智能家居实验手册范本

1、 物联网实验指导手册企想信息技术284 / 288目录第一篇 基本组网与参数读写实验1实验一ZigBee星型组网实验1实验二ZigBee模块参数读写实验7第二篇ZigBee传感数据采集与控制实验16实验一DS18B20温度传感器数据采集实验20实验二温湿度传感器数据采集实验25实验三光敏传感器采集数据实验29实验四烟雾传感器采集数据实验34实验五可燃气体传感器采集数据实验36实验六人体感应传感数据采集实验40实验七蜂鸣器控制实验43实验八LED灯控制实验45实验九数码管控制实验48实验十直流电机控制51实验十一步进电机控制实验54实验十二继电器控制输出56实验十三干簧管/按钮开关量输入实验59

2、实验十四利用ZigBee网络节点图进行采集和控制实验63实验十五生成传感器数据曲线图72实验十六ZigBee无线定位实验76第三篇蓝牙无线传感网实验88实验一蓝牙组网实验88实验二蓝牙数据采集与控制实验95第四篇WiFi无线传感网实验99实验一WiFi组网实验99实验二WiFi数据采集与控制实验109第五篇GPRS无线传感网实验112实验一GPRS网络连接配置实验112实验二GPRS数据采集与控制实验120第六篇GPRS Modem基础实验123第七篇RFID射频识别基础与应用实验133实验一低频LF读写实验演示137实验二高频HF读写实验演示139实验三超高频UHF读写实验146实验四TCP

3、/IP通信模块设置148实验五TCP/IP方式读写卡实验155第八篇无线传感实验平台159功能设计159实验一智能家居应用演示实验162实验二智能温室大棚应用演示实验172实验三RFID智能货架应用演示实验176第九篇智能家居与综合布线模拟系统180总体功能设计180硬件设备180软件系统185实验一ZIGBEE（CC2530）组网185实验二传感器数据采集与控制187实验三新传感器模块的开发188第十篇综合实验191实验一Zigbee/以太网简易网关应用实验191实验二无线传感网综合控制应用实验202实验三ZIGBEE智能家居模拟应用开发实验210实验四ZIGBEE温室大棚模拟应用开发实验2

4、15附录一 CH-GWB301蓝牙/WiFi/GPRS节点参考指令220附录二 物联网平台设备说明书.2362.1ZigBee实验套件设备使用说明234ZigBee协调器235ZigBee路由器/参考节点/定位节点237ZigBee传感控制终端节点239新版ZigBee主控节点（协调器）241新版ZigBee节点2432.2 蓝牙、WiFi、GPRS传感控制节点设备使用说明245蓝牙传感控制节点245WiFi传感控制节点249GPRS传感控制节点2522.3GPRS Modem通信设备使用说明2562.4 射频识别RFID实验套件设备使用说明258RFID普通读写器258RFID货架专用读写器

5、2622.5 无线传感实验平台265第一篇 基本组网与参数读写实验实验一 ZigBee星型组网实验（一）实验目的ü 了解ZigBee星型网络通信原理与相关技术ü 了解ZigBee星型网络组建的基本过程和方法（二）实验设备ü 1个ZigBee协调器、多个ZigBee终端节点ü 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口，以与多种传感器和输入输出控制器件ü 软件：上位机软件（三）实验容ü利用1个ZigBee协调器、多个传感控制节点组建一个简单的星型网络，并观察射频顶板上LED指示灯的变化ü利用上位机软件，查

6、看生成的网络拓扑。（四）实验过程1. 将ZigBee协调器用RS232串口与上位机PC连接。 2. 运行上位机软件“ZigBee基础实验平台软件”，在“选择串口”后的下拉列表中选择相应的串口(与实验台上的串口标号保持一致),并打开串口。如图11打开串口所示。 图11打开串口3. 点击菜单栏中“参数配置”，查看参数配置，串口参数设置如图12所示。图12串口配置参数4. 打开“串口调试工具”，将ZigBee协调器上电，当射频顶板上红灯亮起时，依次打开ZigBee终端节点，当节点射频顶板上绿灯亮起时，表示节点已成功加入网络。此时查看工具窗口中的返回数据，如图13所示。图13返回数据5. 打开ZigB

