通信综合实验系统实验一

第一章无线传感器网络系统概述-170-.--通信综合实验系统主编：黑龙江大学电子工程学院通信工程专业实验室.--目录第二章OURS-WSN-IOTS物联网创新实验系统-第一章无线传感器网络系统概述随着微机电系统(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS)、片上系统（SOC，SystemonChip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。很多人都认为，这项技术的重要性可与因特网相媲美：正如因特网使得计算机能够访问各种数字信息而可以不管其保存在什么地方，传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。它甚至被人称为一种全新类型的计算机系统，这就是因为它区别于过去硬件的可到处散布的特点以及集体分析能力。然而从很多方面来说，现在的无线传感器网络就如同远在1970年的因特网，那时因特网仅仅连接了不到200所大学和军事实验室，并且研究者还在试验各种通讯协议和寻址方案。而现在，大多数传感器网络只连接了不到100个节点，更多的节点以及通讯线路会使其变得十分复杂难缠而无法正常工作。另外一个原因是单个传感器节点的价格目前还并不低廉，而且电池寿命在最好的情况下也只能维持几个月。不过这些问题并不是不可逾越的，一些无线传感器网络的产品已经上市，并且具备引人入胜的功能的新产品也会在几年之内出现。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为:军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。【网络协议】无线传感器网络多采用五层协议标准：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。【主要用途】虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：1.环境的监测和保护2医疗护理3军事领域4其他用途无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。目前，国内外研究人员已经开发出多种无线传感器网络节点，其实这些节点的组成部分是类似的，只是其应用背景不同，对节点性能的要求也不尽相同，因此所采用的硬件组件有很大差异。在无线传感器网络中应用最多的是ZigBee和普通射频芯片。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只有32KB，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。以上特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。目前市场上常见的支持ZigBee协议的芯片制造商有Chipcon公司和Freescale半导体公司，Figure8公司还专门开发了ZigBee协议栈。Chipcon公司的CC2420芯片应用较多，Toles节点和XYZ节点都是采用该芯片；Chipcon公司提供包含Figure8公司开发的ZigBee协议的完整开发套件。Freescale半导体公司提供ZigBee的2.4GHz无线传输芯片有MC13191、MC13192、MC13193；该公司还提供配套的开发套件。传感器种类很多，可以检测温湿度、光照、噪声、振动、磁场、加速度等物理量。-第二章通信综合实验系统物联网创新实验系统集成了多种传感器模型以及多种无线组网模式，可实现多种物联网构架，面向各大高校及大专院校的专业教学及创新和竞赛，提供了众多实验例程，便于学生熟悉和掌握物联网的构成及实际应用。物联网创新实验系统包括硬件设备、软件资源、实验资源三大部分。硬件设备包括微型无线传感器、通用传感器及被控对象、嵌入式网关、GPRS网络设备和其他配套设备。软件资源包括无线传感器网络软件，嵌入式网关软件，PC数据管理与分析软件，实验资源包括基于控制器的基础实验、传感器信息采集实验、无线信号收发实验、Zigbee网络通讯实验、及组件控制实验等，通过对这三部分资源的充分学习，可为物联网工程应用打下坚实的基础，并能通过不同传感器的特性，不同网络的组成形式，开发出更多实用性强的物联网应用模式。1、硬件设备1.1微型无线传感器微型无线传感器分为温度，湿度，光电，触力等多种传感器。每个节点由MCU/RF部分、传感器部分和电源管理部分组成，包括智能三项传感节点与智能触力传感节点。（1）智能三项传感节点支持温度，湿度，光电三种传感器，支持2.4G无线组网，配备按键输入和LED输出，支持电池工作，并配套电池充电功能。（2）智能触力传感节点支持压力传感器，支持2.4G无线组网，配备按键输入和LED输出，支持电池工作，并配套电池充电功能。1.2通用传感器以及被控对象通用传感器以及被控对象包括通用调试器母板，红外模拟传感器母板，超声波模拟传感器母板，酒精浓度传感器母板，电机控制器母板等。每种母版均支持对微型无线传感器的程序更新与调试，母板可独立控制自身硬件，也可联合微型无线传感器进行联网，实现网络化控制。通用调试器母板，超声波模拟传感器母板，酒精浓度传感器母板，红外模拟传感器母板，电机控制器母板。1.3其他配套设备包括程序下载器，下载线，串口线，并口线，JTAG板，WSN供电器等配套设备。2、软件资源2.1无线传感网软件无线传感器网络采用2.4GISM频段，通过软件可实现点对点，以及一点对多点的多形式组网控制。2.2系统机数据管理与分析软件该软件能在PC上实现数据的管理与维护，通过数字和图表的方式，可多方位显示无线传感器网络的状态，及控制传感网上的设备，还有配套的波形存储与分析工具。3、实验资源实验从无线网络处理器的基本实验，逐步进阶到无线数据采集通信的高级实验，即能满足基础的教学要求，又能加强学生的实际应用能力。

