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无线传感器网络PPT课件

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• 数据链路层(MAC层协议)
信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道,就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
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网络层(路由)
• 网络层(路由)
两个基本功能:确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN(SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议) 3 LEACH(LEACH是一种分层网络协议,它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
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3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议,就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标:在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路;协调共享 介质的访问
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管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理,它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
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4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多,很多科研机构都开放自己的硬件平台,但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。

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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上,无线传感器网络遵从的主要是标准(Zigbee)
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数据链路层(MAC层协议)
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列

第8章无线传感器网络newPPT课件

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应用相关 :由于应用环境区别很大,传感网路
由机制由应用确定
22
设计无线传感器网络路由机制的要求
(1) 能量高效 (2) 可扩展性 (3) 鲁棒性:路由机制有一定的容错能力。 (4) 快速收敛性 :路由表更新,并将分组
发送到新的接口所用的时间。
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路由协议分类
根据不同应用对传感器网络各种特性的敏感度不同,可以将 路由协议分为四种类型:
(1)能量感知路由协议。早期传感网络路由协议仅考虑能量 因素,如能量路由算法和能量多路径路由算法。
(2)基于查询的路由协议。实时监测应用中,以数据查询为 主,通信流量主要是查询节点和传感器节点之间的命令 和数据传输,同时传感器节点通常进行数据融合。
(3)地理位置路由协议。目标跟踪应用中,需要知道节点的 地理位置,以此作为路由依据。
通常采用微型电池。
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3.无线传感器网络的协议体系
❖ 图a是早期协议栈模型,与互联网五层协议栈 对应
❖ 图b是细化后的协议栈模型
时间同步和定位子层既要依赖于数据传输通道进 行协作定位和时间同步协商,又要为其他各层提 供信息支持,如基于时分复用的MAC协议,基于 地理位置的路由协议等。
b右边诸多机制一部分融入到协议中,另一部分
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MAC协议分类标准:
❖ 缺乏统一的分类标准,采用以下几种: 采用分布式控制还是集中控制 使用单一共享信道还是多个信道 采用固定分配信道方式还是随机访问信道方式
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采用第三种标准的MAC协议分类:
(1) 采用无线信道的时分复用方式,给每个传感器节点分配固 定的无线信道使用时段,从而避免节点之间的相互干扰。 包括基于分簇网络的MAC协议、DEANA协议、基于周期性 调度的协议、TRAMA协议、DMAC协议等。

无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件

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2020/12/11
13
以数据为中心
在无线传感器网络中,人们通常只关心某 个区域内某个观测指标的数值,而不会去 具体关心单个节点的观测数据。 用户使用传感器网络查询事件时,直接将 所关心的事件通告给网络,而不是通告给 某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。
2020/12/11
网络的通信保密和安全性十分重要,信道 加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施 都需要特别考虑。
2020/12/11
8
无线传感器网络的特征
深入研究表明,无线传感器网络有着与无 线自组网络明显不同的技术要求和应用目 标。无线自组网络以传输数据为目的,致 力于在不依赖于任何基础设施的前提下为 用户提供高质量的数据传输服务;而无线 传感器网络以数据为中心,将能源的高效 使用作为首要设计目标。
2020/12/11
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无线传感器网络的体系结构概述
应用服务接口
网络管理接口


/
拓 扑 控
服 务 质 量
移 动
/ 能
2020/12/11
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无线传感器网络的特征
作为Internet在无线和移动范畴的扩展和延伸,无线自组网络 (Ad-hoc Network)由若干采用无线通信的节点动态地形成一个 多跳的移动性对等网络,从而不依赖于任何基础措施。
无线传感器网络与 无线自组网络的共 同特点:
分布式 自组织 拓扑变化 多跳路由 安全性差
2020/12/11
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多跳路由
由于节点发射功率限制,节点的覆盖范围 有限,通常只能与它的邻居节点通信。
多跳路由是由普通网络节点协作完成,没 有专门的路由设备。每个节点既可以是信 息的发起者,也可以是转发者。

