物联网实验讲解课件

1、第八章 物联网实验8.1 实验设备简介8.2 RFID系统的基本实验8.3 无线传感器网络WSN 实验 8.1 实验设备简介 为了对物联网的概念和关键技术有更深一步的理解，基于北京泰格瑞德科技有限公司的JX200系列教学实验系统设计了有关RFID协议和无线传感器网络的实验。8.1 实验设备简介JX200教学实验系统的基本参数如表8-1所示。 表8-1JX200教学实验系统规格参数表频率125kHz/13.56MHz/900MHz/2.4GHz传输协议ZigBee（IEEE 802.15.4）协议ID/ISO/IEC 14443/ ISO/IEC 15693 /ISO/IEC18000-6自动应

2、答类型ID（125k）/近场（13.56MHz）/远场（900MHz）感应区域10cm以内（125k、ISO14443）/30cm（ISO15693）/1m以内（900MHz）PC接口RS232C电源9V DC / 12V DC8.1 实验设备简介 JX200教学实验系统能提取、展现出RFID系统中整个的射频信号：编码信号、载波信号、调制信号、调制载波信号、功率放大信号、电子标签返回信号、FSK解调信号、ASK解调信号。 对RFID国际标准中的技术标准ISO18000-3的相关指令按照功能作用拆开进行解析。直观、形象地感受RFID国际标准指令执行的情况，掌握这些指令的作用和使用方法。8.1 实

3、验设备简介 使用API接口函数实现了RFID应用系统的设计开发，而且还培养使用者从底层学习和认识RFID的工作原理，通过命令更加直接地控制读写器，模拟实现实际系统的功能，并通过模拟整个系统的开发流程实现整个应用系统的功能。 提供全部的应用系统源代码，能非常迅速地掌握应用系统开发的能力 。8.1 实验设备简介通过该系统的使用实现以下几个目标。（1）.通过实验观测内部硬件构造，能更加有效地学习RFID系统设计技术。（2）.可以进行实验并理解诸如防碰撞算法和125k ID、ISO/IEC15693、ISO/IEC 14443、ISO/IEC18000-6和ZigBee(IEEE 802.15.4)等

4、国际标准协议。8.1 实验设备简介（3）通过提供的应用程序接口（API）可以进行RFID应用设计，该套设备可以培养学生在不同领域内应用RFID系统的能力。（4）了解无线传感网的功能、掌握数据通信的接口。（5）掌握物联网技术的应用方法。8.1 实验设备简介系统硬件结构如图8-1所示。 图8-1 JX200教学实验系统硬件结构图8.1 实验设备简介各功能模块如图8-2图8-15所示。 图8-2 915模块 图8-3 14443模块 图8-2 915模块8.1 实验设备简介图8-4 LCD模块图8-5 电源模块 8.1 实验设备简介 图8-6 ZigBee2模块8.1 实验设备简介 图8-7 系统跳

5、线 8.1 实验设备简介 图8-8 125k模块8.1 实验设备简介图8-9 ZigBee1模块 图8-10 MCU模块8.1 实验设备简介图8-11 通信模块 图8-12 天线模块8.1 实验设备简介图8-13 射频模块 图8-14 3 3按键模块8.1 实验设备简介 图8-15 测量点模块8.2 RFID系统的基本实验8.2.1 RFID实验的配置与准备8.2.2 实验一：RFID系统的编码 8.2.3 实验二：RFID系统的载波产生 8.2.4 实验三：RFID系统的信号调制8.2.5 实验四：RFID系统的天线8.2.6 实验五：标签信息的读写实验8.2.7 实验六：数据包分析实验8.

