《物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)》項目2搭建無線傳感網(wǎng)與數(shù)據(jù)格式解析任務1組建家庭無線傳感網(wǎng)綱要任務描述123任務實施知識提煉01任務描述PartOne1.任務描述

無線傳感網(wǎng)集合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信和分布式信息處理等技術(shù)，是由一組有感知能力的傳感器節(jié)點以自組織方式組成的無線網(wǎng)絡，目的是協(xié)作的感知、收集和處理傳感網(wǎng)所覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并傳遞給觀察者。其中ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線傳感通訊技術(shù)。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。所以特別適合用來組建無線傳感器網(wǎng)絡場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置組網(wǎng)及功能測試知識提煉無線傳感器及通信無線傳感器網(wǎng)絡及特點無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用02任務實施PartTwo場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景組網(wǎng)及功能測試自動控制策略控制策略啟動“智能家居”硬件拓撲圖智能家居應用場景場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄組網(wǎng)及功能測試打開AIOT在線工程實訓平臺，輸入賬戶和密碼點擊“登錄”，AIOT在線工程實訓平臺進入應用場景自動控制策略控制策略啟動場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄組網(wǎng)及功能測試進入智能家居應用場景，可以查看光照傳感器的光照值、煙霧傳感器是否檢測到煙霧，照明燈、報警燈的狀態(tài)等進入應用場景自動控制策略控制策略啟動場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄組網(wǎng)及功能測試進入規(guī)則鏈庫，進行自動控制策略設置。設置當煙霧傳感器檢測到煙霧時，控制報警燈報警進入應用場景自動控制策略控制策略啟動設置當光照傳感器檢測光照值低于100lx時，控制照明燈自動開啟；當光照值高于120lx時，控制照明燈自動關(guān)閉場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄組網(wǎng)及功能測試完成自動控制策略設置以后，當環(huán)境光照強度下降，目前光照值為9.16lx時，照明燈自動開啟進入應用場景自動控制策略控制策略啟動當煙霧傳感器檢測到有煙霧時，報警燈報警場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置燒寫工具的安裝ZigBee模塊和仿真器連接ZigBee程序的燒寫組網(wǎng)及功能測試12345安裝過程全部以默認參數(shù)安裝即可視頻操作場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置燒寫工具的安裝ZigBee模塊和仿真器連接ZigBee程序的燒寫組網(wǎng)及功能測試ZigBee仿真器接線圖視頻操作場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置燒寫工具的安裝ZigBee模塊和仿真器連接ZigBee程序的燒寫組網(wǎng)及功能測試

按下仿真器上的黑色“Reset”鍵，程序會自動檢測芯片的型號。本書所采用的ZigBee模塊的芯片是CC2530，選擇要燒寫的程序后點擊“Performactions”按鈕，當進度完成后提示框會出現(xiàn)“Erase,performandverifyOK”，此時表示程序燒寫完成。視頻操作場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置物理連接USB虛擬串口驅(qū)動安裝組網(wǎng)參數(shù)配置組網(wǎng)及功能測試組網(wǎng)及功能測試ZigBee模塊/接口開關(guān)示意圖場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置物理連接USB虛擬串口驅(qū)動安裝組網(wǎng)參數(shù)配置組網(wǎng)及功能測試組網(wǎng)及功能測試

在配置用的PC機上安裝USB虛擬串口驅(qū)動，安裝文件名為CP210xVCPInstaller

在“設備管理器”中單擊“端口”選項，在所展開“SiliconLabsCP210xUSBtoUARTBridge(COM3)”子項中獲知USB虛擬串口為“COM3”端口場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置物理連接USB虛擬串口驅(qū)動安裝組網(wǎng)參數(shù)配置組網(wǎng)及功能測試組網(wǎng)及功能測試協(xié)調(diào)器配置繼電器器配置傳感器配置“虛擬串口”為“COM3”場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫參數(shù)配置物理連接USB虛擬串口驅(qū)動安裝組網(wǎng)參數(shù)配置組網(wǎng)及功能測試組網(wǎng)及功能測試

ZigBee模塊工作有四種形式，所對應的“連接”和“通訊”指示燈狀態(tài)如下：（1）待機還未組網(wǎng)：傳感器和繼電器節(jié)點模塊“通訊”和“連接”兩個指示燈同時有規(guī)律閃爍；協(xié)調(diào)器節(jié)點模塊“通訊”和“連接”兩個指示燈是熄滅狀態(tài)。（2）正在組網(wǎng)：“連接”閃爍，“通訊”指示燈熄滅。（3）組網(wǎng)完成，無數(shù)據(jù)通訊：“連接”指示燈長亮，“通訊”指示燈熄滅。（4）組網(wǎng)完成數(shù)，據(jù)正在通訊：“連接”指示燈長亮,“通訊”指示閃爍。03知識提煉PartThree3.知識提煉無線傳感器及通信無線傳感網(wǎng)特點無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)域無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用

