物联网技术与应用课程.ppt

主讲教师余剑生 1 物联网技术及应用 课程导学 2 课程简介 在现实物理世界与虚拟计算机世界之间实现信息交互 这一革命性的理念 突破了以往信息网络技术发展的固有模式和思路 使得物联网一跃成为全国乃至世界关注的焦点 国内外都把物联网的发展提到了国家级的战略高度 称之为继计算机 互联网与移动通信网之后世界信息产业的第三次信息浪潮 何谓物联网 不同的阶段在不同的场合有不同的描述 目前对物联网比较准确的表述是通过各种信息传感设备及系统 传感网 射频识别系统 红外感应器 激光扫描器等 条码与二维码 全球定位系统 按约定的通信协议 将物与物 人与物连接起来 通过各种接入网 互联网进行信息交换 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种信息网络 物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址 每一个物件都可以控制 每一个物件都可以通信 显然 作为 感知 传输 应用 三项技术相结合的一种产物 它是一种全新的信息获取和处理技术 3 课程简介 随着物联网技术进步的同时 新兴的短距离无线通信技术和无线网络技术也在发展 Zigbee技术应运而生 正以空前的速度走进人们的生活 使人们的生活和工作更加方便 更加安全 Zigbee是一种网络容量大 节点体积小 架构简单 低速率 低功耗的无线通信技术 由于其节点体积小 且能自动组网 所以布局十分方便 又因其强调由大量的节点进行群体协作 网络具有很强的自愈能力 任何一个节点的失效都不会对整体任务的完成造成致命性影响 所以特别适合用来组建无线传感器网络 用Zigbee技术来实现无线传感器网络 主要需要考虑通信节点的硬件设计 以及实现相应功能所必需的软件开发 基于TI 德州仪器公司 的CC2530芯片在中国推广已经有好几年了 具备了实现Zigbee技术的各种底层硬件需求 是真正的一体化解决方案 完全符合Zigbee技术对节点 体积小 的要求 另外 Ti还提供了ZStack协议栈 尽可能地减轻了软件开发的工作量 4 课程目标 本课程从实际出发 由浅入深 循序渐进介绍物联网的相关概念 关键技术及应用 其中着重分析讲述CC2530芯片的内部资源配置及使用方法 以实验过程和实验现象为主导 详细讲述使用C语言对CC2530进行编程的方法 详细分析Zigbee无线网络的实现及开发技巧 引导大家自已动手进行Zigbee无线网络项目实验 本课程的所有例程均以南京芯传汇科技公司的ATOS物联网实验箱为依托 以最新版的Zigbee协议栈为中心 用C语言进行软件设计 目的是让大家在各种无线网络基础实验和CC2530无线数据收发应用模式实验中理解ZStack协议栈 对Zigbee技术知其然 又能知其所以然 从而让大家在实际应用中彻底理解和掌握Zigbee技术 物联网应用领域规模庞大 技术复杂 设备种类繁多 本着 够用 必需 的原则 体现 宽基础 薄理论 强技能 的教学 强调实际运用能力和实践创造能力培养 5 课程内容 课程内容分为5个部分 第一部分物联网技术基础以及无线传感器网络包括1 4章 概述了物联网技术以及无线传感器网络的基本理论 第1章物联网技术概述 第2章物联网关键技术 第3物联网用传感器 第4物联网技术典型应用 第二部分嵌入式ZigBee应用解决方案的应用实现 CC2530 包括5 12章 第5章讲解物联网系统解决方案 主要讲解CC2530内部结构 内部资源以及相关寄存器 第6章讲解调试接口 电源管理等 第7章讲解CC2530模块的IO接口操作 列举了相关应用实例 第9章讲解CC2530模块的定时器 重点对睡眠定时器及看门狗定时器进行讲解 同时介绍应用示例 第10章讲解模数转换器ADC等 第11章讲解UART串口与USB接口 第12章讲解CC2530相关无线通信技术 6 课程内容 第三部分Z Stack协议栈深入介绍Z Stack协议栈 使用学生初步掌握Z Stack的工作机制 讲述使用Z Stack的一些基本概念 讲述Z Stack轮转查询式操作系统的工作原理 