物联网综合设计.docx

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1、L智能家居系统1.1 功能需求智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。智能家居系统包含的主要子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统（如TVC平板音响）、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中，智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系

2、统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。智能家居系统主要包含以下功能：遥控控制、控制、定时控制、集中控制、场景控制、网络控制、监控功能、报警功能、共享功能、音乐系统、娱乐系统、指纹锁、空气调节、宠物保姆等。1.2 与Zigbee网络的关系智能家居中信息的传输主要有有线传输和无线传输2种。有线传输由于存在布线复杂、可扩展性差、标准不统一等缺点，因此，采用无线方式进行通信是当前智能家居研究的重点。相对于有线网络，无线网络不仅接入灵活、操作方便而且符合家庭网络的通讯特点，其应用必将大大促进家庭网络智能化的进程。目前实现组建智能家居网络的技术包括蓝牙、WiFi

3、以及极具开展潜力的ZigBee。ZigBee技术是近几年开展起来的一种短距离无线通信技术，综合应用在控制和监控场合的无线通信方式。它使用2.4GHZ波段，采用跳频和扩频技术。鉴于ZigBee技术的低本钱、低功耗、低速率、易于开发等优点，的特点，其必将是最符合智能家居控制的无线通信方式。2.单个传感器模块功能的实现2.1 温湿度传感器采集实验2.1.1 实验目的D掌握温湿度传感器的操作方法；2）掌握温湿度传感器采集程序的编程方法。2.1.2 实验内容在IAR集成开发环境中编写温度传感器采集程序。2.1.3 预备知识1） 了解C语言的根本知识；2） 了解IAR中编写和调试程序的方法。2.1.4

4、实验设备1）硬件：Pe机、CC2000仿真器、带传感器扩展板1的通用调试母板、USB线；2）软件：Pe机操作系统Windows98（2000XP）+IAR开发环境。2.1.5 根底知识A.启动传感器首先，选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于IV/Ms。通电后传感器需要Hms进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。B.发送命令用一组“启动传输”时序，来完成数据传输的初始化。它包括：当SCK时钟高电平时DATA从高翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平，如图1所示：图1启动传输时序后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”）和五个命

5、令位。SHTIO会以下述方式表示已正确地接收到指令:在第8个SCK时钟的下降沿之后,将DATA下拉为低电平（ACK位）。在第9个SCK时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。C.通信复位时序如果与SHTlO的通信中断，可通过以下信号时序复位：当DATA保持高电平时，触发SCK时钟9次或更多。接着发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态存放器内容仍然保存，如以下图2所示：图2通讯复位时序D.温湿度的测量发送一组测量命令（00000101表示相对湿度RH测量，t0000001表示温度T测量）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/32OmS,分别对应81214bit测

6、量。确切的时间随内部晶振速度，做多可能有30%的变化。SHTlo通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量结束。控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据准备好”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务，在需要时再读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验（可选择读取）。控制器需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB开始，右值有效（例如：对于12bit数据，从第5个SCK时钟起算作MSB；而对于8bit数据，首字节那么五意义）。在收到CRC确实认位之后，说明通信结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量值

7、LSB后，通过保持ACK为高电平终止通信。在测量和通信完成后，SHTlO自动转入休眠模式。相对湿度测量时序如以下图3所示：TransmissionStartIIAddra*000*IlCommand*0010IIMur*mnt(80mIor12bt)A2A1AOC4C3C2ClCOACKDA/J1图3相对湿度测量时序其中：相对湿度测量时序例如，数值“00000100OOll0001,=0x431=1073=35.5%RH（未包含温度补偿）。DATA有效时间已标出，可参见DATA线。加粗局部的DATA线由传感器控制，普通的DATA线由控制器控制。2.1.6 实验步骤1）将CC2000仿真器的JT

