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RZ-WSN物联网综合实验系统(无线传感网络实验系统)一、平台架构介绍1、平台架构思想物联网是在互联网的基础上，利用无线传感网、RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internetofthings”，在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，无需人的干预。物联网应具有三个特征：一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠的传递，通过各种网络之间的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实现智能化地控制。物联网大致被公认为有三个层次：底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上层则是应用层。感知层是由各种类型的采集和控制模块组成，如温度感应器、声音感应器、振动感应器、RFID感应器等，完成物联网应用数据采集和设备控制功能，还包括数据接入到网络之间的传感器网络，所以感知层是物联网的重要基础。近年来，随着微电子、无线通信和信号处理领域的发展，基于大量具有通信功能的微型无线传感器构成的传感器网络（WSN）成为了国内外关注的热点。物联网综合实验系统正是基于上述物联网结构进行架构，突出体现了感知层，网络层和应用层的层次感，采用了分立和集成的教学概念，可以使学生在使用过程中，循序渐进的掌握物联网概念。平台整合了现有的主流物联网技术，主要包括无线传感器，ZigBee，RFID，TCP/IP，WI-FI，GSM/GPRS/3G，可以基于此平台开发多种应用系统。可以说，此平台是一款融和了传感器技术，嵌入式技术，多种无线通信技术，信息处理技术等一系列先进技术的产品，而这正是物联网发展的趋势。物联网综合实验平台构想图如下所示：该解决方案涵盖了从感知层的传感器数据采集到应用层的软件开发，并且采用模块灵活可选的结构，可以适应多种不同的开发方案。除了提供多样化的硬件外，系统还配置了从基本入门实验例程，数据处理，协议分析，到实际项目的多种配套软件。另外针对物联网的主要技术内容，平台将无线传感，无线组网，上层开发作为重点突出体现，考虑到底层开发多为专业人士，因此我们提供了其他平台所不具备的深入的协议栈分析内容。为使人对物的感知更直观形象，平台还提供了音视频解决方案，音频节点和视频节点能实时将音视频信息通过增强网关传输到信息中心。2、教学研发定位物联网技术面向现代信息处理技术，培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高等工程技术人才。可以培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层，传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。物联网具有以下几大知识模块，可以把以下的知识模块融入到相应的课程体系中去。单片机和嵌入式知识模块知识点包括：从最基础的8051单片机到ARM嵌入式技术，由浅入深，知识点包括：微机原理，接口技术，微控制器体系和原理，实时操作系统，C语言编程技术等等无线片上系统（SoC)知识模块知识点包括：无线单片机通讯接口设计，无线有线收发器原理和结构，通讯原理和结构，嵌入式软件基础等；无线通讯和无线网络知识模块知识点包括：短距离无线数据通讯基础和原理，无线自组网技术，基本无线网络拓扑，ZIGBEE无线技术和802.15,.4无线标准，高级的ZIGBEE技术。网络安全和加密技术，C语言和无线网络算法高级技术原理；高频微波知识模块知识点包括：高频微波技术基础，调制和解调技术，天线原理和设计，阻抗匹配和反射，高频仪器使用，微波放大器设计，无线单片机高频测试和调试方法和原理等；RFID知识模块知识点包括：电磁技术基础，RFID标签防冲突算法，EPC和IS0-18000－6C通讯协议和原理；大功率RFID读卡器原理和设计，RFID和物联网数据库结构和原理等；物联网传输层知识模块知识点包括：物联网网关原理和结构，GSM/GPRS技术原理，3G技术原理和结构，M2M数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时操作系统在物联网网关设计技术等；高级无线网络知识模块知识点包括：微功耗802.11标准WIFI传感器网络原理和结构，内置多ARM和WI-FI收发器的无线单片机，802.15.1蓝牙技术和低功耗蓝牙无线技术原理；Wi-Fi/蓝牙，ZIGBEEPRO无线通讯协议栈原理和设计；音视频处理模块知识点包括：语音采集，图像视频采集，G711/G723/G729语音处理协议，H264，MPEG等视频处理协议。计算机应用类专业的通用基础课程，该类课程是物联网应用、开发及研究的基础知识储备。是物联网专业不同应用方向的共同基础。该类课程较为简单，现有高校中的普及度很高，一般高校都有成熟的教学方案及师资力量，不需要专门去开发。但如有合作院校从未开设这类课程，教育学院也可以提供相应的教学方案供参考。基础类课程之上，物联网教育体系将物联网专业技术分为“传感采集控制”、“通信网络”、“系统应用”三个专业方向。此分类基于对物联网产业的层次化理解，物联网作为一个宏大的产业，并不是一个简单的领域，其最终应用应为一个复杂的链条网，下层是与物理世界联系的纷繁复杂的数据采集方式，中层将数据以各种接入方式进入互联网等各种通讯网络，使数据自由迅速的流动，而在应用端高层是各行各业的专家和用户智能的对数据进行远程、智慧的使用。基于此理解“传感采集控制”、“通信网络”、“系统应用”三个专业方向正是学生培养计划中针对各层次专业人才的归类。“传感采集控制”专业方向主要培养学生学习和掌握现有的和未来可能发展的各种传感数据采集方式以及传感数据采集设备、传感及控制设备的设计和开发，学生完成课程后能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护不同的物联网节点、数控设备等。