無線傳感器由用于信息采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的傳感器模塊、用于控制和數(shù)據(jù)處理的處理器模塊、用于無線通信和收發(fā)采集數(shù)據(jù)的無線通訊模塊、提供能量的電源模塊四部分組成，并整體封裝在一個外殼內(nèi)ZigBee技術(shù)與其他技術(shù)的比較表參數(shù)ZigBee藍牙紅外WiFiUWB傳輸介質(zhì)2.4GHz868/195MHz2.4GHz980nm紅外光2.4GHz2.4GHz有效物理范圍10m-75m10m定向1m75m10m最大數(shù)據(jù)傳輸率2.50kbps1Mbps16Mbps54Mbps1000Mbps網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)655357230

電池壽命長較短較短短

協(xié)議站容量8-60k60-150k15-30k100-250k

使用權(quán)免費需要資格免費許可證費用無線傳感器結(jié)構(gòu)無線傳感器外觀3.知識提煉無線傳感器及通信無線傳感網(wǎng)及特點無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用（1）規(guī)模龐大（2）自組織網(wǎng)絡（3）動態(tài)性（4）應用相關(guān)（5）以數(shù)據(jù)為中心和空間位置尋址（6）高冗余與健壯性現(xiàn)代信息技術(shù)與人的信息系統(tǒng)的對應關(guān)系無線傳感器特點3.知識提煉無線傳感器及通信無線傳感網(wǎng)及特點無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用星型網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)樹型網(wǎng)3.知識提煉無線傳感器及通信無線傳感網(wǎng)及特點無線傳感網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用（1）軍事領(lǐng)域的應用（2）生態(tài)監(jiān)測與災害預警（3）智能交通管理（4）智慧醫(yī)療護理（5）智能家居（6）空間探索應用領(lǐng)域（7）工業(yè)設備和環(huán)境控制《物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)》項目2搭建無線傳感網(wǎng)與數(shù)據(jù)格式解析任務2組建農(nóng)場無線傳感網(wǎng)綱要任務描述123任務實施知識提煉01任務描述PartOne1.任務描述

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對氣候、天氣等自然環(huán)境有高度依賴性，農(nóng)業(yè)效益不可控，目前亟需科學化、數(shù)據(jù)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的加持下，智慧農(nóng)業(yè)應運而生。如何低成本、實時獲取農(nóng)作物的狀態(tài)數(shù)據(jù)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的依賴，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學分析，變得尤為重要?；贜B-IoT的智慧農(nóng)業(yè)，可以低功耗、實時監(jiān)測農(nóng)場和大棚種植區(qū)作物的生長信息，及牧場牲畜的個體活動信息等。NB-IoT技術(shù)輔助農(nóng)場精準灌溉和溫濕度調(diào)節(jié)，降低牧區(qū)飼養(yǎng)和人工成本，大大提升大棚、花卉等高附加值的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，助推農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細化、高效化、可持續(xù)發(fā)展場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試知識提煉NB-IoT簡介NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT市場空間無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用02任務實施PartTwo場景體驗2.任務實施網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景組網(wǎng)及功能測試電子圍欄設置牛棚溫濕度自動控制智慧牧場設備拓撲圖場景體驗2.任務實施系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景電子圍欄設置牛棚溫濕度自動控制打開AIOT在線工程實訓平臺，輸入賬戶和密碼點擊“登錄”，

AIOT在線工程實訓平臺場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試場景體驗2.任務實施系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景電子圍欄設置牛棚溫濕度自動控制當奶牛的GPS傳感器上報的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)越出電子圍欄的范圍，則生成報警信息，在主界面右側(cè)的報警組件中顯示出來通過過濾奶牛GPS傳感器上報的GPS坐標，單擊奶?？梢圆榭吹皆撃膛５慕?jīng)緯度信息場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試場景體驗2.任務實施系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景電子圍欄設置牛棚溫濕度自動控制用戶可以根據(jù)季節(jié)等變化調(diào)整奶牛的活動范圍，即調(diào)整電子圍欄的尺寸大小。通過拖動圖中圍欄邊緣的白色點位，可以調(diào)整電子圍欄的形狀及大小場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試場景體驗2.任務實施系統(tǒng)安裝與連接用戶登錄進入應用場景電子圍欄設置牛棚溫濕度自動控制自動模式控制風扇用戶可以通過界面設置牛棚溫度自動控制功能，如當溫度大于25℃時，自動打開風扇降溫；當溫度小于20℃時，關(guān)閉風扇。場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施燒寫工具的安裝NB-IoT模塊和PC的連接NB-IoT程序的燒寫12345安裝過程全部以默認參數(shù)安裝即可6安裝完成后在：C:\ProgramData\Microsoft\Windows\StartMenu\Programs\STMicroelectronics\FlashLoader目錄下生成如圖六所示圖標該圖標軟件名稱為DemonstratorGUI場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施燒寫工具的安裝NB-IoT模塊和PC的連接NB-IoT程序的燒寫