8、AG一端与带传感器1扩展板的通用调试母板的JTAG口相连,USB端和PC机相连，通用调试母板通过USB线供电；2）将串口线将通用调试母板和PC机连接起来，注意将跳线J8同时插到DB9端；3）将配套光盘中的“实验例程及协议栈程序V2.0”中的“CC2530实验例子程序”的整个目录拷贝到D盘根目录下；4）用IAREmbeddedWorkbenChfor80518.10翻开“SHT10SHT10.eww”工程文件；4下载页面示此5）点击IAR功能菜单上的绿色下载按钮卫I进入程序下载页面，如以下图4所示:Downloadingandverif5ngapplication.意图6）程序下载完成后，点击I

9、AR开发环境中的运行程序按钮运行程序，如以下图5所示：外，也可以通过点击其它按钮实现对当前程序的调试（如单步、断点、暂停、进入、返回等）。图5单步调试示意图7）翻开PC机上的超级终端程序，设置波特率为57600bps,8位数据、1位停止、无校验、无流控。2.1.7 实验现象串口调试助手上将定时输出采集到的SHTIO检测到的温度和湿度值，如以下图6所示:图6串口调试助手采集到的温度和湿度2.2步进电机控制实验2.2.1 实验目的1）掌握步进电机的控制原理；2）掌握步进电机控制程序的编程方法。2.2.2 实验内容1）在IAR集成开发环境中编写步进电机控制程序。2.2.3 预备知识D了解C语言的根本

10、知识；2.2.4 了解IAR中编写和调试程序的方法。2.2.5 实验设备1）硬件：PC机、CC2000仿真器、带控制扩展板的通用调试母板、USB线；2）软件：PC机操作系统Windows98（2000、XP）+IAR开发环境。2.2.6 步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机那么转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。2.2.7 本系统

11、化步进电机的控制本系统中使用的步进电机为四相式步进电机，但工作模式为两相四拍。系统中采用CC2530的4个IO口进行脉冲分配，控制步进电机的各相绕组。本系统的步进电机有两种工作模式：半步模式，整步模式。整步模式下的步距角为18度，半步模式那么为9度，各模式下的脉冲分配信号如下：D半步模式半步模式下的脉冲分配信号详细情况如表1所示。表1半步模式下的脉冲分配信号详细情况序号当前状态正转脉冲反转脉冲1OlOl0001010020001100101103100110000010410001010101051010001010006001001101001701100100000180100010101

12、01图7半步模式脉冲信号图信号分配图7如示：2)整步模式整步模式下的脉冲分配信号如表2所示序号当前状态正转脉冲反转脉冲1010110010110310011010101051010011010017OllO01010101表2整步模式下的脉冲分配信号图8整步模式脉冲信号信号分配图8如下：3)实验说明本实验通过循环控制步进电机的4个相序，到达使步进电机旋转的目的。程序列如下：includeioCC2530.h/申明该文件中用到的头文件unsignedcharpluse_table_l=0x05,0x09,OxOa,0x06,)；voiddelay(void);voidmain(void)unsi

13、gnedchari;PODIR=Oxfl;/设置P0.0,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7为输出方式PlDIR=Oxfl;/设置PIQPI.4,P1.5,P1.6,P1.7为输出方式P2DIR=0x01;设置P2.0为输出方式P0_6=0;/停止直流电机while(l)(for(i=0;i4;i+)Pl=(pluse_table_li4);delay();延时)P0_0=P0_0;/反转LEDP2_0=P2_0;/endofmain()voiddelay(void)延时时间约400msunsignedinti;unsignedcharj;for(i=0;i500;i+)(for(j=0;

14、jXP）+IAR开发环境。3.5 根底知识3.5.1 根本原理简单无线收发实验实现个域网内任意两个用户之间的信息交换。网关或端节点接收到的无线信道送过来的数据后，比拟PANID和网络短地址，PANID和短地址都与本地相符时，将数据通过串口或其它方式传送到用户终端，否那么将数据丢掉，不传送到用户终端。点对点通信时，只有1个用户可收到信息。点对点连接是两个系统或进程之间的专用通信链路。想象一下直接连接两个系统的一条线路。两个系统独占此线路进行通信。点对点通信的对立面是播送,在播送通信中,一个系统可以向多个系统传输。本实验我们采用一个网关节点和一个路由节点进行简单数据无线收发实验。当路由节点被允许参