6、2.8 实验七：UHF 900M ISO18000-6实验8.2.1 RFID实验的配置与准备 连接电源线及串口通信连线，听到一声蜂鸣器响后，可进行如下操作。 打开 PC_Software_Setup文件夹，按照其中的安装说明操作后，运行Tag-Reader.exe打开操作界面，设置好本机正确的端口，也可以根据情况在安装时进行设置。软件操作界面如图8-16所示。8.2.1 RFID实验的配置与准备图8-16 Tag-Reader软件界面图8.2.1 RFID实验的配置与准备 将RFID标签放于仪器天线之上，或拿在手里离天线30cm之内处。确认系统已经和计算机连接好，串口设置界面如图8-17所示

7、。 选中“Inventory”command，点击“Run”，即可得到正常标签的UID。 UHF 900MHz module的操作界面如图8-18所示。8.2.1 RFID实验的配置与准备 图8-17 串口设置界面图8.2.1 RFID实验的配置与准备图8-18 UHF 900MHz module模块操作界面图8.2.1 RFID实验的配置与准备 与RFID实验有关的测量点，见图8-15。（1）测量点XP500的第一脚（插针上面的脚是第一脚的位置，以下同：载波信号测试点；测量点XP500的第二脚（插针下面的脚，以下同）：信号公共地。（2）测量点XP501的第一脚：调制载波信号测试点；测量点XP

8、501的第二脚：信号公共地。（3）测量点XP502的第一脚：末级射频信号测试点；测量点XP502的第二脚：信号公共地。8.2.1 RFID实验的配置与准备（4）测量点XP503的第一脚：标签返回FSK信号放大后的信号测试点；测量点XP503的第二脚：调制信号，用作示波器检测时的同步触发信号。（5）测量点XP504的第一脚：标签返回ASK信号放大后的信号测试点；测量点XP504的第二脚：调制信号，用作示波器检测时的同步触发信号。（6）测量点XP505：信号公共地。8.2.2实验一 RFID的系统的编码一、实验目的 熟悉和学习ISO/IEC 18000-3、ISO15693标准规范的第二部分规定的

9、数据编码方式，掌握脉冲位置调制技术的256取1、4取1数据编码模式。二、实验内容 通过示波器观测输出的编码信号。8.2.2实验一 RFID的系统的编码三、基本原理 ISO/IEC 18000-3，ISO15693标准规范的第二部分规定包括以下两部分。 (1).“256取1”编码模式 一个独立字节的值可以通过一个脉冲的位置来表现，脉冲在256个连续（18.8s）时间段中的位置决定该字节的值，这样，一个字节耗时4.833ms，通信速率为1.65kbit/s。读写器发送的数据帧的最后字节要在EOF之前传输完毕。8.2.2实验一 RFID的系统的编码脉冲发生在决定数值的时间段（18.8s）的后半段（9

10、.44s）。 (2).“4取1”编码 “4取1”PPM模式用在同时传输两个位的情况。一个字节中连续的四个数据对，LSB先进行传输。数据传输率为26.48kbit/s。8.2.2实验一 RFID的系统的编码四、所需仪器 供电电源、示波器。五、实验步骤 可在PC机软件的控制方式和按键的操作两种方式通过示波器，观测测试点的RF相关信号。可以观测的信号包括载波信号、调试信号、调制载波信号、射频输出信号，标签返回信号等。8.2.2实验一 RFID的系统的编码1.测试线连接 连接示波器：使用CH2 探头，地接到XP505，探针接到XP503的Pin2。设置示波器：触发源选择CH2，其余设置可以参照图8-1

11、9。8.2.2实验一 RFID的系统的编码2.操作 PC机软件的控制方式，用随机配置的通信线连接PC机和RFID机器，连接随机配置的电源，开启电源,打开示波器（100MHz），Tag-Reader软件里选择“Inventory”命令，按“AutoRun”软启动启动连续Inventory测量（在连续测量模式下观察信号效果更好）。8.2.2实验一 RFID的系统的编码3.观测信号，大体如图8-19所示。 可通过调节示波器水平扫描刻度，精确观测编码信号波形。 8.2.2实验一 RFID的系统的编码 图8-19 示波器波形及参数设置8.2.3实验二 RFID系统的载波产生一、实验目的 了解系统载波信号