7、ee协调器，然后，依次打开传感控制节点，依次加入协调器所建立的ZigBee网络，生成简单的星型网络拓扑结构，如图14所示。图14 ZigBee网络节点图与网络拓扑（五）知识学习1. ZigBee信道IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两者均基于直接序列扩频（DirectSequenceSpread Spectrum，DSSS）技术。ZigBee使用了3个频段，定义了27个物理信道，其中868MHz频段定义了一个信道；915MHz频段附近定义了10个信道，信道间隔为2MHz；2.4GHz频段定义了16个信道，信道间隔为5MHz。具体

8、信道分配如下表：信道编号中心频率/MHz信道间隔/MHz频率上限/MHz频率下限/MHzk=0868.3868.6868.0k=1,2,310906+2(k-1)2928. 0902. 0k=11,12,13262401+5(k-11)52483.52400.0其中在2.4GHz的物理层，数据传输速率为250kb/s；在915MHz的物理层，数据传输速率为40kb/s；在868MHz的物理层，数据传输速率为20kb/s。在同一个ZigBee网络中，要求每个节点（包括协调器、路由器和终端节点）都必须保证通道的一致性。2. ZigBee的PANIDPANID其全称是Personal Area Ne

9、twork ID，网络的ID（即网络标识符），是针对一个或多个应用的网络，用于区分不同的ZigBee网络，所有节点的PANID唯一，一个网络只有一个PANID，它是由协调器生成的，PANID是可选配置项，用来控制 ZigBee路由器和终端节点要加入那个网络。PANID是一个16位标识，围为0x00000xFFFF。3. ZigBee物理地址ZigBee 设备有两种类型的地址：物理地址和网络地址。物理地址是一个64 位 IEEE 地址，即 MAC 地址，通常也称为长地址。64 位地址是全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一直拥有它。它通常由制造商或者被安装时设置。这些地址由 IEEE 来维护和

10、分配。16位网络地址是当设备加入网络后分配的，通常也称为短地址。它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据，当然不同的网络16位短地址可能一样的。4. ZigBee设备类型ZigBee设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点。（1） ZigBee协调器（Coordinator）它是整个网络的核心，是ZigBee网络的第一个开始的设备，它选择一个信道和网络标识符（PANID），建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个无线网络进行维护。在同一个ZigBee网络中，只允许一个协调器工作，当然它也是不可缺的设备。如图15所示为ZigBee协调器。图15 ZigBee协调器（2） Zig

11、Bee路由器（Router）ZigBee路由节点，它的作用是提供路由信息。如图1-6所示为一路由节点。图16 ZigBee路由器（3） ZigBee 终端节点（End-Device）ZigBee终端节点，它有没有路由功能，完成的是整个网络的终端任务。如图17所示为一ZigBee终端节点。图17 ZigBee终端节点5. ZigBee网络的形成首先，由ZigBee协调器建立一个新的ZigBee网络。一开始，ZigBee协调器会在允许的通道搜索其它的ZigBee协调器。并基于每个允许通道中所检测到的通道能量与网络号，选择唯一的16位PAN ID，建立自己的网络。一旦一个新网络被建立，ZigBee路

12、由器与终端设备就可以加入到网络中了。网络形成后，可能会出现网络重叠与PAN ID冲突的现象。协调器可以初始化PAN ID冲突解决程序，改变一个协调器的PAN ID 与信道，同时相应修改其所有的子设备。通常，ZigBee设备会将网络中其它节点信息存储在一个非易失性的存储空间-邻居表中。加电后，若子节点曾加入过网络，则该设备会执行孤儿通知程序来锁定先前加入的网络。接收到孤儿通知的设备检查它的邻居表，并确定设备是否是它的子节点，若是，设备会通知子节点它在网络中的位置，否则子节点将作为一个新设备来加入网络。而后，子节点将产生一个潜在双亲表，并尽量以合适的深度加入到现存的网络中。通常，设备检测通道能量所