无线传感器网络技术ppt课件

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11
模拟调制和数字调制
数字调制是用数字基带信号对高频载波的 某一参量进行控制,使高频载波随着数字 基带信号的变化而变化。目前通信系统都 在由模拟制式向数字制式过渡,因此数字 调制已经成为了主流的调制技术。
.
12
数字调制
幅度
频率
相位
通过调节三个参数可以表达信息
.
13
幅度调制 Amplitude shift keying e.g. MICA TR1000
-110(2.4kBaud)
19.7 250k -25~0 -94(250kBaud1)9
物理层帧结构
4B
1B
1B
前导码
SFD 帧长度(7位) 保留位
同步头
帧的长度,最大为128B
可变长度 PSDU
PHY负荷
前导码:第一个字段,其字节数一般取4, 收发器在接收前导码期间会根据前导码序列 的特征完成片同步和符号同步,当然字节数 越多同步效果越好,但那需要更多的能量消 耗。
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15
直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)
跳频(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)
跳时(Time Hopping Spread Spectrum, THSS)
宽带线性调频扩频(chirp Spread Spectrum, chirp-SS,简称切普扩频)。
提供传送数据的通路 传输数据 其他管理功能
.
PPDU数据
Bit to Symbol Symbol to Chip
Modulator RF信号
2
物理接口标准
通常物理接口标准对物理接口的四个特性进行了描述:

无线传感器网络技术与应用课件

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1、基于距离的定位
基于距离的定位机制(range-based)是通过测量相邻节点 间的实际距离或方位进行定位的。分为三个阶段
1)测距阶段。首先未知节点通过测量接收到信标节点发出 信号的某些参数,如强度、到达时间、达到角度等,计算 出未知节点到信标节点之间的距离,这个测量出来的距离 可能是未知节点到信标节点的直线距离,也可能是二者之 间的近似直线距离。
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2、入侵检测技术 入侵检测可以被定义为识别出正在发生的入侵 企图或已经发生的入侵活动过程 分类 基于误用的检测 基于异常的检测 基于规范的检测
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入侵检测框架
50
国内和国际有多项标准与无线传感器网络具有关联 性,其中明确提出其研究对象为无线传感器网络标 准的组织包括国内WGSN标准工作组和国际ISO/IEC JTC1 WG7工作组
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3、查询处理技术 动态数据查询:数据仅在一个小的时间窗内有效 历史数据查询:对检测到的历史数据进行检测、 分析走势等,此类查询通常认为每个数据都是同 等重要的,是不可缺少的
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四、目标跟踪技术 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的估计, 同时也是对传感器接收的量测进行处理的过程 基本原理:当有目标进入监测区域时,由于目标 的辐射特性(通常是红外辐射特征)、声传播特 征和目标运动过程中产生的地面震动特征,传感 器会探测到相应的信号
3
二、无线传感器网络的应用领域 军事 农业 医疗 建筑工程与建筑物 智能建筑与市政建设管理
4
三、无线传感器网络的特点 体积小、电源能力有限 计算和存储能力有限 分布式、多跳自组织 通信半径小、带宽低 动态性强 以数据为中心
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四、无线传感器网络的关键技术 网络拓扑控制 网络协议 时间同步 定位技术 数据管理 网络安全