12、的产生部分原理和实现方法。二、实验内容 观测系统产生的载波信号。三、基本原理 基于高频模拟信号产生基本原理。8.2.3实验二 RFID系统的载波产生四、所需仪器 供电电源、示波器。五、实验步骤1测试线连接连接示波器：使用CH1探头，地接到XP500的Pin2，探针接到XP500的Pin1。设置示波器：触发源选择CH1，其余设置可以参照图8-20。8.2.3实验二 RFID系统的载波产生2操作 启动连续Inventory测量。3观测信号，如图8-20所示 产生此载波信号的实际电路板的部分，见图8-21中标识1。8.2.3实验二 RFID系统的载波产生 图8-20 RFID载波波形 8.2.3实验

13、二 RFID系统的载波产生 图8-21 RFID载波产生电路 上图中标识1为产生载波信号的实际电路板部分8.2.4 实验三 RFID系统的信号调制一、实验目的 熟悉和学习ISO/IEC 18000-3，ISO15693标准规范的第二部分规定的通信信号调制部分，掌握标准的ASK调制技术。二、实验内容 通过示波器观测输出的调制信号。8.2.4 实验三 RFID系统的信号调制三、基本原理 ISO/IEC 18000-3，ISO15693标准规范的第二部分规定为读写器和标签之间通信用ASK调制原理进行，两种调制指数为10%和100%。标签均可解码，而读写器决定用哪种指数。四、所需仪器 供电电源、示波器

14、。8.2.4 实验三 RFID系统的信号调制五、实验步骤1测试线连接连接示波器：使用CH1探头，地接到XP501的Pin2，探针接到XP501的Pin1。设置示波器：触发源选CH1，其余设置参照图8-22。2操作：连续Inventory测量 3观测调制信号，如图8-22所示。8.2.4 实验三 RFID系统的信号调制图8-22 RFID调制信号波形及参数设置 8.2.4 实验三 RFID系统的信号调制 图8-23 RFID调制信号电路 上图中标识2为完成信号调制功能的实际电路板部分 8.2.5 实验四：RFID系统的天线一、实验目的二、实验内容三、基本原理四、所需仪器五、实验步骤一、实验目的

15、熟悉和学习ISO/IEC 18000-3，ISO15693标准规范的天线使用技术。二、实验内容 通过示波器观测从电子标签返回的信号。三、基本原理 电磁耦合、电磁波传送的基本原理。四、所需仪器 供电电源、示波器。五、实验步骤1测试线连接 连接示波器：同时使用CH1、CH2 探头，地都接到XP505，CH1探针接到XP503的Pin1，CH2探针接到XP503的Pin2。 设置示波器：触发源选择CH2，其余设置可以参照图片8-24。 图8-24 RFID天线信号波形及参数设置 2操作 在Modulation下拉菜单处，选择FSK，启动连续Inventory测量。 3观测信号 在天线底部或顶部放置金

16、属板，用示波器观测信号，了解并评估在FSK模式下金属环境对天线工作的影响。 4测试线连接 连接示波器：同时使用CH1、CH2 探头，地都接到XP505，CH1探针接到XP504的Pin1，CH2探针接到XP503的Pin2。 设置示波器：触发源选择CH2，其余设置可以参照图片8-24。 5操作 在Modulation下拉菜单处，选择ASK，启动连续Inventory测量。 6观测信号 在天线底部或顶部放置金属板，用示波器观测信号，了解并评估在ASK模式下金属环境对天线工作的影响。如条件允许，还可以加入铁氧体，用示波器观测信号，了解并评估铁氧体在这种环境下的作用效果。8.2.5 实验五：标签信息

17、的读写实验一、实验目的二、实验内容三、基本原理四、所需仪器五、实验步骤一、实验目的 熟悉和学习ISO/IEC 18000-3，ISO 15693标准规范第三部分协议和指令内容中的读取和写入标签数据操作部分内容。二、实验内容 通过发送不同的基本指令，观察返回的数据，了解指令的作用。三、基本原理 ISO15693标准规范第三部分。四、所需仪器 供电电源、电子标签。五、实验步骤1读取UID 将1个标签放于仪器天线之上，给系统上电，打开系统软件Tag-Reader.exe，正确设置串口，选择确定当前使用的串口，按“connect”连接串口。 运行“Inventory”command，得到正常标签的UI