13、花费的时间与每个通道可利用的网络可通过ScanDuration扫描持续参数来确定，一般设备要花费1分钟的时间来执行一个扫描请求，对于ZigBee路由器与终端设备来说，只需要执行一次扫描即可确定加入的网络。而协调器则需要扫描两次，一次采样通道能量，另一次则用于确定存在的网络。6. ZigBee星型网络当一个具有完整功能的设备（FFD）第一次被激活后，它就会建立一个自己的网络，将自身成为一个PAN主协调器。所有星型网络的操作独立于当前其它星型网络的操作，这就说明了在星型网络结构中只有一个唯一的PAN主协调器，通过选择一个PAN ID确保网络的唯一性，目前，其它无线通信技术的星型网络没有次啊用这种方

14、式。因此，一旦选定了一个PAN ID，PAN主协调器就会允许其它从设备加入到它的网络中，无论是具有完整功能的设备，还是简化功能的设备都可以加入到这个网络中。实验二 ZigBee模块参数读写实验（一）实验目的了解ZigBee节点设备类型、信道、PANID、物理地址和网络地址等的含义与读写操作方法。（二）实验设备ü ZigBee套件：协调器、传感控制节点ü 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口ü 软件：上位机软件（三）实验容ü 读取协调器物理地址ü 读取Channel IDü 读取PANID ü 读取

15、设备长短地址匹配ü 读取网络节点数（四）实验过程1. 将ZigBee协调器通过串口R232与上位机连接。2. 运行上位机软件“ZigBee基础实验平台软件”，选择相应的串口，并打开串口。3. 协调器上电，射频顶板红灯亮起，然后次为ZigBee终端节点上电。4. 打开“ZigBee串口调试工具”，如图18所示。图18 ZigBee串口调试工具5. 读取协调器MAC地址 在发送指令框示例指令中，选择“获取CB MAC地址”，发送指令02 07 CB 00 00 CB 54 00 00 51，如图19所示图19获取CB MAC地址返回数据：00 0F CB 00 00 CB 54 00 0

16、8 C0 FF FF FF FF FF FF FF 6C，即读取到的协调器物理地址为C0 FF FF FF FF FF FF C06. 读取Channel ID选择“获取Channel ID”，发送指令02 07 CB 00 00 CB 53 00 00 56，如图110所示图110获取Channel ID返回数据01 09 CB 00 00 CB 53 00 04 00 00 00 02 5C，则：信道为0x02000000，即表示25信道。7. 读取PAN ID选择“获取PANID”，发送指令02 07 CB 00 00 CB 51 00 00 54，如图111获取PANID所示图111获

17、取PANID返回数据03 09 CB 00 00 CB 51 00 02 57 00 0D，则：PANID为0x00578. 读取物理地址和网络地址匹配选择“长短地址匹配”，发送指令02 0F CB 00 00 D3 50 00 08 02 FF FF FF FF FF FF FF C5，操作如图112所示图112长短地址匹配返回数据：0C 0F CB 3E 14 D3 50 00 08 02 FF FF FF FF FF FF FF 98，则：长地址为FF FF FF FF FF FF FF 02节点的短地址为0x143B9. 读取网络节点数选择“获取节点数”，发送指令02 07 CB 00

18、 00 CB 52 00 00 57，如图113所示图113获取节点数返回数据：0D 09 CB 00 00 CB 52 00 02 03 00 5A，则：数据负荷为0x0003，即网络的节点数为3个，不包含协调器。（五）知识学习1. PC端串口通信设置波特率：38400校验位：无校验数据位：8位停止位：1位2. 数据格式ZigBee数据格式如下：标志长度数据校验和接收数据对象网络地址数据对象命令标识数据低字节高字节低字节高字节数据负荷长度数据负荷说明： 标志：定义数据发送的开始，例如，0x02 长度：数据帧长度。如果数据长度小于7，则表示该帧数据只是一个简单的发送请求帧或ACK帧；如果数据长