15、加网络后，网关节点将记录下此路由节点的网络短地址，当网关节点需要向路由节点发送数据时，即通过无线信道发送到路由节点的网络短地址，路由节点接收到无线数据后，将数据通过串口送出；当路由节点需要向网关节点发送数据时，即通过无线信道发送到网络短地址OXOoO0,同样，网关节点接收到数据后，也通过串口送出。实际上我们可以通过网络短地址在Zigbee的个域网中实现任意两个节点之间的点对点无线收发实验。3.5.2 程序说明本实验修改了Z-Stack协议栈中的SAPP_FrameWork.c和MT_UART.c中的程序。可翻开Z-Stack协议栈中的简单无线收发网关节点工程CoordinatorPeer和简单

16、无线收发路由节点工程RouterPeer,在SAPP_FrameWork.c和MT_UART.c中，查看针对简单无线收发实验增加或修改的局部程序。3.6 实验步骤1）准备两块通用调试母板，CC2000仿真器，供电并连接好。将两块通用调试母板通过USB串口和PC机连接。跳线J8跳到USB串口端，C跳到VBUS端，J5跳到EXT3.3端。如图9所示：图9调试模板连接示意图2）翻开Z-StaCk协议栈中的工程COOrdinatOrPeer,并进行编译；3）编译成功后，将产生的COOrdinatOrPeer.hex烧写到任一通用调试母板中，作为简单无线收发实验的网关节点。4）翻开Z-StaCk协议栈中

17、的工程RouterPeer,并进行编译；5）编译成功后，将产生的R。UterPeer.hex烧写到任一通用调试母板中，作为简单无线收发实验的路由节点。6）网关节点板和路由节点板均上电，等待路由节点参加网络，路由节点上的二极管指示灯D2常亮，表示网络已连接。如长时间未连接，可按路由节点的复位按扭S2对路由节点进行复位。7）在控制面板系统硬件设备管理器中查看USB串口的串口号，如图10所示：图10查看串口号示意图8）翻开两个串口调试助手窗口，串口号分别指到前面查到的串口号上，波特率设为38400bps,并分别翻开串口。在任何一个串口调试助手发送窗口中用键盘输入数据时，在另一个串口调试助手的接收窗口

18、均有相同的信息显示，如图11所示。.图11串口调试窗口4应用层协议分析4.1 实验目的熟悉创维特物联网协议V2.0关于温湿度的通讯协议。4.2 实验内容分析接收的传感器数据。4.3 实验设备1）硬件：PC机、CC2000仿真器、带传感器扩展板1的通用调试母板、USB线；2）软件：PC机操作系统Windows98（2000XP）+IAR开发环境。4.4 根底知识4.5 实验结果创维特温湿度调试结果如图12所示：图12创维特温湿度调试结果4.6 数据分析得到的数据为:0 12 3 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 190211 B9 46 Fl 9716

19、0100 00 80 42 20 OB OC 42 7100 00 4902 11 B9 46 Fl 9716 0100 00 80 42 20 OB OC 42 7100 00 4902 OB B9 46 Fl 22 AO 0100 00 87 3E 21IE02 OB B9 46 Fl37 BB 0100 00 86 44 22 68其中第二行的0211B946Fl9716010000804220OBOC4271000049为重复，所以根据第二行数据进行分析。1）路由命令格式说明：路由命令由20个字节组成，每个字节说明如下：ByteO:0x2（帧头）02Bytel：OxH（包长度,Byte

20、2-18）11Byte23：0x46B9（cmd,控制命令，低字节在前）46B9Byte4:OxFl（CmdEndPoint,命令端节点号）FlByte56：SrCShOrtAddr（两个字节短地址，低字节在前，网关上电时为OXoOOO）300FByte7：OxFO（endPoint,任务号240,表示管理任务）01Byte8:0x2（指示为路由帧）00Byte16:SrcIEEEAddr（8个字节的IEEE源地址）00804E2009093C51Bytel718：ParentShOnAddr（父短地址,网关上电时为OXFFFF）OoolByte19：FCS（帧校验和，BytelBytel8的

