物联网智能控制与管理概述课件

物联网智能控制与管理概述第一章概述2023/7/283本章节主要内容1.1物联网中的关键技术

1.2单片机技术概述

1.3网络中的网关概述

2023/7/2841.1物联网中的关键技术1.1.1物联网的概念及其外延

1.1.2物联网的关键技术

2023/7/285物联网的概念及其外延

物联网的概念，于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出，它是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化的识别和管理。2023/7/286物联网的概念及其外延现在普遍接受的物联网概念是指通过信息传感设备，运用射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）、红外感应、全球定位系统(GPS)、激光扫描等技术，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络2023/7/287物联网的概念及其外延要理解物联网的内涵，除了对物联网的概念有所了解外，还必须清楚传感网、泛在网、M2M、因特网、移动网等与物联网密切相关的概念。2023/7/288物联网的概念及其外延泛在网也就是无所不在的网络，包括3个层次的内容：无所不在的基础网络、无所不在的终端单元和无所不在的网络应用。将4A作为其主要特征，即可以实现在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere），任何人（Anyone）、任何物（Anything）都能方便地通信。传感网，一般指无线传感器网络WSN（WirelessSensorNetwork），是指随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。传感网与物联网的最大区别就在于传感网不强调对物体的标识，仅仅感知到信号，并不一定明确标识出是众多被感知物体中的哪一个。M2M是指“机器对机器通信（MachinetoMachine）”，作为实现物联网最常见、最普遍，也是最具有可行性的方法，M2M的应用几乎涵盖了各行各业，在现阶段以及以后相当长的一段时间内，它都将是物联网研究和应用的主力军。2023/7/289物联网的概念及其外延物联网是一个复杂的系统，无法采用二维分层模型构造其逻辑模型，可以采用物品、网络、应用三维模型，构成由信息物品、自主网络、智能应用为构件的物联网概念模型。2023/7/28101.1物联网中的关键技术1.1.1物联网的概念及其外延

1.1.2物联网的关键技术

2023/7/2811物联网的关键技术

射频识别技术传感技术网络和通信技术数据的挖掘与融合2023/7/2812物联网的关键技术—射频识别技术RFID技术是一种无接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动待识别物体的自动识别，用于对采集点的信息进行“标准化”标识。将这一技术应用到物联网领域，使其与互联网、通信技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享。

2023/7/2813物联网的关键技术—传感技术

信息采集是物联网的基础，而目前的信息采集主要是通过传感器、传感节点和电子标签等方式完成的。物联网对传感器技术的要求。一是其感受信息的能力，二是传感器自身的智能化和网络化。2023/7/2814物联网的关键技术—网络和通信技术

物联网的实现涉及到近程通信技术和远程通信技术。近程通信技术涉及RFID、蓝牙等，远程通信技术涉及互联网的组网、网关等技术。传感器网络通信技术主要包括广域网络通信和近距离通信等两个方面，广域网络通信主要包括IP互联网、2G/3G移动通信、卫星通信等技术，而以IPv6为核心的新联网的发展，更为物联网的提供了高效的传送通道；在近距离通信方面，当前的主流则是以IEEE802.15.4为代表的近距离通信技术。M2M技术也是物联网实现的关键。2023/7/2815物联网的关键技术—数据的挖掘与融合

云计算为物联网提供了一种新的高效率计算模式，可通过网络按需提供动态伸缩的廉价计算，具有相对可靠并且安全的数据中心，同时兼有互联网服务的便利、廉价和大型机的能力，可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享，用户无需担心信息泄露，黑客入侵等棘手问题。云计算是信息化发展进程中的一个里程碑，它强调信息资源的聚集、优化和动态分配，节约信息化成本并大大提高了数据中心的效率。2023/7/2816本章节主要内容1.1物联网中的关键技术

