课程设计实验报告 北邮

课程设计实验报告

-----物联网实验

学院：电子工程学院班级：2011211204

指导老师：赵同刚

一．物联网概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二．物联网作用

现有成熟的主要应用包括：

—检测、捕捉和识别人脸，感知人的身份；

—分析运动目标（人和物）的行为，防范周界入侵；

—感知人的流动，用于客流统计和分析、娱乐场所等公共场合逗留人数预警；

—感知人或者物的消失、出现，用于财产保全、可疑遗留物识别等；

—感知和捕捉运动中的车牌，用于非法占用公交车道的车辆车牌捕捉；

—感知人群聚集状态、驾驶疲劳状态、烟雾现象等各类信息。

三．物联网无线传感（ZigBee）感知系统

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee在整个协议栈中处于网络层的位置，其下是由IEEE 802.15.4规范实现PHY（物理层）和MAC（媒体访问控制层），对上ZigBee提供了应用层接口。

ZigBee可以组成星形、网状、树形的网络拓扑，可用于无线传感器网络（WSN）的组网以及其他无线应用。ZigBee工作于2.4 GHz的免执照频段，可以容纳高达65 000个节点。这些节点的功耗很低，单靠2节5号电池就可以维持工作6～24个月。除此之外，它还具有很高的可靠性和安全性。这些优点使基于ZigBee的WSN广泛应用于工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。ZigBee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC

层和物理层协议，因此ZigBee 联盟对其网络层协议和API 进行了标准化。ZigBee 联盟还开发了安全层。

四．物联网系统组成

（一）硬件平台

1、硬件组成

从硬件角度看，系统由4大部分组成：位于最底层的传感器采集节点、中间的路由节点、将数据传送到PC 机的协调器节点以及PC 机几个平台。系统框图如图2-1所示： PC

协调器

(LM3S9B96)

采集节点1采集节点5采集节点3采集节点4路由1路由2采集节点6

采集节点2路由3

ZigBee

UART/USB

ZigBee ZigBee ZigBee

图

2-1 系统框图

从上图可以看到，除协调器与PC 机的通讯可采用以太网或USB 外，其他各个部分之间都采用ZigBee 网络。整个系统除了PC 机外的其他部分都采用当前最流行的低功耗、小封装的Cortex-M3芯片做主控芯片。其中的终端节点和路由节点采用LM3S811，汇聚节点采用内部集成以太网和USB 控制器的LM3S6952或LM3S9B96，终端节点除ZigBee 部分进行数据传输外，还有不同的传感器信号处理部分。具体见下面介绍。

2、主要器件介绍

● LM3S6952：

支持最大主频为50MHz 的ARM Cortex-M3内核，256 Kbyte FLASH,64 KByte SRAM ，LQFP-100封装。集成10/100MHz 以太网、睡眠模块、正交编码器、3路10位ADC 、带死区PWM 、模拟比较器、3路UART 、SSI 、通用定时器，I2C 、CCP 等外设。

● LM3S9B96：

支持最大主频为80 MHz 的ARM Cortex-M3内核，256 KByte FLASH,96 KByte SRAM ，LQFP-100封装。集成10/100MHz 以太网、2路CAN 控制器、USB OTG 、外部总线EPI 、ROM 片上StellarisWare 软件、睡眠模块、正交编码器、16路ADC 、带死区PWM 、模拟比较器、UART 、SSI 、通用定时器、I2S 、I2C 、CCP 、高精度振荡器、DMA 等外设。

● LM3S811：

支持最大主频为50 MHz的ARM Cortex-M3内核，64 KByte FLASH,8 KByte SRAM，LQFP-48封装。集成正交编码器、4路10位ADC、带死区PWM、模拟比较器、2路UART、SSI、3个通用定时器，I2C、CCP等外设。

CC2420：

CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器。该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF 03技术，以0.18um CMOS工艺制成只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。

CC2420的主要性能参数如下：

●工作频带范围：2.400～2.4835GHz；

●采用IEEE 802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；

●数据速率达250kbps，码片速率达2MChip/s；

●采用O-QPSK调制方式；

●超低电流消耗（RX:18.8mA,TX:17.4mA）高接收灵敏度（-95dBm）；

●抗邻频道干扰能力强(39dB)；

●内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器，采用低电压供电(2.1～3.6V)；

●输出功率编程可控；

●IEEE 802.15.4的ＭＡＣ层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、

16bitCRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBC－MAC,CCM)；

●与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)；

●开发工具齐全，提供有开发套件和演示套件；

●采用QLP-48封装，外形尺寸只有７×７ｍｍ。

（二）、协调器介绍

（一）、协调器主要负责将路由器或采集节点上传的数据发送到上位机，因此采用集成USB控制器的LM3S9B96芯片，LM3S9B96芯片资源如下：

支持最大主频为80 MHz的ARM Cortex-M3内核，256 KByte FLASH,96 KByte SRAM，LQFP-100封装。集成10/100MHz以太网、2路CAN控制器、USB OTG、外部总线EPI、ROM 片上StellarisWare软件、睡眠模块、正交编码器、16路ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器、I2S、I2C、CCP、高精度振荡器、DMA等外设。

（二）、协调器为EL-IOT-II实验箱，结构框图如图2-4所示：