第6章-物联网应用系统开发

《物联网应用技术导论》课件

第6章物联网应用系统开发

东软电子出版社罗汉江主编《物联网应用技术导论》教材配套课件6第6章物联网应用系统开发6.1物联网应用系统开发概述

6.1.1物联网应用系统设计开发

6.1.2物联网应用系统集成6.2RFID应用系统开发

6.2.1RFID硬件部分开发6.2.2RFID读写程序设计

6.2.3PC机端程序设计

6.2.4项目案例—图书馆管理系统6.3传感器网络的开发6.3.1传感器网络开发概述

6.3.2项目案例—孵化室温度监控系统6.4本章小结

本章主要内容6.1物联网应用系统开发概述对于物联网应用，涉及到感知与识别技术、通信与组网技术和信息处理与控制服务技术等，总的来说主要包括以下几方面：物联网基础技术物联网基础技术主要包括嵌入式智能技术、射频读写器、传感器与无线传感网和纳米技术等。物联网主体支撑技术物联网主体支撑技术主要包括物联网系统中间件技术和信息服务技术等。物联网安全技术物联网中涉及到的安全问题包括感知识别技术安全性、相关信息传输的安全性、信息保密及隐私性、物联网业务安全性。

6.1物联网应用系统开发概述6.1.1物联网应用系统设计开发感知层设计：感知层的设计主要依赖于感知与识别技术，其中感知技术主要是传感器技术，而识别技术主要是RFID技术。6.1物联网应用系统开发概述6.1.1物联网应用系统设计开发数据传输层设计：数据传输层是物联网实现物与物、人与物的相连接的关键。数据传输层的设计主要考虑数据传输的方式、数据量、传输速度、传输距离，选择合适传输和通信网络的协议。6.1物联网应用系统开发概述6.1.1物联网应用系统设计开发应用层设计：应用层的支撑层由各种支撑平台和中间件组成，如信息协同处理平台、服务支撑平台、云计算平台和公共中间件等，其主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件的触发控制等。6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成由于各个学科、专业领域的技术交叉融合和应用，物联网应用系统设计、开发的方法以及可以应用的技术种类繁多，而要实现一个功能完备、使用方便舒适、高效、安全的物联网系统，则需要进行系统集成。6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成物联网应用系统的系统集成是指通过结构化、合理化的感知、识别技术和数据信息传输的通信、网络系统以及信息处理控制技术，将各个分离的设备（如基站、个人电脑、智能终端）、功能（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量）等集成到相互关联的、统一和协调的物联网系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，使系统性能最优。6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成一个物联网系统集成例子---智能社区系统的集成

6.2RFID应用系统开发典型RFID应用系统框图6.2RFID应用系统开发RFID的基本通信原理6.2RFID应用系统开发RFID系统的开发设计一般可分为以下几个工作：需求分析系统的总体方案设计系统性能指标分析

6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发天线天线是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，由于它已经和RFID标签集成为一体，因此不再单独讨论。另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。

6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发天线应有以下功能：天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度的接受，即方向具有方向性。天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。天线应有足够的工作频带。6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发天线设计需要考虑以下几个重要参数

天线的效率天线的阻抗天线的极化天线的方向性频带宽度6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发RFID电子标签的组成6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发标签IC芯片电路设计框图6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发读写器读写器的功能首先是激活标签，对于被动和半主动标签，读写器提供必要的能量激活在读写器读写范围内的标签，并读取存储在电子标签中的数据。对于可读可写的RFID系统，读写器不仅要从标签读出数据，也能将数据写入到标签内。读写器不仅与标签进行通信，而且要与主机通信，以此实现RFID电子标签与上位机之间的数据传输。6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发读写器的硬件组成框图6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计RFID的标签读写程序流程图6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计碰撞，即冲突，是指多个射频标签进入识别区域时信号互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别区域的所有标签，大大提高系统效率。防碰撞有硬件方式和软件方式，考虑成本，一般采用软件防碰撞方式。防碰撞策略空分多路（SDMA）法频分多路（FDMA）法时分多路（TDMA）法6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计防碰撞算法

Aloha算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言的方式，当标签进入读写器的识别区域内就自动向读写器发送其自身的ID号，在标签发送数据的过程中,若有其他标签也在发送数据,那么发生信号重叠导致完全冲突或部分冲突，读写器检测判断接收到的信号有无冲突，如果发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计ALOHA算法可分为纯ALOHA算法时隙ALOHA算法帧时隙ALOHA算法动态帧时隙ALOHA算法6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计二进制树算法二进制树防冲突算法的基本思想是将处于冲突的标签分成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有冲突，则正确识别标签，若仍有冲突则再分裂，把子集0分成00和01两个子集，依次类推，直到识别出子集0中的所有标签，再按此步骤查询子集1。6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计二进制搜索树算法流程6.2RFID应用系统开发6.2.3PC机端程序设计PC机端软件程序流程

6.2RFID应用系统开发6.2.4项目案例—图书馆管理系统6.2RFID应用系统开发6.2.4项目案例—图书馆管理系统读写器组成模块6.2RFID应用系统开发6.2.4项目案例—图书馆管理系统下位机系统流程6.2RFID应用系统开发6.2.4项目案例—图书馆管理系统初始化流程

6.2RFID应用系统开发6.2.4项目案例—图书馆管理系统上位机系统流程6.3

传感器网络的开发6.3.1传感器网络开发概述传感器网络开发流程大致有用户需求分析、系统方案设计与论证、系统开发、集成与调试、系统施工（调试、集成与改进）、系统验收、系统维护几个方面。基于ZigBee的传感器网络应用系统的开发主要是硬件开发，包括协调器、路由器、传感节点和控制节点的开发；以及软件开发，包括协议栈应用程序、上位机程序的开发。下面的案例介绍基于片上系统和Z-Stack的无线传感器网络应用系统的开发。

6.3

传感器网络的开发6.3.2项目案例—孵化室温度监控系统项目需求：由于孵化室对温湿度控制要求比较高，所以需要对室内温湿度进行实时监测，当温湿度过高或过低，就调节空调进行控制。采用基于ZigBee的无线传感器网络的监控系统，具有低功耗、低成本、可移动、高可靠的优点。孵化室内温湿度监控系统的目的是通过无线传感器网络中的传感控制节点将环境中的温度和湿度信息进行采集后，经无线传输，把信息传送给协调器，最终送给PC机显示，实现人机交互，以达到对室内环境中温湿度变化监测和控制