1、物联网实验讲义物联网实验指导手册I目 录第 1 章 ZigBee 基础知识与组网实验 .- 1 -1.1 ZigBee 基础知识 .- 1 -1.1.1 ZigBee 信道 .- 1 -1.1.2 ZigBee 的 PANID.- 1 -1.1.3 ZigBee 物理地址 .- 1 -1.1.4 ZigBee 设备类型 .- 1 -1.1.5 ZigBee 网络的形成 .- 3 -1.2 PC 端数据访问接口协议 .- 3 -1.2.1 PC 端接收数据格式 .- 3 -1.2.2 PC 端发送数据格式 .- 4 -1.3 简单的星型组网实验 .- 5 -1.4 Zigbee 模块基础设置实验
2、 .- 6 -1.4.1 读取协调器 MAC 地址 .- 7 -1.4.2 信道读取 .- 8 -1.4.3 PANID 读取 .- 9 -1.4.4 物理地址与网络地址匹配 .- 10 -1.4.5 获取网络节点数 .- 11 -第 2 章 ZigBee 基础控制与数据采集实验 .- 13 -2.1 ZigBee 基础控制实验 .- 13 -2.1.1 控制数码管实验 .- 13 -2.1.2 控制蜂鸣器实验 .- 15 -2.1.3 控制 LED 灯实验 .- 15 -2.1.4 控制直流电机 .- 16 -2.1.5 控制步进电机实验 .- 18 -2.1.6 控制继电器输出 .- 19
3、 -2.1.7 控制干簧管/按键实验 .- 19 -2.2 ZigBee 传感数据采集实验 .- 20 -2.2.1 温度传感器数据采集实验 .- 20 -2.2.2 温湿度传感器采集数据实验 .- 22 -2.2.3 光照度传感器采集数据实验 .- 25 -2.2.4 烟雾传感器采集数据实验 .- 28 -2.2.5 可燃气体传感器采集数据实验 .- 30 -2.2.6 CO2 传感器采集数据实验 .- 31 -2.2.7 红外人体感应传感数据采集实验 .- 32 -上海企想信息技术有限公司II第 3 章 ZigBee 无线网络应用实验 .- 34 -3.1 智能家居模拟应用 .- 34 -
4、3.1.1 智能家居模拟应用简介 .- 34 -3.1.2 智能家居演示系统设置举例 .- 34 -3.2 温室大棚模拟应用 .- 39 -3.2.1 温室大棚模拟应用简介 .- 39 -3.2.2 温室大棚应用演示系统设置举例 .- 40 -第 4 章 ZigBee 无线定位实验 .- 44 -4.1 ZigBee 无线定位系统 .- 44 -4.1.1 定位系统节点类型 .- 44 -4.1.2 定位基本原理介绍 .- 44 -4.1.3 定位系统联机调试 .- 45 -第 5 章 蓝牙/WiFi/GPRS 无线传感数据采集与控制实验 .- 52 -5.1 蓝牙/WiFi/GPRS 无线传
5、感控制节点介绍 .- 52 -5.1.1 蓝牙传感控制底板 .- 52 -5.1.2 WiFi 传感控制底板 .- 53 -5.1.3 GPRS 传感控制底板 .- 53 -5.2 CH-GWB301 传感数据采集与控制指令 .- 54 -5.2.1 参数配置命令 .- 54 -5.2.2 系统操作指令 .- 56 -5.3 蓝牙无线传感数据采集与控制实验 .- 62 -5.3.1 蓝牙无线实验环境 .- 62 -5.3.2 传感控制节点蓝牙配置命令 .- 62 -5.3.3 组建蓝牙无线网络 .- 63 -5.3.4 蓝牙无线数据采集与控制实验举例 .- 66 -5.4 WiFi 无线传感数
6、据采集与控制实验 .- 69 -5.4.1 WiFi 无线实验环境 .- 69 -5.4.2 WiFi 配置命令 .- 69 -5.4.3 组建 WiFi 网络 .- 71 -5.4.4 WiFi 无线传感数据采集与控制 .- 76 -5.5 GPRS 无线传感数据采集与控制实验 .- 79 -5.5.1 GPRS 无线实验环境 .- 79 -5.5.2 GPRS 配置命令 .- 80 -5.5.3 组建 GPRS 网络环境 .- 81 -5.5.4 GPRS 无线数据采集与控制实验 .- 84 -第 6 章 RFID 基础实验 .- 87 -物联网实验指导手册III6.1 RFID 基础知识
7、 .- 87 -6.1.1 RFID 技术标准简介 .- 87 -6.1.2 射频识别（RFID）技术 .- 87 -6.2 RFID 读写器设备介绍 .- 88 -6.2.1 RFID 读写器底板 .- 88 -6.2.2 RFID 读写模块和标签 .- 89 -6.2.3 RFID 读写器 .- 90 -6.3 WiFi 模块与 RJ45 以太网模块设置 .- 92 -6.3.1 WiFi 模块设置 .- 92 -6.3.2 RJ45 以太网模块设置 .- 94 -6.4 低频 LF 读写实验演示 .- 95 -6.4.1 串口读写实验 .- 95 -6.4.2 WiFi 与 RJ45 以
8、太网口读写实验 .- 96 -6.5 高频 HF 读写实验演示 .- 98 -6.5.1 串口读写实验 .- 98 -6.5.2 WiFi 与以太口读写实验 .- 99 -6.6 超高频 UHF 读写实验 .- 100 -物联网实验指导手册ZigBee 基础知识与组网实验- 1 -第 1 章 ZigBee 基础知识与组网实验1.1 ZigBee 基础知识1.1.1 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。Z
9、igBee 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=0 868.3 868.6 868.0k=1,2,310 906+2(k-1) 2 928. 0 902. 0k=11,12,1326 2401+5(k-11) 5 2483.5 2400.0其中在 2.4GHz 的物理层，数据传输速率为 250kb/s；在 915M