19、度大于7，则表示有实际数据负荷或返回数据。 接收数据对象：指定为0xCB，指由ZigBee网络中的协调器接收路由器或终端节点发来的数据，并由其上传到上位机。 网络地址：即网络短地址，用于指明返回数据对象的网络地址。在发送请求或接收数据时，注意低字节在前，高字节在后写入。 数据对象：指明节点对象，其中，0xCB表示协调器，0xD2表示路由节点，0xD3表示传感控制节点， 命令标识：用于指明读取信息、采集传感数据、设备控制等不同的命令标识。具体命令标识含义如下表：序号命令标识指令含义序号命令标识指令含义10x0020预留150x0042控制蜂鸣器20x0029读取烟雾采集数据160x0043控制继

20、电器30x0030读取板载温度采集数据170x0044控制数码管40x0031读取湿度采集数据180x0045控制直流电机50x0032读取板载光照采集数据190x0046控制步进电机60x0033读取红外感应采集数据200x0047读取开关量70x0034读取外接光照采集数据210x0048读取可燃气采集数据80x0035读取按钮/干簧管状态220x0049读取二氧化碳采集数据90x0036读取外接温度采集数据230x0050读取长短地址匹配命令100x0037控制LED 240x0051读取PANID命令110x0038控制LED1 250x0052读取节点数命令120x0039控制LED

21、2 260x0053读取Channel ID130x0040控制LED3 270x0054读取协调器物理地址140x0041控制LED4 280x0056设置Channel ID 数据负荷长度：指数据负荷的长度。 数据负荷：实际有效的数据 校验和：用于校验。校验和计算方法：去除操作系统值SOP，然后进行异或计算。3. 读取协调器物理地址数据指令格式（1）发送读取协调器物理地址请求标志长度串口接收对象网络地址数据对象命令标识数据负荷长度校验位低位高位低位高位0207CB0000CB54000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x0000表示协调器数据对象：0xC

22、B /表示读取协调器信息命令标识：0x0054 /表示读取协调器物理地址数据负荷长度为0（2）接收数据返回020FCB0000CB540008FF0706050403020109数据负荷长度：0x08，则表明返回的数据为八个字节数据负荷：FF 07 06 05 04 03 02 01 ，则协调器的物理地址为01 02 03 04 05 06 07 FF4. 读取Channel ID（1）发送读取信道数据请求标志长度串口接收对象网络地址数据对象命令标识数据负荷长度校验位低位高位低位高位0207CB0000CB53000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x000

23、0表示协调器数据对象：0xCB /表示读取协调器信息命令标识：0x0053 /表示读取信道数据负荷长度为0（2）数据返回0209CB0000CB530004000000040C数据负荷长度：0x04，表明返回数据长度为四个字节数据负荷：0x00000004，则读取到的信道为0x04000000，具体含义如下：/* Default channel is Channel 11 - 0x0B */ Channels are defined in the following:/ 0 : 868 MHz 0x00000001/ 1 - 10 : 915 MHz 0x000007FE/ 11 - 26 :

24、 2.4 GHz 0x07FFF800/-DMAX_CHANNELS_868MHZ 0x00000001/-DMAX_CHANNELS_915MHZ 0x000007FE/-DMAX_CHANNELS_24GHZ 0x07FFF800/-DDEFAULT_CHANLIST=0x04000000 / 26 - 0x1A/-DDEFAULT_CHANLIST=0x02000000 / 25 - 0x19/-DDEFAULT_CHANLIST=0x01000000 / 24 - 0x18/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00800000 / 23 - 0x17/-DDEFAULT_CHAN

25、LIST=0x00400000 / 22 - 0x16/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00200000 / 21 - 0x15/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00100000 / 20 - 0x14/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00080000 / 19 - 0x13/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00040000 / 18 - 0x12/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00020000 / 17 - 0x11/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00010000 / 16 - 0x10/-DDEFAULT_CHANLIST=0

26、x00008000 / 15 - 0x0F/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00004000 / 14 - 0x0E/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00002000 / 13 - 0x0D/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00001000 / 12 - 0x0C/-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 / 11 - 0x0B5. 读取PANID指令格式（1）发送读取PANID请求0207CB0000CB51000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x0000表示协调器数据对象：0xCB /表示读取协调器信息命