18、D。操作如图8-25所示。图8-25 标签UID读取 2读取单个BLOCK数据 确认系统已经得到了单个标签的UID，在“Special Operation”处，运行“Read Single Block”command，即可得到确定UID标签的相应Block里面的数据。操作如图8-26所示。 查看“Response Data”里面的“Data Detail”处和信息栏里的数据，图8-26为放置1个标签（卡片）时读写器读到的这个标签存储器内地址0存储的数据。可以在BlkAdd处更改地址，选择读取相应地址的数据。图8-26 单个BLOCK数据读取 3写单个BLOCK数据 确认系统已经得到了单个标签的

19、UID，在“Special Operation”处，在BlkAdd处输入想要写入数据的存储器地址数值，再在BlkBit处输入需要写入存储器内这个地址的数据。 运行“Write Single Block”command，即可把需要的数据写入到当前标签指定地址的Block存储器里。操作如图8-27所示。 查看“Response Data”里面的“Status”处的信息。图8-27为放置1个标签（卡片）时读写器向标签的存储器00位置写入01 02 00 00这4个字节数据的响应。 写入数据后，可以再通过“Read Single Block”command读取相应地址的数据，与刚才写入的数据比较来验证

20、是否写入正确。图8-27 单个BLOCK数据写入 8.2.7 实验六：数据包分析实验一、实验目的二、实验内容三、基本原理四、所需仪器五、实验步骤一、实验目的 熟悉和学习本系统标签和读写器之间传输的信息包的结构，并结合ISO/IEC 18000-3，ISO 15693标准规范第三部分协议中的指令内容，对信息包进行相应的分析。二、实验内容 通过发送Inventory命令从电子标签里读出UID，通过在PC软件下分析相关的数据，了解、掌握读写器和标签之间数据包的组成和结构。三、基本原理 ISO 15693标准规范第三部分的第4节和第7节内容。四、所需仪器 供电电源、示波器。五、实验步骤1设置 加电运行

21、系统，在系统的天线范围内放置1个标签。打开系统软件Tag-Reader.exe，正确设置串口。 2操作 在系统软件下，“Special Operation”处，选择运行“Inventory”command动作。操作如图8-28所示。 查看“Response Data”里面的“Data Detail”处和信息栏里的数据，图8-28为放置1个标签（卡片）时读写器发送一个“Inventory”读取命令时读到标签的数据响应。 图8-28中在信息栏里，标签的响应部分“Time：21:49:44 RESPONSE:07000 A00000000544506000104E080C4”的内容其组成分解如Com

22、mand data 处的组成。其中“Data Detail”处标签返回的前两个字节的数据分别为：Flags，标签返回的标志；DSFID，数据存储格式标志。 结合ISO/IEC 15693标准协议，分析实现现象和结果，总结实验过程，加深对传输的信息包数据结构的理解。图8-28 RFID数据包分析 8.2.8 实验七：UHF 900M ISO18000-6实验 以JX200系列教学实验系统为平台，进行相关的标签操作实验。1选择UHF 900M功能模块 可以使用JX200系列教学实验系统的COM1串口1、COM2串口2，无线通信模块 ZigBee1接口或者无线通信模块ZigBee2接口进行实验。这里

23、只介绍通过串口1、串口2进行实验的操作。 通过串口1接口的操作可以通过 JUMPER 跳线选择，如图8-29所示选择。 即用跳线分别短接插针XP508、XP509的第二对引脚。图8-29 UHF功能模块串口1接口工作跳线选择图 Pin1 Pin1 通过串口2接口的操作可以通过JUMPER跳线选择，如图8-30所示选择。 即用跳线分别短接插针XP510、XP511的第一对引脚。图8-30 UHF功能模块串口2接口工作跳线选择图 Pin1Pin1 通过串口1接口的操作也可以用按键在LCD上通过软件选择，如图8-31所示选择。 此时按键盘上的“确认”键即可选择。图8-31 UHF功能模块串口1接口工