第6-2讲 无线传感网络PPT课件

第6-2讲 无线传感网络PPT课件

2020/1/7
6
无线传感网络概述
无线传感网络中,传感节点协作运行来完成任务,
并根据网络的规模选用合适的路由协议转发传感信息。 节点不仅能够借助中间节点的转发来实现远距离通信, 还可以监测本地环境的变化,收集和处理相关的传感 信息,从而增强了传统Ad Hoc网络的功能。无线传感 网络可以广泛应用于军事和民用环境,进行信息的收 集和处理、对象跟踪和网络环境的监测,适合配置在 野外、交通要道、家庭、军事、医疗和安全部门等场 合。此外,传感节点可以使用多种传输媒质,包括无 线电播、声波和地震波等。
2020/1/7
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传感网络的分类(续)
(a) 非传播系统
(b) 确定路由系统
(c) 自组织系统
传感节点
路由节点
中心处理节点
2020/1/7
17
当前研究现状
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当前研究现状
目前,国外很多大学和组织都在对无线传感网络 进行积极探索,并取得了一些研究成果。
加州大学伯克利分校研制了一个包括800个小型传感节 点的测试床,传感节点可以感知光线的强度、温度、电 池能量和信号强度,并能及时地反映在监控屏幕上。
基于以上考虑,传感网络可分为三类:非传播系统、确 定路由系统和自组织系统。
另外,还可以根据网络中的传感节点是否需要单独寻址 以及传感数据是否被汇聚来对传感网络分类。
2020/1/7
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传感网络的分类(续)
非传播系统中,传感节点与中心节点一跳可达,不需任 何路由节点和路由算法。传感节点通常不移动,数据的聚集、 分发和处理主要由中心节点完成,例如安装在建筑物和交通 要道上的传感系统。
2020/1/7
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传感节点的构成
典型的传感节点包括四个主要部分:检测单元、 处理单元、发送接收单位和能量供给单元,此外 还包括一些附加的与应用相关的部件,如位置发 现系统、功率产生器和移动载体等。

精选无线传感器网络技术及其应用课件

精选无线传感器网络技术及其应用课件

3
5.1.2
攻击与威胁
(4)Wormhole攻击 在Wormhole攻击中,攻击者将在一部分网络上接收的消息通过低时延的信道进行转发,并在网络内的各簇进行重放。Wormhole攻击最为常见的形式是两个相距较远的恶意节点相互串通,合谋进行攻击。一般情况下,一个恶意节点位于基站附近,另一个恶意节点离基站较远,较远的那个节点声称自己和基站附近的节点可以建立低时延、高带宽的链路,从而吸引周围节点将其数据包发到它这里。在这种情况下,远离基站的那个恶意节点其实也是一个Sinkhole。Wormhole攻击可以和其他攻击(如选择转发、Sybil攻击等)结合使用。
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8、鲁棒性 传感器网络一般配置在恶劣环境、无人区域或敌方阵地中,环境条件、现实威胁和当前任务具有很大的不确定性。这要求传感器节点能够灵活地加入或去除、传感器网络之间能够进行合并或拆分,因而安全解决方案应当具有鲁棒性和自适应性,能够随着应用背景的变化而灵活拓展,来为所有可能的应用环境和条件提供安全解决方案。此外,当某个或某些节点被攻击者控制后,安全解决方案应当限制其影响范围,保证整个网络不会因此而瘫痪或失效。
6
5.1.2
攻击与威胁
(6)选择转发攻击 多跳传感器网络通常是基于参与节点可靠地转发其收到信息这一假设的。在选择转发攻击中,恶意节点可能拒绝转发特定的消息并将其丢弃,以使得这些数据包不再进行任何传播。然而,这种攻击者冒着邻近节点可能发现这条路由失败并寻找新路由的危险。另一种表现形式是攻击者修改节点传送来的数据包,并将其可靠地转发给其他节点,从而降低被人怀疑的程度;解决方案是由节点进行概率否决投票并由基站或簇头对恶意节点进行撤销。多径路由也是对付选择转发攻击比较有效的方法。
4
5.1.1
安全需求