第三章系统简介在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)。ZigBee网络由一个Coordinator以及多个Router和多个End_Device组成。配置。ZigBee联盟定义了这些由栈配置组成的栈参数。网络中的所有设备必须遵循同样的栈配置。为了促进互用性这个目标，ZigBee联盟为ZigBee2006规范定义了栈配置。所有遵循此栈配置的设备可以在其他开发商开发的遵循同样栈配置的网络中。第四章基于CC2430的实验部分实验1：无线温湿度、光电传感器实验学习使用CC2430无线单片机使I/O口外接的LED灯显示，并按规律闪烁。实验内容涉及软件设计、软件修改，硬件观察。提供源程序，提供程序注释。1、装有IAR开发及调试环境的PC，串口线。2、通用调试器母板，智能三项传感节点模块。ADC支持多达14位的模拟数字转换。ADC包括一个模拟多路转换器，具有多达8个各自可配置的通道；以及一个参考电压发生器，转换结果通过DMA写入存储器。还具有若干运行模式。ADC的主要特性如下：●可选的抽取率，这也设置了分辨率。●8个独立的输入通道，可接受单端或差分信号。●参考电压可选为内部单端，外部单端，外部差分或AVDD_SOC。●产生中断请求。●转换结束时的DMA触发。●温度传感器输入。●电池测量功能。图5-1ADC程序框图实验一温湿度及光强度传感器实验一、实验目的：1、学习使用CC2430及相应模块采集温湿度信号。2、掌握针对温湿度传感器的编程方法。3、学习使用CC2430及相应模块采集光电信号。4、掌握针对光电传感器的编程方法。二、实验内容：使用CC2430及相应模块采集外部温湿度信号,并进行数模转换通过串口显示出采集的数据。三、实验设备：1、装有IAR开发及调试环境的PC，串口线。2、通用调试器母板，智能三项传感节点模块。3、CC2430/31多功能仿真器，USB线（A型转B型）。四、实验原理：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隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及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：7.6实验步骤:（1）启动IAREmbeddedWorkbench，打开工程2430-r.eww；（2）连好实验设备，改变跳线帽的设置。打开电源，将程序下载到目标板上。注：跳线J3,J4连接为TX-2430连接TX-USB，RX-2430连接RX-USB。（3）重启传感节点模块，按下仿真器复位键，打开串口调试工具。配置好相应设置后。点击“连接”。（4）启动IAREmbeddedWorkbench，打开工程forj11-1-3avdd.eww；（5）连好实验设备，改变跳线帽的设置。打开电源，将程序下载到目标板上。注：跳线J3,J4连接为TX-2430连接TX-USB，RX-2430连接RX-USB。（6）打开串口调试工具。配置好相应设置后。点击“连接”。重启传感节点模块，按下仿真器复位键。（7）改变不同的光电，可以观察到显示出的数据在不停的变化，如图所示：（4）改变不同的温湿度，可以观察到显示出的数据在不停的变化，如图所示：七、程序框图:7.8实验参考程序:voidmain(){valuehumi_val,temp_val;unsignedcharerror,checksum;initUART();P1INP|=0xC0;begin=0;s_connectionreset();while(1){error=0;error+=s_measure((unsignedchar*)&humi_val.i,&checksum,5);d1=d6;d2=d7;error+=s_measure((unsignedchar*)&temp_val.i,&checksum,3);d3=d6;d4=d7;if(error!=0)s_connectionreset();else{humi_val.f=(float)humi_val.i;temp_val.f=(float)temp_val.i;humi_val.f=d1*256+d2;temp_val.f=d3*256+d4;calc_sth11(&humi_val.f,&temp_val.f);printf("temp:%5.1fChumi:%5.1f%%\n",temp_val.f,humi_val.f);//printf("t1:%xh1:%x\n",d1,d2);//printf("t2:%xh2:%x\n",d3,d4);}Wait(150);}}九、实验总结：在本实验中您编写了一个相对简单的温湿度程序，在此基础之上，您可以更改一下该程序，以熟练该实验。（4）改变不同的光电，可以观察到显示出的数据在不停的变化，如图所示：8.7程序框图:8.8实验参考程序:voidmain(void){chartemp[2];inti,j;//IO_DIR_PORT_PIN(2,0,IO_OUT);//SetP2_0tooutputP2SEL&=0xfe;//将P2-0端口各引脚设置为GPIO模式P2DIR|=0x01;//设置P2.0为输出方式ctl=0;//设置P2.0为输出0initUARTtest();//初始化串口115200InitialAD();led1=1;while(1){InitialAD();/*Waitfortheconversiontofinish*/for(i=0;i<65535;i++){for(j=0;j<65535;j++){if(ADCCON1>=0x80){break;}}if(ADCCON1>=0x80){break;}}if(ADCCON1>=0x80){led1=1;//转换完毕指示temp[1]=ADCL;temp[0]=ADCH;temp[1]=temp[1]>>2;//temp[1]|=temp[0]<