10、Hz 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。1.1.2 ZigBee 的 PANIDPANID 其全称是 Personal Area Network 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 32 位标识，范围为 0x00000xFFFF。1.1.3 ZigBee 物理地址ZigBee 设备有两种
11、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 位短地址可能相同的。1.1.4 ZigBee 设备类型ZigBee 设备类型有三种：协调器、路由器和终端节点。上海企想信息技术有限公司- 2 -ZigBee 协调器（ Coordinator）它是整个网络的核心，是 Zig
12、Bee 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1.1-1 所示为 ZigBee 协调器。图 1.1-1 ZigBee 协调器ZigBee 路由器（ Router）ZigBee 路由节点，它的作用是提供路由信息。如所示为一路由节点。图 1.1-2 ZigBee 路由器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 1.1-3 所示为一 ZigB
13、ee 终端节点。图 1.1-3 ZigBee 传感控制节点物联网实验指导手册ZigBee 基础知识与组网实验- 3 -1.1.5 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内搜索其它的 Zigbee 协调器。并基于每个允许通道中所检测到的通道能量及网络号，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及 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
14、 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 Zigbe
15、e 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。1.2 PC 端数据访问接口协议串口通信设置：波特率：38400校验位：无校验数据位：8 位停止位：1 位1.2.1 PC 端接收数据格式PC 端接收数据格式如下：SOP D_LEN DATA CHECKSOP：0x02，操作系统值，定义数据发送开始。D_LEN：数据长度。如果数据长度小于 7，则表示该帧数据只是一个简单的 ACK 帧，DATA 表示纯数据。如果数据长度大于 7，则 DATA 段表示如下：ENDP LO_ADDR HI_ADDR EP LO_ID
16、 HI_ID LEN DAT ENDP：终端节点标号。 LO_ADDR-HI_ADDR：短地址。 EP：终端节点标号。 LO_ID-HI_ID：簇 ID 标号，具体定义如下：LOCATION_END-DEVICE_DEFAULT 0x0020 预留簇 IDLOCATION_END-DEVICE_TEMPRATURE 0x0030 温度 ID上海企想信息技术有限公司- 4 -LOCATION_END-DEVICE_HUMIDITY 0x0031 温湿度湿度 IDLOCATION_END-DEVICE_LUMINOSITY 0x0032 板载光照度 IDLOCATION_END-DEVICE_PI
17、RSENSOR 0x0033 红外人体感应 IDLOCATION_END-DEVICE_GASSENSOR 0x0034 气体传感器 IDLOCATION_END-DEVICE_GHGBUTTON 0x0035 干簧管按键 IDLOCATION_END-DEVICE_HUMTEMP 0x0036 温湿度湿度 IDLOCATION_END-DEVICE_LED 0x0041 LED 控制 IDLOCATION_END-DEVICE_BUZZER 0x0042 蜂鸣器控制 IDLOCATION_END-DEVICE_DCMOTOR 0x0043 直流电机控制 IDLOCATION_END-DEVI
18、CE_STEPMOTOR 0x0046 步进电机控制 IDLOCATION_END-DEVICE_ADDRMAP 0x0050 长短地址匹配 IDLOCATION_COORDINATOR_PANID 0x0051 获取 PANIDIDLOCATION_COORDINATOR_NODENUM 0x0052 获取节点数 IDLOCATION_COORDINATOR_CHANNEL 0x0053 获取信道 IDLOCATION_COORDINATOR_LOCADDR 0x0054 获取协调器 MAC 地址 ID LEN：数据负荷长度。 DAT：数据负荷。 CHECK：校验和。校验和计算方法：去除操作
19、系统值 SOP，然后进行异或计算。1.2.2 PC 端发送数据格式PC 端发送数据格式类同于接收数据格式，如下：SOP D_LEN DATA CHECKSOP：0x02，操作系统值，定义数据发送开始。D_LEN：数据长度。如果数据长度小于 7，则表示该帧数据只是一个简单的 ACK 帧，DATA 表示纯数据。如果数据长度大于 7，则 DATA 段表示如下： ENDP LO_ADDR HI_ADDR EP LO_ID HI_ID LEN DAT ENDP：终端节点标号。指定为 0xCB LO_ADDR-HI_ADDR：短地址 EP：终端节点标号其中，0xD2 表示路由节点， 0xD3 表示传感控制节点， 0xCB 表示协调器 LO_ID-HI_ID：簇 ID 标号。同数据发送格式 LEN：数据负荷长度。 DAT：数据负荷。 CHECK：校验和。校验和计算方法：去除操作系统值 SOP，然后进行异或计算。