24、作软件选择LCD图 Com1 LINK OPT.:1NULL2UART13UHF 通过串口2接口的操作也可以用按键在LCD上通过软件选择，如图8-32所示选择。 此时按键盘上的“确认”键即可选择。图8-32 UHF功能模块串口2接口工作软件选择LCD图 COM2 LINK OPT.:1NULL2UHF3ISO144432软件操作 直接双击的“TagReader Practice System”文件夹下的“PracticeSystem.exe”即可启动实验程序。 （1）连接与断开 启动Demo程序后首先选择UHF的COM端口，选择波特率,并单击“Open”即可连接到实验箱UHF部分。单击“Clo

25、se”即可断开连接，操作界面如图8-33所示。 请注意，当无特殊说明时波特率（BaudRate）为57600。图8-33 UHF的COM端口设置图 （2）识别标签号 当读卡器读取范围内只有一张电子标签时，采用单卡读取模式，能够更快速准确地识别电子标签。 确认“防冲撞识别”选择框处于未选中状态，并单击“Inventory”启动标签识别，如图8-34所示。如果UHF 900M识别到标签则会不断返回到Demo程序并把标签号显示在List中。图8-34 单卡模式下识别电子标签 当读卡器读取范围内有一张以上电子标签时，采用多卡识别读取模式，能够更快速准确地识别电子标签。 确认“Anticoll Init

26、Q”选择框处于选中状态，并单击“Inventory”启动标签识别，如图8-35所示。如果UHF 900M识别到标签则会不断返回到Demo程序并把标签号显示在List。图8-35 多卡模式下识别电子标签 （3）功率设置 单击“GetPower”按钮读取UHF 900M的功率设置，LIST框中显示当前输出功率值。 在“SetPower”列表中输入用户期望的输出功率值（1030步进1dB），单击“SetPower”按钮设置UHF 900M功率。设定功率值后，UHF 900M将该功率参数保存，重新上电后，UHF 900M的默认输出功率为最后一次修改的功率值。 （4）读取数据 选择需要进行操作的标签。

27、选择BANK，即标签的存储空间段。 输入PTR，即数据地址的偏移量。PTR每增加1，读取数据的开始地址增加两个字节。PTR是十进制数。 输入Count，即数据长度。Count以两个字节为单位，且为十进制数。 单击“Read”按钮执行操作，如图8-36所示。 当标签的Pwd密码不为零且需要在加密状态下对标签进行读取、写入、擦除操作时需把Access Pwd输入框中输入32位Access密码（见图8-37）。 （5）写入数据 选择需要进行操作的标签。 选择BANK，即标签的存储空间段。 输入PTR，即数据地址的偏移量。PTR每增加1，读取数据的开始地址增加两个字节。PTR是十进制数。图8-36 读

28、写数据 图8-37 在加密状态读写数据 输入Count，即数据长度。Count以两个字节为单位，且为是十进制数。 输入Data，即需要写入的用户数据。Data是十六进制数，且长度要符合Count的设置。例如，Count设置为1，则Data需要两个字节。 单击“Write”按钮执行操作。8.3 无线传感器网络WSN实验8.3.1 WSN模块配置操作8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO 18000-6 Reader结合应用实验8.3.3 实验九：WSN传感器数据采集应用实验8.3.4 实验十：WSN无线数据传输与有线数据传输同时工作实验8.3.1 WSN模块配置操作1配置WSN模块1 WSN

29、模块在使用前需要进行相关的配置，以更好地完成项目相关功能。 配置WSN模块1需要选择平台串口1（COM1）与PC机的串口相连，同时配置平台的串口1为WSN模块1连接模式。 1硬件连接 平台的串口1和WSN 模块1的连接可以通过JUMPER跳线来选择，用跳线分别短接插针XP508、XP509的第四对引脚1硬件连接 平台的串口1和WSN模块1的连接也可以用按键在LCD上通过软件选择，如图所示。2软件配置操作 WSN模块1可以配置成Master模式也可以配置成Client模式，一般一个系统里面拥有一个Master和多个Client。在这里，我们把WSN模块1可以配置成Master模式。2软件配置操作

