节点安装标签切换至 Blind Node Setup 此标签用于加载移动节点设置，在移动节点上电后和参考节点一样，呈现“NEW+地址“，在此标签中将自动检测到此设备，如图4.15所示。图4.15移动节点参数双击“NEW+地址”会出现该移动节点(也称定位节点)的参数，单击 Update 将数据加载到节点中。如图4.16所示。图4.16移动节点数据更新在本系统中使用中，关键的步骤是地图绘制时一定注意其精确度，在参考节点坐标的正确设置，参考节点的个数。这几个步骤都会影响定位的精度。调试上面已经将定位系统的环境构建完成，接下来，将对整个定位系统调试。在移动节点（也称定位节点）出现监控软件在显示区域以后，将移动节点(也称定位节点)分别放置各个参考节点相同位置，然后调节移动节点（也称定位节点）的 A 值和 N 值，有助于提高定位的精度。A 值在 3050 之间，N 值在 030 之间，通过实验，A 值的最佳范围为 4549，N 值最佳范围为 1525。设置完成以后，移动移动节点（也称定位节点），可以看见移动节点（也称定位节点）在监视软件中位置的自动变化。如图4.17所示。图4.17移动节点位置变化第5章 蓝牙/WiFi/GPRS无线传感数据采集与控制实验5.1 蓝牙/WiFi/GPRS无线传感控制节点介绍该系列产品均由CH-GWB301型号的底板+不同的通信模块构成，底板上提供多种传感器和输入输出控制设备接口。5.1.1 蓝牙传感控制底板名称：蓝牙传感控制节点型号：CH-B-SC301主要技术参数底板芯片：STC12C5A60S2蓝牙模块：HC06工作频率：Bluetooth2.4GHz，MCU24MHz传输速率：2Mbps-3Mbps支持协议：Bluetooth 2.0传输距离：8-30m数据通讯接口：RS232（RS232速率115200bps）天线接口：50/ IPX转SMA工作电压：DC 5-13V耗电功率：0.1W-5W供电方式：外接电源/电池外形尺寸：160*70*20mm工作温度：-25 75工作湿度：0% RH 95% RH功能与特点模块化设计：蓝牙传感控制节点包括蓝牙通讯模块和支持电路底板采用完全的嵌入式系统，提供数据访问接口以方便计算机应用程序开发提供多种传感器输入接口：温度、光敏、温湿度、CO2浓度、燃气探测、烟雾探测、干簧管、土壤温湿度、紧急按键等，进行多种传感数据的采集提供多种输出控制接口：直流电机、步进电机、继电器输出、数码管、LED流水灯等，进行多种输出设备控制提供高性能通信串口RS232，对蓝牙节点进行设置采用标准TCP/IP协议，通过蓝牙网络，进行数据采集和输出控制，实现与监控中心端的数据通信5.1.2 WiFi传感控制