无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第9章

无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第9章
评估 IEEE802.11 设备及网络的性能测量、性能指标及测试过程的推荐方法,大写 字母 T 表示推荐而不是技术标准
修正物理层和 MAC 层,提供一个通用及标准的方法与非 IEEE802.11 网络(如蓝牙、 WIMAX)共同工作
扩大了网络吞吐量,减少冲突,提高网络管理的可靠性 扩展了 IEEE802.11 对数据帧的管理和保护以提高网络安全
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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由于802.11在速率和传输距离上都不能满足需要, 1999年,IEEE小组又相继推出两个补充版本:802.11a和 802.11b。802.11a定义了一个在5GHz的ISM频段上,数据传 输速率可达到54Mbit/s的物理层;802.11b定义了一个在 2.4GHz的ISM频段上,但数据传输速率高达11Mbit/s的物理 层,成为第一个在WIFI标准下将产品推向市场的标准。 1999年,工业界成立了WIFI联盟,致力解决符合802.11标 准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年6月,IEEE 802.11g规范正式批准,物理层速率提高到54 Mb/s,并提高 了与IEEE802.11b设备在2.4GHz ISM频段的公用能力。
WIFI全称为Wireless Fidelity,又称IEEE802.11b标准, 它的最大优点就是传输速度较高,可以达到11 Mb/s,另外 有效距离也较长,与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。 本章介绍WIFI技术的技术标准、组网方式及协议架构。
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益