1.2单片机技术概述

1.3网络中的网关概述

2023/7/28171.2单片机技术概述1.2.1单片机的基本概念

1.2.2STC15F2K60S2单片机的内部结构

1.2.3STC15F2K60S2单片机的引脚

1.2.4单片机技术的特点

1.2.5单片机应用系统

2023/7/2818单片机的基本概念单片机是在计算机的概念基础上发展起来的一种特殊的微型计算机。微型计算机系统由硬件系统和软件系统两部分构成。典型的微型计算机系统的组成2023/7/2819单片机的基本概念微型计算机硬件系统中央处理器也称为微处理器，主要用于执行程序，由运算器和控制器构成。运算器用来完成算术运算和逻辑运算；控制器主要用于解释输入计算机的命令并发出相应的控制信号。存储器包括程序存储器（ROM，Read-OnlyMemory）和数据存储器（RAM，RandomAccessMemory）两类，用来存放程序、数据及运算结果等信息。I/O接口是I/O设备与CPU之间的逻辑控制部件，是连接外部I/O设备与CPU的桥梁，实现I/O设备与CPU之间的信息传送。系统总线用于连接CPU、存储器和I/O接口，分为地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线用于传送存储单元地址或I/O接口地址；数据总线用于传送各大部件之间的数据信息；控制总线是传送控制信息、状态信息。2023/7/2820单片机的基本概念微型计算机的软件系统是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件，分为：系统软件（如操作系统）应用软件（如字处理软件）2023/7/2821单片机的基本概念如果将构成微型计算机硬件的各功能部件（CPU、程序存储器、数据存储器及I/O接口电路等）集成在同一块大规模集成电路芯片上，一个芯片就是一台微型计算机，则该微型计算机就称为单片微型计算机（SCM，SingleChipMicrocomputer），简称单片机。单片机的基本定义：单片机就是在一片硅片上至少集成了CPU、存储器（RAM/ROM等）、定时/计数器以及多种输入/输出接口（I/O、串行口等）的单芯片微型计算机。一个典型的单片机组成框图

2023/7/28221.2单片机技术概述1.2.1单片机的基本概念

1.2.2STC15F2K60S2单片机的内部结构

1.2.3STC15F2K60S2单片机的引脚

1.2.4单片机技术的特点

1.2.5单片机应用系统

2023/7/2823STC15F2K60S2单片机的内部结构

增强型8051内核，单时钟机器周期，速度比传统8051内核单片机快8~12倍60KBFlash程序存储器1KB数据Flash2048字节的SRAM2个16位可自动重装载的定时/计数器（T0、T1）和一个16位自动装载定时器（T2）可编程时钟输出功能至多42根I/O口线2个全双工异步串行口（UART）1个高速同步通信端口（SPI）8通道10位高速ADC3通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元（CCP，Capture/Compare/PWM）内部高可靠上电复位电路和硬件看门狗内部集成高精度R/C时钟，常温工作时，可以省去外部晶振电路。

STC15F2K60S2单片机的内部结构图2023/7/2824STC15F2K60S2单片机的内部结构—CPU运算器算术逻辑单元ALU用来完成二进制数的四则运算和布尔代数的逻辑运算。其中，程序状态字（PSW）为一个8位的标志寄存器，用来存放执行指令后的有关状态信息，供程序查询和判别之用。其各位定义如下表所示：

CY（PSW.7）：进位标志位。当执行加/减法指令时，如果操作结果的最高位D7出现进/借位，则CY置“1”，否则清“0”。执行乘除运算后，CY清零。此外，CPU在进行移位操作时也会影响这个标志位。AC（PSW.6）：辅助进位标志位。当执行加/减法指令时，如果低四位数向高四位数产生进/借位，则AC置“1”，否则清零。设置辅助进位标志AC的目的是为了便于BCD码加法、减法运算的调整。F0（PSW.5）：用户标志0。该位是由用户定义的一个状态标志。可以用软件来使它置“1”或清“0”，也可以由软件测试F0控制程序的流向。

