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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)點可組建WiFi、藍牙、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、藍牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控節(jié)點數(shù)據(jù)解析處理，在網(wǎng)關(guān)的Mesh拓撲圖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，可隨意拖動，不會影響網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向。
7. 可在拓撲圖中點擊任一種傳感器節(jié)點，進入下一級界面，查看當前傳感器節(jié)點的采樣數(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 1  
6 Cortex-M3核心板(IPv6協(xié)議) 9  
7 CC2530主控底板 3  
8 藍牙通信模塊 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)拓撲綜合軟件 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
貨物名稱 型號 指標參數(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{牙、WiFi、IEEE802.15.4無線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)IPV6協(xié)議、Zigbee節(jié)點經(jīng)ZStack協(xié)議融合在一個拓撲圖中，在界面上顯示藍牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等節(jié)點的傳感器數(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）要求藍牙、WiFi、IEEE802.15.4三種傳感器節(jié)點均具有唯一的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，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） 藍牙WiFi：板載藍牙WiFi二合一模塊；
（15）Mini PCIe接口：標準可插入4G通信模模塊；
（16）24Pins應(yīng)用擴展接口：用于處理器外設(shè)接口擴展功能，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)擴展板（1個）
由網(wǎng)關(guān)直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點，使用較少IO擴展更多功能，默認地址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。
3.三路繼電器擴展板（1個）
由網(wǎng)關(guān)直接驅(qū)動。采用HC595串入并出特點，使用較少IO擴展更多功能，默認地址0x10。
可控制3路繼電器，線圈機械式觸點，1個常開，1個常閉，最大負載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（1個）
與網(wǎng)關(guān)的TTL UART連接。采用CC2530射頻功能與802.15.4的從機組建射頻網(wǎng)絡(luò)，接收從機信息，向從機發(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（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；
標配ARM仿真器、串口下載仿真調(diào)試轉(zhuǎn)接板。
運行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；
標配下載仿真器。
2）無線傳感網(wǎng)通信模塊
（1）藍牙通信模塊（3個）：采用UART接口的內(nèi)置協(xié)議棧方案，設(shè)置從機模式，與主機配對后，將微控制器采樣數(shù)據(jù)傳輸給主機。
（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，或者接收主機的控制命令控制執(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)、可燃氣體傳感器、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?？芍苯咏拥街靼鍌鞲衅鹘涌诎迳希峁└黝悅鞲衅鹘涌诎宓脑韴D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下一鍵刷機軟件，選擇需要更新的鏡像文件，可通過SD卡脫離PC機一鍵燒寫，也可通過USB線纜刷機，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）、Ethernet上網(wǎng)功能，無線藍牙功能，模擬/數(shù)字攝像頭拍照、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)融合拓撲展示應(yīng)用軟件的功能：
能夠?qū)⑺{牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的傳輸方式，由網(wǎng)關(guān)解析后以拓撲圖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)點的IPv6地址，能夠隨意拖動傳感器，而不改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)；
點擊網(wǎng)關(guān)上傳感器節(jié)點圖標，可進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)，拓撲綜合應(yīng)用程序信息采集圖標的實現(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.藍牙傳感網(wǎng)實驗不少于4個：環(huán)境搭建實驗、藍牙透傳實驗、藍牙無線點燈實驗、藍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：點對點通信、廣播通信、RSSI信號強度、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、多點自組網(wǎng)、信息廣播/組播、網(wǎng)絡(luò)拓撲星型網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)拓撲樹型網(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IPv6組網(wǎng)實驗、藍牙節(jié)點IPv6組網(wǎng)實驗、RPL802.15.4 IPv6組網(wǎng)實驗、節(jié)點間IPv6-UDP通信實驗、節(jié)點間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)拓撲綜合實驗。

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