以及Z Stack串口机制和绑定机制 第四部分物联网用传感器应用实例介绍如何使用CC2530控制各种常见的传感器 数字温度传感器DHT11 光强度传感器模块GY 30 等操作方法 介绍使用CC2530实现红外信号的收发操作 第五部分Z Stack协议栈开发智能家居系统 工程案例 结合智能家居典型开发的项目案例 介绍Z Stack协议栈开发无线传感网络控制系统的开发流程和实用技术 7 课程教材 ZigBee技术与实训教程 基于CC2530的无线传感网技术姜仲 刘丹编著ISBN 9787302333654定价 39 50元 物联网技术及应用张开生编著ISBN 9787302456056定价 49 5元 8 参考教材 ZigBee技术开发 CC2530单片机原理及应用QST青软实训9787302400721定价 39元 ZigBee技术开发 Z Stack协议栈原理及应用QST青软实训9787302417705定价 39元 9 参考教材 物联网技术及应用实验与习题解析薛燕红9787302364351定价 29元 Zigbee开发技术及实践青岛东合信息技术有限公司ISBN 978 7 5606 3247 6价格 63元 10 学习方法及建议 二 了解Zigbee技术及Z Stack基本概念学习Zigbee就要先了解什么是Zigbee Zigbee无线通信的优点和缺点有哪些 Zigbee主要的应用在哪些方面 请不要小看这些 就像你记得一个人 如果不记得他长什么样 他有哪些优缺点 你还能说你了解他认识他吗 一 明确正确的学习观学习Zigbee是一个长期的过程 是一个在发现问题 解决问题的循环中不断积累和提高的过程 如果说能够快速掌握 就只能说是一些基本知识 而最深入最有价值的东西是在调试程序和解决问题的实践中积累得到的 所以学习Zigbee不是一气呵成的 也是经过反复学习和实验的结果 11 学习方法及建议 三 初步了解IEEE802 15 4标准IEEE802 15 4是ZigBee规范的基础 虽然不要求了解得那么全面和透彻 但是必须掌握IEEE802 15 4的数据帧格式 Zigbee的分层结构 Zigbee设备的分类 各个设备在网络中的作用等基础知识 这样才能看懂协议分析仪抓取的Zigbee无线数据包 12 学习方法及建议 四 选择一个厂家的ZigbeeSoc芯片作为学习对象选择了芯片就意味着选择了Zigbee协议栈 因为每个厂家都有针对自家芯片开发的协议栈 协议栈都是符合Zigbee联盟IEEE802 15 4标准的 目前国内用得比较多 网上资料比较全的是TI的CC2530芯片 其对应的Zigbee协议栈为Z Stack协议栈 国外有Atmel Freesclae Embra这几个厂家用得较多 相对来讲 TI的协议栈是免费半开源的 开放度较其它公司要高一些 且网上资料丰富 五 根据选择的ZigbeeSoc芯片 购买Zigbee开发套件1 既然是套件就不能只买一个两个开发板 因为Zigbee的优势就在于网络 也是学习的重点 因此开发套件至少要是五件套 包含五个开发板 其中还包括烧写器 最好其中有两个开发板带LCD屏 方便后面调试程序时在屏幕上观察程序运行状态和结果 13 学习方法及建议 2 必须要有一个Zigbee协议分析仪 它可以从空中抓取Zigbee无线信号 我们可以通过PC上的PacketSniffer软件直观地观察到发送和接收的数据和指令 对分析问题很有帮助 如果开发板数量较多 可以用烧写器 开发板作为协议分析仪 也可以单独购买基于CC2531芯片的USBDongle作为协议分析仪 14 课程考核 考核方式及课程的成绩评定总评成绩 平时成绩30 期末成绩70 1 平时成绩包括 出勤 课堂表现 平时作业 课程设计等 2 期末成绩 每个学生根据讲授 讲座 参考资料等 任选一个专题 撰写一篇专题研究报告或文献综述 并且通过卷面考试 15 课程设计 本课程是一门技术性 实践性很强的专业核心课程 并通过模拟实训 课程设计等实践教学使学生能够在实际工作环境中得到锻炼 培养学生认真 负责 细心等基本工作素养 为学生以后从事Zigbee及应