2023/7/2825STC15F2K60S2单片机的内部结构—CPURS1，RS0（PSW.4～PSW.3）：工作寄存器组选择控制位，其详细介绍见后续内容。OV（PSW.2）：溢出标志位。指示运算过程中是否发生了溢出，在执行指令过程中自动形成。F1（PSW.1）：用户标志1（F1）。该位是由用户定义的一个状态标志。与F0类似，可以用软件来使它置“1”或清“0”，也可以由软件测试F1控制程序的流向。P（PSW.0）：奇偶标志位。如果累加器ACC中1的个数为偶数，P=0；否则P=1。在具有奇偶校验的串行数据通信中，可以根据P设置奇偶校验位。2023/7/2826STC15F2K60S2单片机的内部结构—CPU控制器：CPU的大脑中枢定时控制逻辑指令寄存器译码器地址指针DPTR程序计数器PC堆栈指针SPRAM地址寄存器16位地址缓冲器等。2023/7/2827STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器程序存储器ROMEPROMEEPROMFLASH（被STC15F2K60S2单片机中的程序存储器所采用，其存储容量为60KB）数据存储器RAM，STC15F2K60S2单片机中的数据存储器分为：内部数据存储器（RAM），256个字节扩展数据存储器（XRAM），1792字节STC15F2K60S2单片机增有1KB数据Flash存储器，用于保存一些需要在程序执行过程中修改并且掉电不能丢失的参数数据2023/7/2828STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器STC15F2K60S2单片机存储器结构的主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，片内集成有4个物理上相互独立的存储器空间：程序Flash存储器、数据Flash存储器、内部数据存储器和扩展数据存储器，如下图所示。2023/7/2829STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器程序存储器程序Flash存储器用于存放用户程序、常数和表格等信息。STC15F2K60S2片内集成了60KB的程序Flash存储器，地址为0x0000～0xEFFF。在程序Flash存储器中有些特殊的单元，在使用中应加以注意。0x0000单元：系统复位后，PC=0x0000。CPU从0x0000单元开始执行程序。0x0003～0x004B：其中的某些单元是中断服务程序的入口地址，如下表所示。2023/7/2830STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器数据存储器内部数据存储区（又称为内部RAM），256字节，可用于存放程序执行的中间结果和过程数据。内部RAM的地址范围是0x00～0xFF，共256个单元，分为3部分：低128字节RAM（0x00～0x7F）：也称为基本RAM区。基本RAM区又分为工作寄存器区、位寻址区、用户RAM和堆栈区高128字节RAM（0x80～0xFF）特殊功能寄存器（SFR）区（0x80～0xFF）

注：高128字节RAM区与特殊功能寄存器区地址范围都是0x80～0xFF，地址空间重叠，但物理上是独立的，在C51中，可使用存储类型关键字声明即可

2023/7/2831STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器数据存储器内部数据存储器工作寄存区：0x00～0x1F位寻址区：0x20～0x2F共128位，既可以像普通RAM单元一样按字节存取，也可以对单元中的任何一位单独存取。其对应的位地址范围是0x00～0x7F。特殊功能寄存器中，直接地址可被8整除的寄存器也可以进行位寻址，并且最低位的位地址等于其字节地址。2023/7/2832STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器位寻址区2023/7/28332023/7/2834STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器数据存储器内部数据存储器用户RAM和堆栈区：0x30～0xFFSTC15F2K60S2单片机有一个8位的堆栈指针SP，用于指向堆栈区，并且堆栈区只能设置在内部数据存储区STC15F2K60S2单片机的堆栈是向上生成的（即朝着地址增大的方向生成）当有子程序调用和中断请求时，返回地址等信息保存在堆栈内工作寄存器和位寻址区域分配好后，再指定堆栈区域STC15F2K60S2单片机复位以后，SP为0x07，指向了工作寄存器组0中的R7。一般情况下，用户不需要在C语言程序中修改堆栈指针SP2023/7/2835STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器数据存储器内部数据存储器特殊功能寄存器（SFR）：0x80～0xFF与芯片的引脚有关的特殊功能寄存区：P0～P5用于芯片内部功能的控制或者内部寄存器，如下表所示：2023/7/2836STC15F2K60S2单片机的内部结构—存储器数据存储器外部数据存储器（XRAM）外部RAM共1792字节地址范围为0x0000～0x06FF2023/7/2837STC15F2K60S2单片机的内部结构—输入/输出口

6个并行口既可以作为I/O端口使用，也可以作为外部扩展电路时的数据总线、地址总线及控制总线2个全双工的串行口串行口是可编程的全双工通信接口，具有通用异步接收/发送器（UART）的全部功能2023/7/2838STC15F2K60S2单片机的内部结构—其他内部资源

3个16位定时/计数器中断系统高速同步通信端口（SPI）3通道PWM/可编程计数器阵列/捕获/比较单元MAX810专用复位电路看门狗等等2023/7/28391.2单片机技术概述1.2.1单片机的基本概念

1.2.2STC15F2K60S2单片机的内部结构

1.2.3STC15F2K60S2单片机的引脚

1.2.4单片机技术的特点

1.2.5单片机应用系统

2023/7/2840STC15F2K60S2单片机的引脚

LQFP-44封装引脚图DIP-40封装引脚图2023/7/2841STC15F2K60S2单片机的引脚（1）电源引脚Vcc：一般接电源的＋5VGND：接电源地2023/7/2842STC15F2K60S2单片机的引脚（2）外接晶体引脚