21、字节异或值）A32）传感器发送命令格式：传感器数据发送命令，每个字节说明如下：ByteO:0x2（帧头）Bytehlen（包长度,Byte2到FCS前的字节数。即n-2+l,或有效数据长度+6）Byte23：0x46B9（cmd,控制命令,低字节在前）Byte4:OxFl（CmdEndPoint,命令端节点号）Byte56：SrCShortAddr（两个字节源短地址，低字节在前，网关上电时为OXooOO）Byte7:任务号（一般为1）OlByte89：ParentShOrtAddr（两个字节父短地址，低字节在前，网关为OXOOOO）OOOOBytelO:节点及传感器板类型号。801000000

22、0D7D6为节点类型（00：网关节点；01：路由节点；10：端节点）D5D4D3D2D1DO为传感器板类型代码（目前从0x00x9）。Bytell-n:采集的传感数据（后面针对每种传感器扩展板均有详细的说明）。4E2009093C51OOOlByten+1：FCS（Byteln的字节异或值）A33）传感器扩展板1采集的传感数据说明：数据第1字节：A/D采集，1个字节。0为OV；0x7F为3.3V2.026数据第2字节：CC2530温度，1个字节。单位为32数据第3字节：传感器板温度，1个字节。单位为C09数据第4字节：温湿度传感器温度，1个字节。单位为C09数据第5字节：温湿度传感器湿度，1个

23、字节。单位为60数据第6字节：光照度，1个字节。00x7F53数据第7字节：振动，1个字节。1：有振动；0：无振动00数据第8字节：人体感应，1：人体接近；0：无人体接近014.7 上位机演示结果5.小结本次课程设计的题目是物联网应用综合设计，是我们本科期间的最后一门课程设计。物联网应用综合设计就是将我们本科期间所学的知识都融会贯穿在一起。真如此课程设计要求我们实现温湿度传感器的数据采集和步进电机的控制，不仅要硬件上实现，还需要在PC机上写一个上位机，通过上位机来操作。上学期我们进行过一门物联网硬件设计的课程设计，因此对这里面的传感器等硬件已经有一些了解，本以为可以轻松一些，但事实并非如此。这

24、次使用的传感器是数字信号传播，而之前用的是基于模拟信号的，数字信号的相比模拟信号的难度更大。第一周过去把环境搭好了，然后就是看一些参考文档，了解一些这些芯片的根本使用。第二周有一个工程师过来给我们培训，从最根底的一点一点给我们讲解。我在这之间也遇到了不少的问题，首先就是对传感器的数据传送出了一些问题，数据通过串口始终传送不到PC机上，或者收到的就是没有意义的一些数据串。检查了好久都没有找到原因，后来在同学和老师的帮助下，终于找到了错误的所在，是串口的波特率没有调整到正确的数值。这是个一个小小的波特率错误，最终的结果与预期的南辕北辙，因此在每一个细节上我们都不能马虎。虽然这次课程设计叫物联网应用

25、综合设计，说白了还是做智能家居，利用传感器来实现智能控制。接触了快四年的物联网，说实话我对物联网也是了解很浅，或者说只是基于学院、学校的一些知识。通过大学期间大大小小的实验、课程设计，我只能说刚刚入门，物联网是一个很广的话题，研究的方向设计我们生活的方方面面，因此我们也不可能每一个方向都研究，我们应该找一个自己感兴趣的方向，然后慢慢去摸索，去研究，最终在这个方向上有所成绩。通过这次课程设计，一方面提高了我的实践能力，加深了我对一些传感器的理解，同时更重要的是让我学会了学习一种新的东西。在以后的工作中，我们肯定会碰到很多我们之间没有碰到的问题，我们需要的就是将这些新的问题转化为我们熟悉的问题，然后运用自己掌握的知识去解决，同时也要不断去学习，计算机这个方向开展速度非常快，不像一些传统行业，靠的是经验，新兴的物联网需要我们去探索，去创新。