27、令标识：0x0051 /表示读取PANID数据负荷长度为0（2）PC接收数据0209CB0000CB510002FF000C数据负荷长度：0x02，则表明返回的数据长度为2个字节数据负荷：FF 00，则读取到的PANID为0x00FF6. 读取长短地址匹配（1）发送读取长短地址匹配请求020FCB0000D3500008FF0706050403020109串口接受对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x0000表示协调器数据对象：0XD3 /表示读取终端节点信息命令标识：0x0050 /表示读取长短地址匹配数据负荷长度：8，则表示数据负荷有八个字节数据负荷：FF07 06 0

28、5 04 0302 01，即读取长地址为01 02 03 04 05 06 07 FF的终端节点的短地址（2）返回数据020FCB0100D3500008FF0706050403020109返回网络地址：0x0001 /表示当前返回的节点短地址为0x0001数据对象：0XD3 /表示读取终端节点信息7. 读取网络节点数发送读取网络节点数请求0207CB0000CB52000009串口接受对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x0000表示协调器数据对象：0XCB /表示读取协调器的信息命令标识：0x0052 /表示读取网络节点数数据负荷长度：00 /表示没有数据负荷（2）返回

29、数据0209CB0000CB52000202000C数据负荷长度：0x02；数据负荷：0x0002，表示网络节点数为2（节点数不包括协调器）第二篇 ZigBee传感数据采集与控制实验1. 传感器的含义与工作原理传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统

30、”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入

31、传感器系统加以评测或标示。2. 传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路与信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：(1)激磁电路(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)(3)信号环形变压器次级线圈(输出)(4)信号处理电路向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次

32、级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器与V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专

33、用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动-静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。传感器分类压电加速度传感器压电加速传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。最专业的产品方案和服务。加速度传感器(线和角加速度)分低频高精度力平衡伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度位移传感器。总频响围从DC至3000Hz。应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、办公自动化、GPS、PDA、手机、震动检测、建筑仪器以与实验设备等。红外温度传感器广泛应

34、用于家用电器(微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机等)、医用/家用体温计、办公自动化、便携式非接触红外温度传感器、工业现场温度测量仪器以与电力自动化等。不仅能提供传感器、模块或完整的测温仪器，还能根据用户需要提供包括光学透镜、ASIC、算法等一揽子解决方案。传感器的应用传感器的应用领域涉与机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。专用设备专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目前医疗领域是传感器销售量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展。工业自动化工业领域应用的传感器，如工

35、艺控制、工业机械以与传统的；各种测量工艺变量(如温度、液位、压力、流量等)的；测量电子特性(电流、电压等)和物理量(运动、速度、负载以与强度)的，以与传统的接近/定位传感器发展迅速。通信电子产品手机产量的大幅增长与手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战，彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。此外，应用于集团和无绳的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。3. 传感器类型传感器有许多分类方法，下面就让我们来看看传感器类型有哪些？按工作原理传感器类型可划分为：光电式传感器光电式传感器在非电量电测与自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件

36、的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力与加速度的测量。半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器与电涡流式传感器等。电阻式传感器是

37、利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式与压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。电涡流式传感

38、器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属形成涡流的原理制成。主要用于位移与厚度等参数的测量。磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率与氧化还原电位等参数的测量。按被测物理量传感器类型可划分为：温度传感器、

39、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。按照其用途传感器类型可划分：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。温湿度传感器采用数字型高精度温湿度传感器 SHT10。SHTxx系列单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专利的工业 COMS 过程微加工技术（CMOSens®），确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能

40、隙式测温元件，并与一个 14 位的 A/D 转换器以与串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。原理图如下：实验一 DS18B20温度传感器数据采集实验（一）实验目的了解单片机数据采集的工作原理，了解DS18B20温度传感器工作原理；学习和掌握通过ZigBee网络通信，利用上位机软件读取DS18B20温度传感数据。（二）实验设备ü ZigBee套件：协调器、传感控制节点ü 传感器：DS18B20温度传感器ü 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口ü 软件：上位机软件