无线传感器网络的理论及应用PPT教学课件

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2020/12/11
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多跳路由
由于节点发射功率限制,节点的覆盖范围 有限,通常只能与它的邻居节点通信。
多跳路由是由普通网络节点协作完成,没 有专门的路由设备。每个节点既可以是信 息的发起者,也可以是转发者。
2020/12/11
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安全性差
由于采用了无线信道、分布式控制等技术, 网络更容易受到被动窃听、主动入侵等攻 击。
2020/12/11
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网络管理平台
拓扑控制:拓扑控制利用链路层、路由层完成拓扑生成,反过来又为 它们提供基础信息支持,优化MAC协议和路由协议,降低能耗。 服务质量管理:服务质量(QoS)管理在各个协议层设计队列管理、 优先级机制或者带宽预留等机制,并对特定应用的数据给予特别处理。 能量管理:每个协议层次中都要增加能量控制代码,并提供给操作系 统进行能量分配决策。 安全管理:传统安全机制无法使用。采用扩频通信、接入认证/鉴权、 数字水印和数据加密等技术。 移动管理:监测和控制节点的移动,维护到汇聚节点的路由,还可以 使传感器节点跟踪它的邻居。 网络管理:对无线传感器网络上的设备及传输系统进行有效监视、控 制、诊断和测试所采用的技术和方法。它要求协议各层嵌入各种信息 接口,并定时收集协议运行状态和流量信息,协调控制网络中各个协 议组件的运行。
2020/12/11
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应用支撑平台
包括一系列基于监测任务的应用层软件, 通过应用服务接口和网络管理接口来为终 端用户提供各种具体应用的支持: 时间同步 定位 应用服务接口 网络管理接口
2020/12/11
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无线传感器网络的研究进展
无线传感器网络的发展历程 无线传感器网络的关键技术 无线传感器网络所面临的挑战
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Arduino核心库函数和系统库 函数
• void setup()//初始化配置函数,在main函数中首先 被执行,只执行一次
• void loop()//无限循环函数 • delay()//延迟函数 • ……
Zigduino基础实验
• 通用数字IO口点亮LED • 串口的使用 • ADC口光敏传感器控制 • 外部中断点亮LED • 定时器的使用 • 1602型LCD的应用
无线传感网络(WSN)
无线传感网络关键词
英文:Wireless Sensors Networking •传感 •无线网络
概念
• 无线传感器网络是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世 界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备 位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线 通信方式形成的一个多跳自组织网络。
下载程序后,LED红 灯亮了。然后你用黑
• pinMode(1,INPUT); //配置1号数字引脚为输入模式
色导线的
• void loop() •{ • if (digitalRead(1))
就可以发现灯灭了, 因为3号引脚读取的 电平是低电平。(默 //读取1号引脚的电平判断是否为高电平 认情况下管脚输入的
digitalWrite(3,HIGH); delay(1000);//延时1000ms digitalWrite(3,LOW); delay(1000);
怎么理解delay( )函数?就好像 一个要走路的人在原地踏步!
MCU一旦上电,根本停不下来
Arduino包含的以下数字IO口库函数
• void pinMode(uint8_t pin, uint8_t mode):设置管脚的方向, pin表示管脚的序号,mode表示方向,只能取INPUT,OUTPUT 两个值,如下面的代码把管脚10设成输入:
• 当它为高电平即电源电压,它相当于电 源正极,但是它的输出电流受限于单片 机IO口。为低电平时,相当于GND即地。
(UART)串口:串行通信接口
Zigduino里面 串口的英文单词用Serial
• 串口通信有两个方向:发送和接收
• 串口有一个参数:波特率,(单位是bps)即数据通信的 传输速率。常用波特率数值有( 300、600、1200、 2400、4800、9600、19200、38400、43000、 56000、57600、115200bps)。通信的接收方需要 设置与发送方一致的波特率才可以正确接收到数据。
• 假定我们自己是单片机,单片机读,是输入;写则是 输出。
串口库函数
• void begin(unsigned long baud):串口使能,并工作在数值为baud的波特率下,如下面的代码启动了 UART,并工作在57600的波特率下:
• Serial.begin(57600); • int available(void):返回串口缓冲区中有多少字节没有读取的数据; • int read(void): 返回串口读取到的当前数据,同时从缓冲区中删除此数据; • size_t write(uint8_t):往串口写入一个字节; • size_t write(const char *str):往串口写入一个字符串; • size_t write(const uint8_t *buffer, size_t size):往串口写入一个字节数组的前面的大小为size的部分; • print(data):往串口写入数据,可以是数字型的也可以是字符串; • print(data, encoding):往串口写入格式化数值数据,encoding 可以是十进制(DEC),十六进制(HEX),
• pinMode(10,INPUT); • void digitalWrite(uint8_t pin, uint8_t val):设置管脚的数字电
平, pin表示管脚的序号,value表示电平,只能取HIGH,LOW两 个值,如下面的代码把管脚5设成高电平:
• digitalWrite(5,HIGH); • int digitalRead(uint8_t pin):返回管脚的数字电平, pin表示管
常用传感器驱动开发和应用
• DHT11:温湿度传感器 • ADXL345:三轴加速度传感器 • BH1750FVI :光照传感器 • DS18B20:温度传感器
单片机IO接口
• I/O口是输入/输出的简写,I/O口分数字I/O 口和外设I/O口两种。
• 外设I/O口有ADC接口,TIMER接口(时 钟),中断接口,I2C接口,串口等等。
课程内容
• 传感技术应用 • 无线传感网络通信基础 • 无线传感网络应用
考核办法
• 平时成绩:20% • 期末大作业:80%
Zigduino开发平台
• Arduino体系 • 优点:易上手,可实现快速应用 • 单片机开发实质:配置寄存器
硬件平台
软件平台
• Eclipse,相比Arduino IDE、KEIL、IAR • Arduino程序特点
脚的序号,返回值只能是HIGH或LOW,如下面的代码将返回管 脚7的数字电平:
• val = digitalRead(7);
IO口实验二
• 电路连接
新建IO2工程项目
• #include "io2.h"
• void setup()
•{ • pinMode(3,OUTPUT); //配置3号数字引脚为输出模式
• 一个芯片的I/O口引脚是用于数字I/O口还是 外设I/O口,可以通过寄存器配置进行选择。
数字IO口实IO验口一实验一
• 第一步: 连接电路
IO口实验一
• 第二步:写程序,新建名字叫IO1的工程项目;
• 在setup()函数里面写入:
pinMode(3,OUTPUT);
• 在loop()函数里面写入:
• digitalWrite(3,HIGH); //将3号引脚的电平设置为高电平
读取值是高电平)
• else
//否则
• digitalWrite(3,LOW); //将3号引脚的电平设置为低电平
•}
总结
• 数字IO口既可以是输入,也可以是输出。 但是无论是输入还是输出,它是都是数 字型的,要么是0(零电压LOW),要 么是1(电源电压HIGH)。
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