30、 先打开电源，在PC机上面打开MiniTool软件。为了确保WSN模块不是在透传模式，首先点击退出透传模式，如图所示。 2软件配置操作 2软件配置操作 然后点击“搜索”，让软件自动搜索连接上的模块，此时在模块列表框，我们就能看到软件搜索到的模块。设置好需要的波特率，点击“写配置”写入配置。2软件配置操作 2软件配置操作 点击“配置”列表下面的“常规配置”，设置“通信信道”、“拓扑类型”、“节点类型”、“网络号”，注意此时拓扑类型要设置为“Mesh”，节点类型要设置为“Master”，网络号要设置为0，写入配置，如图所示。2软件配置操作 2软件配置操作 点击“配置”列表下面的“透传模式”，设置“

31、透传目的”地址为1，点击“进入”，让模块进入透传模式，如图所示。 这样这个设置好的模块就能以Master身份与设置好的网络号为0的Client相互传输数据了。2软件配置操作 2软件配置操作 模块也可以直接通过二进制指令或者AT指令工作，如图所示。 8.3.1 WSN模块配置操作2配置WSN模块2 配置WSN模块2可以选择平台串口1（COM1），也可以选择平台串口2（COM2）与PC机的串口相连，这里以选择平台串口1（COM1）为例，同时配置平台的串口1为WSN 模块2连接模式。1硬件连接 平台的串口1和WSN模块2的连接可以通过JUMPER跳线来选择，用跳线分别短接插针XP508、XP509的

32、第三对引脚1硬件连接 平台的串口1和WSN模块2的连接也可以通过软件用按键在LCD上选择2软件配置操作 WSN模块2软件配置的方法和WSN模块1的配置方法相同。 需要注意的是在“常规配置”的地方需要把节点号配置为1，“节点类型”配置为Client；在“透传模式”的地方，把“透传目的”地址配置为0。2软件配置操作 现在我们可以把WSN模块1与UHF ISO18000-6模块连接，WSN模块2通过串口连接到PC机的串口上。 这样我们把UHF ISO18000-6模块的读取标签信息，通过两个WSN模块之间无线传输，再上传到PC机上。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Read

33、er 结合应用实验 8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验（1）选择UHF ISO18000-6功能模块连接WSN模块 UHF ISO18000-6 功能模块与WSN模块1连接的操作可以通过JUMPER跳线选择，用跳线分别短接插针XP506、XP507的第一对引脚8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验 UHF ISO 18000-6功能模块与WSN模块1连接的操作也可以用按键在LCD上通过软件选择8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验 UHF ISO

34、18000-6功能模块与WSN模块1的连接，也可以换成UHF ISO 18000-6功能模块与WSN模块2的连接，此时，对于同一实验系统内部，把PC端与WSN模块1连接。同样可以进行这个实验。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验（2）PC端对应WSN模块设置 可以选择另外一台JX200系列教学实验系统的WSN模块1或者模块2与PC机的串口连接，也可以选择同一台JX200系列教学实验系统的WSN模块2与PC机的串口连接上。这里以用同一台实验系统的WSN模块2的操作为例。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合

35、应用实验 通过JUMPER跳线把JX200系列教学实验系统的串口2 COM2与WSN模块2连接上，即用跳线分别短接插针XP510、XP511的第4对引脚。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验 按键盘上的“确认”键即可选择，然后再把PC机的串口和系统的串口2（COM2）用串口线连接上就可以了。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验（3）软件操作 软件操作和读写器正常通过串口或者串口转USB口的连接线连接PC的操作完全相同 通过软件我们可以读取标签UID读写标签。此时PC软件得到的标签信息，是通过两个无线传输模块WSN模块之间传输信息来完成的。8.3.2 实验八：WSN与UHF ISO-18000-6 Reader 结合应用实验 PC软件先通过与PC相连的WSN模块，发送命令，与读写器相连的WSN模块通过无线接收到PC软件的命令，传给相连的读写器，读写器识别命令，按命令工作；读写器