41、ZigBee基础实验平台（三）实验容利用“ZigBee基础实验平台软件”读取板载DS18B20温度传感器数据，并对采集结果进行分析，具体DS18B20采集温度换算方法请参考DS18B20传感器介绍。（四）实验过程采用板载DS18B20温度传感器，采集温度。1. 运行“ZigBee基础实验平台软件”，打开“ZigBee串口调试工具”和串口。2. 发送读取板载DS18B20温度指令3. 选择“板载温度”，发送指令02 07 CB 01 00 D3 30 00 00 2C，如图21所示。图21DS18B20温度传感数据采集返回数据：01 09 CB 01 00 D3 30 00 02 49 01 6

42、A，则返回温度数据负荷为0x01494. 利用测试结果转换工具，将返回数据转换成实际温度值，如图2-2所示。具体转换公式可参考DS18B20传感器介绍。图22 DS18B20温度采集结果分析（五）知识学习1. DS18B20温度传感器介绍DS18B20是美国DALLAS公司推出的数字温度传感器，将温度传感器、数字转换电路集成到了一起，外形如同一只三极管。DS18B20的测温围为-55125，12位温度读数，分辨率为1/16，温度转换间最多为750ms。 DS18B20的引脚功能： DQ：数据输入输出，可直接与单片机的I/O口相连 VDD：+5V电源电压 GND：电源地 DS18B20的序列号每

43、片DS18B20均有一个唯一产品序列号，固化在部的64位激光ROM中，其格式为：ü 开始8位是产品的类型编号（工厂代码）ü 接着是每个器件唯一的序号，共48位ü 最后8位是针对前面56位的CRC校验码这也是多个DS18B20可以采用一条数据线进行通信的原因，只要单片机用匹配命令即可访问总线上的指定DS18B20。 DS18B20的配置寄存器低五位是1 。TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率。 DS18B20的温度暂存器DS18B20部有 9个字节的暂存器，第

44、1、2字节暂存器（TMSB、TLSB）存放当前测到的温度值，单片机发出温度转换命令后，DS18B20将测得的温度值保存在TMSB、TLSB中，供单片机读取。第2、3字节为高温限值（TH）和低温限值（TL）。第4字节配置寄存器。第5、6、7字节为保留字节。 DS18B20的温度暂存器DS18B20出厂时被设置为12。用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。2. DS18B20温度传感器数据采集指令格式发送读取DS18B20温度传感器数据请求0207CB0100D330000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0001 /表示读取网

45、络地址为0001节点的数据，若需要采集其它节点的板载温度，则需要将网络地址更改为其它的节点的网络地址。数据对象：0xD3 /表示读取终端节点信息命令标识：0x0030 /表示读取终端节点的板载温度数据负荷长度为0返回温度数据：0209CB0100D3300002A2000C数据负荷长度：0x02，表示返回的数据负荷长度为2个字节数据负荷：0x00A2，表示+10.125温度数据格式参考DS18B20格式实验二 温湿度传感器数据采集实验（一）实验目的了解单片机数据采集的工作原理，了解SHT10温湿度传感器工作原理；学习和掌握通过ZigBee网络通信，利用上位机软件读取SHT10温湿度传感数据。（

46、二）实验设备ü ZigBee套件：协调器、传感控制节点ü 传感器：SHT10温湿度传感器ü 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口ü 软件：上位机软件ZigBee基础实验平台（三）实验容利用ZigBee基础实验平台软件读取外接SHT10温湿度传感器数据，并对采集结果进行分析。（四）实验过程采用SHT10温湿度传感器，采集环境温度和湿度。将SHT10温湿度传感器模块CH-SM-SHT连接在ZigBee终端节点温湿度传感器接口上进行数据采集。1. 运行“ZigBee基础实验平台软件”，打开“ZigBee串口调试工具”和串口。2. 读

47、取SHT10传感器温度选择“外接温度”，发送指令02 07 CB 01 00 D3 36 00 00 2A，如图23所示。图23外接温度返回数据02 09 CB 01 00 D3 36 00 02 C7 16 F5，则返回外接温度数据负荷为0x16C73. 利用测试结果转换工具，将返回数据转换成实际温度值，如图24所示。具体转换公式可参考SHT10传感器介绍。图24测试结果转换（五）知识学习1. SHT10温湿度传感器介绍SHT10属于 Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSen

48、s. 技术，确保具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以与串行接口电路实现无缝连接。 接口定义： 传感器的状态寄存器：状态寄存器的位描述：状态寄存器的写：状态寄存器的读：整个通讯过程：测量时序，TS=传输开始，MSB=高有效字节，LSB低有效字节，LSb=低有效位。 传感器的温湿度测量： 发布一组测量命令（00000101表示相对湿度 RH，00000011表示温度 T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约20/80/320ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随部

49、晶振速度，最多可能有-30%的变化。SHT1x 通过下拉 DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2 个字节的测量数据和1 个字节的CRC 奇偶校验（可选择读取）。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB 开始，右值有效（例如：对于12bit 数据，从第5 个 SCK 时钟起算作 MSB；而对于 8bit 数据，首字节则无意义）。在收到CRC 的确认位之后，表明通讯结束。如果不使用CRC-8 校验，控制

50、器可以在测量值LSB 后，通过保在测量和通讯结束后，SHT1x 自动转入休眠模式。 2. SHT10温度指令格式发送读取SHT10温度数据请求：0207CB0100D336000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0001 /表示读取网络地址为0001节点的数据，若需要采集其它节点的板载温度，则需要将网络地址更改为其它的节点的网络地址。数据对象：0xD3 /表示读取终端节点信息命令标识：0x0036 /表示读取终端节点的SHT10温度数据负荷长度为0返回数据：0209CB0100D33600024B1A75数据负荷长度：0x02，表示返回的数据负荷长度为2个字节数据负荷：0

51、x1A4B温湿度数据格式参考SHT10格式。3. SHT10湿度指令格式发送读取SHT10湿度数据请求：0207CB0100D331000009串口接收对象：0xCB /表示协调器网络地址：0x0000 /0x0000表示协调器数据对象：0xD3 /表示读取终端节点信息网络地址：0x0001 /表示读取网络地址为0001节点的数据，若需要采集其它节点的板载温度，则需要将网络地址更改为其它的节点的网络地址。命令标识：0x0031 /表示读取终端节点的SHT10湿度数据负荷长度为0返回数据：0209CB0100D33100024B0675数据负荷长度：0x02，表示返回的数据负荷长度为2个字节数据

52、负荷：0x064B温湿度数据格式参考SHT10格式。实验三 光敏传感器采集数据实验（一）实验目的了解单片机数据采集的工作原理，了解光敏传感器工作原理；学习和掌握通过ZigBee网络通信，利用上位机软件读取板载与外接光敏传感器数据。（二）实验设备ü ZigBee套件：协调器、传感控制节点ü 传感器：5539光敏传感器ü 操作台：提供电源、PC、USB口、RS232串口、RJ45以太口ü 软件：上位机软件ZigBee基础实验平台（三）实验容利用ZigBee基础实验平台软件读取板载与外接光敏传感器数据，并对采集结果进行分析。（四）实验过程采用光敏传感器，采集环

53、境光照度。将外接光敏传感器模块CH-SM-LS连接在ZigBee终端节点气体传感器接口上进行数据采集。1. 运行“ZigBee基础实验平台软件”，打开“ZigBee串口调试工具”和串口。2.读取板载光照度选择“板载光照度”，发送指令02 07 CB 01 00 D3 32 00 00 2E，如图25所示。图25板载光照度返回数据：07 09 CB 01 00 D3 32 00 02 E4 62 A5，则返回板载光照数据负荷为0x62E4利用测试结果转换工具，将返回数据转换成实际光照度值，如图26所示。具体转换公式可参考光敏传感器介绍。图26测试结果转换3.读取外接光敏传感器数据选择“外接光照度”，发送指令02 07 CB 01 00 D3 34 00 00 28，如图27所示。图27外接光照度返回数据：22 09 CB 01 00 D3 34 00 02 18 50 6E，则返回外接光照数据负荷为0x5018利用测试结果转换工具，将返回数据转换成实际温度值，如图2-8所示。具体转换公式可参考光敏传感器介绍图28测试结果转换（五）知识学