“通信网络”专业方向主要培养学生学习和掌握数据和设备的通信、网络传输、数据接入等方面的内容，学生完成课程后能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护在各类通信系统中组织传感和控制信号的应用设备等。“系统应用”专业方向主要培养学生学习和掌握物联网技术在不同应用领域的上层应用设计、数据安全、系统集成、数据使用等能力，学生完成课程后能够根据实际应用领域和应用实例设计、开发、使用、维护全面的物联网行业应用系统等。七个知识模块，以无线SOC和无线单片机为中心进行串联，结合400多学时的实验和实训，让学生充分动手，接触各种无线有线通讯技术和实际训练，并且使用无线单片机设计微功耗无线网络节点，各种网络路由器，无线有线网关，最终达到能够独立使用无线单片机，构架设计各种物联网应用系统。二、硬件配置介绍1、硬件配置2、硬件详细配置介绍1、WSN无线传感网开发套件（包含基础网关+无线节点+协议分析仪+传感器节点）基础网关*TICC2430（或2530）2.4GHz主控芯片；*双处理器，基于STM32完成基础网关各种接口配置和协议转换；*TIDSP处理单元，可完成复杂数据处理功能，如：节点语音侦听；*3.2寸彩色触摸液晶完成人机对话；*提供USB接口、串口、RFID接口；*提供WIFI和GPRS无线通信接口；*可作为开发板完成基础实验；*可完成SINK节点或网关功能。序号设备名称型号参数数量1WSN无线传感网开发套件（包含基础网关+6个无线节点+6种传感器节点+协议分析仪+仿真器）RZ-WSN-011（套）2物联网增强型网关（内置LAN口、USB口、串口、WIFI模块、GSM/GPRS模块、Zigbee模块）RZ-WSN-0213RFID开发模块（多频段可选）RZ-WSN-0314音频采集处理节点RZ-WSN-041无线节点*TICC24302.4GHz主控芯片；*无线组网和传感器数据采集；*远距离传输（50M）。协议分析仪*可全面分析ZigBee/802.15.4；*频段覆盖2.4GHz的16个信道；*配套上层协议分析软件PacketSniffer；*可完成数据包侦听，过滤和数据解码。仿真器*可用于无线节点的在线调试和仿真；*可用于程序的下载和模块IEEE地址的修改。传感器温湿传感器*采用SHT1x传感器；*数字接口易于操作；*拥有卓越的长期稳定性；*高精度，超快响应时间；*超小尺寸；*自动休眠，超低功耗。光照传感器*采用FLA613；*可广泛应用于工业控制及光电控制、光控开关及电动玩具，可靠性高、响应时间快；*可用于恶劣环境。传感器气敏传感器*采用MQ-2多功能传感器模块；*对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度;*具有长期的使用寿命和可靠的稳定性;*快速的响应恢复特性；*应用：适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。震动传感器*采用RZ-18010P传感器；*具有较高的灵敏度和快速的响应时间。*无方向性，可任意方向触发；*已经被大批量用于玩具，电动车报警器和防盗报警器及保险柜等产品中。视频传感器*采用ARM9和CMOS摄像头进行视频采集和视频压缩；*图像144*144*传输速率5帧/S人体传感器*采用德国原装进口的LHI778探头设计；*灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式；*广泛用于大厅门禁，自动卫浴等场合超声波测距传感器*通用40KHZ超声波频率；*灵敏度高，可靠性好，测量精确，测量范围：0.3-8M；*广泛用于物体位置探测与感知传感器音频传感器*采用TI公司的TMS320VC5402作为DSP芯片；*可达100M运行速度；*具有16kSDRAM，1Mflash；*含音频采集接口；*可完成G711/G723/G729等常用语音编码算法；*可为物联网提供语音解决方案。遥控器无线遥控器*433MHZ无线遥控器；*和基础网关配合能控制电动窗帘、电动雨篷等；*七个信道，一个遥控器能控制七台设备；红外遥控器*红个遥控器，有学习功能；*内置WIFI模块，能和基础网关无线通信；*能控制各种视听设备；电源控制模块*内置WIFI模块，能和基础网关无线通信；*内置USB接口，向PC机或其它设备转数据；注：上述传感器为标配传感器，另外还提供烟雾传感器，酒精传感器，红外传感器，流量传感器，加速度传感器等传感器种类，也可根据学校和科研需求专门定制其它类型传感器节点。2、增强型物联网网关增强型网关实物图网关说明·内核：ARMCortex-A8·主频：1GHz·支持NEON指令·支持MPEG-4/MPEG2、H.264/H263、VC-1、DivX的视频编解码1080p@30fps·支持2D图形加速，最大支持8000×8000分辨率·支持3D图形加速（PowerVRSGX540），OpenGL-1.1&2.0、OpenVG1.0·支持SD/MMC/SDIO接口存储卡，最高支持32GB·支持JPEG硬件编解码，最大支持8192×8192分辨率核心板资源介绍·内存：4GbitsDDR2·Flash：2GbitsSLCNANDFLASHH·集成单片电源管理芯片·集成100M以太网卡·集成AC97接口HIFI声卡·系统总线扩展接口底板资源介绍·板载RTC·板载标准JTAG接口·板载1个独立CAMERA接口·板载RS232串口×4、RS485串口×1·外扩I2C、SPI、PWM、AD/DA等接口·支持8×8矩阵键盘接口，板载5个Android专用键盘·板载4个USBHOST2.0，1个USBOTG2.0接口·板载2个SDIO接口（1个SD卡接口，1个SDIOwifi接口）·板载TV-OUT、HDMI、VGA接口输出·7寸多款支持电阻式触摸屏液晶模块·板载CAN总线接口·板载485总线接口·板载模拟CCD摄像头接口·板载GPS模块、3G模块、WIFI模块、蓝牙模块；3、无线模块●GSM/GPRS模块模块开发实物图模块说明：GSM模块采用华为的GMT900-C。该无线模块是一款3频段GSM/GPRS无线模块，它支持标准的AT命令及增强的AT命令，提供丰富的语音