XTAL1（与P1.7复用）和XATL2（与P1.6复用）分别是芯片内部一个反相放大器的输入端和输出端。通常用于连接晶体振荡器。常见的连接方法如右图所示。常见的晶振连接方法晶振电路晶体振荡器M的频率可以在4MHz～48MHz之间选择，典型值是11.0592MHz

电容C1、C2对时钟频率有微调作用，可在5～100pF之间选择，典型值是47pF

2023/7/2843STC15F2K60S2单片机的引脚（3）控制和复位引脚

ALE（与P4.5复用）：当访问外部存储器或者外部扩展的并行I/O口时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节RST（与P5.4复用）：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。如果需要单片机接上电源就可以复位，则需要使用上电复位电路。典型的上电复位电路如右图所示。上点复位电路P5.4/RST/IRC_CLKO脚出厂时默认为I/O口，可以通过STC-ISP编程软件下载程序时，将其设置为RST复位脚

上电复位电路图2023/7/2844STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚STC15F2K60S2单片机最多可以有42根I/O口线，42根I/O口线分别为：P0口（8根）：P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。P1口（8根）：P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7。P2口（8根）：P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7。P3口（8根）：P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。P4口（8根）：P4.0、P4.1、P4.2、P4.3、P4.4、P4.5、P4.6、P4.7。P5口（2根）：P5.4、P5.5。2023/7/2845STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的工作模式

例如，若设置P1.7为开漏，P1.6为强推挽输入输出，P1.5为高阻输入，P1.4、P1.3、P1.2、P1.1和P1.0为弱上拉，则可以使用下面的代码进行设置：P1M1=0xa0; //10100000BP1M0=0xc0; //11000000BSTC15F2K60S2单片机的每个I/O口在弱上拉时都能承受20mA的灌电流（最好使用限流电阻，如1KΩ），在强推挽输出时都能输出20mA的拉电流（也要加限流电阻）。虽然如此，整个芯片的工作电流推荐不要超过90mA。即从MCU-Vcc流入的电流不超过90mA，从MCU-GND流出的电流不超过90mA，整体流入/流出电流都不能超过90mA。2023/7/2846STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能

P0口用作数据总线（D7~D0）或者地址总线低8位（A7~A0）

用作普通I/O

P1口2023/7/2847STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能P2口2023/7/2848STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能P3口2023/7/2849STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能P4口2023/7/2850STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能P5口P5.4/RST（复位脚）/IRC_CLKO（内部R/C振荡时钟输出；输出的频率可为IRC_CLK/1或IRC_CLK/2）/SS_3（SPI接口的从机选择信号备用切换引脚）。该引脚默认为I/O口，可以通过ISP编程将其设置为RST（复位）引脚P5.5没有复用功能2023/7/2851STC15F2K60S2单片机的引脚（4）输入/输出（I/O）引脚I/O口的复用功能补充捕获/比较/脉宽调制（CCP）通道的引脚切换、SPI接口的引脚切换以及串口的引脚切换由辅助寄存器AUXR1（也称为P_SW1，地址为A2H，复位值为000000x0B）和外设功能切换寄存器P_SW2（地址为BAH，复位值为000xxx00B）确定。这两个寄存器的各位定义如下表：捕获/比较/脉宽调制（CCP）通道可以在三个地方切换，由CCP_S1和CCP_S0两个控制位选择SPI可以在三个地方切换，由SPI_S1和SPI_S0两个控制位选择串口1可以在三个地方切换，由S1_S1和S1_S0两个控制位选择串口2可以在两个地方切换，由S2_S0控制位选择GF2：通用标志位。该位是由用户定义的一个状态标志。可以用软件来使它置“1”或清“0”，也可以由软件测试GF2控制程序的流向ADRJ：留作备用DPS：数据指针选择位2023/7/28521.2单片机技术概述1.2.1单片机的基本概念

1.2.2STC15F2K60S2单片机的内部结构

1.2.3STC15F2K60S2单片机的引脚

1.2.4单片机技术的特点

1.2.5单片机应用系统

2023/7/2853单片机技术的特点

长寿命不同