取一塊NB-IoT模塊命名為NB-IoT，按圖所示方向放置于智慧盒上，將USB口連接主機將“模塊串口通道選擇開關(guān)”撥至左側(cè)“M3芯片”位置；將OLED顯示屏下方的開關(guān)撥至“下載”處場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施燒寫工具的安裝NB-IoT模塊和PC的連接NB-IoT程序的燒寫雙擊打開安裝好的FlashLoaderDemonstrator軟件，在PortName下拉列表框中選擇對應的串口，單擊“Next”按鈕軟件讀到硬件設備后，單擊“Next”按鈕，選擇MCU型號為STM32L1_Cat2-128k后繼續(xù)單擊“Next”按鈕場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施燒寫工具的安裝NB-IoT模塊和PC的連接NB-IoT程序的燒寫選中Downloaddevice單選按鈕，選擇配套資源中協(xié)調(diào)器的NB-IOT1智慧牧場的Coordinator.hex文件，單擊“Next”按鈕進行下載場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施燒寫工具的安裝NB-IoT模塊和PC的連接NB-IoT程序的燒寫準備另一塊NB-IoT模塊，命名為NB-IoT2，在U3擴展接口安裝溫濕度傳感器模塊重復以上NB-IoT程序的燒寫步驟。選擇配套資源中節(jié)點的NB-IOT2智慧牧場的Router.hex文件，單擊“Next”按鈕完成下載場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試2.任務實施場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試將兩個NB-IoT模塊OLED顯示屏下方的開關(guān)都撥至“啟動”處

2.任務實施場景體驗網(wǎng)絡節(jié)點板卡燒寫組網(wǎng)及功能測試NB-IoT1模塊OLED顯示屏將顯示獲取到了NB-IoT2模塊的溫濕度值重新上電或復位后，兩個模塊通信成功03知識提煉PartThree3.知識提煉NB-IoT簡介NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT市場空間無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用NB-IoT是NarrowBandInternetofThings的縮寫，意為窄帶物聯(lián)網(wǎng)。NB-IoT在2016年被3GPP標準化，它是LTE技術(shù)家族的一種擴展，專為窄帶物聯(lián)網(wǎng)應用而設計，可用于實現(xiàn)大范圍覆蓋、低功耗、低成本和連接密度高的物聯(lián)網(wǎng)(M2M)應用，成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡的一個重要分支。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，支持低功耗設備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。NB-IoT支持待機時間長、對網(wǎng)絡連接要求較高設備的高效連接。NB-IoT設備電池壽命可以提高至少10年，同時還能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋NB-IoT網(wǎng)絡體系架構(gòu)圖3.知識提煉（1）廣覆蓋（2）低功耗（3）低成本（4）大連接（5）安全可靠現(xiàn)代信息技術(shù)與人的信息系統(tǒng)的對應關(guān)系NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT簡介NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT市場空間無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用3.知識提煉NB-IoT市場空間（1）市場驅(qū)動（2）核心支撐（3）核心價值（4）生態(tài)建設（5）行業(yè)應用（6）市場前景人際通訊近天花板，物物通訊進入增長快車道

新興市場開啟：可穿戴、車聯(lián)網(wǎng)、智能手表等理念落地：工業(yè)4.0、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等，萬物互聯(lián)加速技術(shù)誕生：物聯(lián)網(wǎng)連接需求與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡不同，NB-IoT應運而生技術(shù)特點：覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少、架構(gòu)優(yōu)商用潛力：未來覆蓋25%物聯(lián)網(wǎng)連接運營商：突破用戶飽和、OTT沖擊，帶來三倍以上連接增長傳統(tǒng)行業(yè)：適應場景、網(wǎng)絡性能、可管可控及可靠性具先天優(yōu)勢網(wǎng)絡設備供應商：華為、愛立信推出端到端解決方案運營商：中國移動、中國聯(lián)通、沃達豐等發(fā)布計劃并試點智能城市：智能路燈、環(huán)境監(jiān)測、智能停車等智能工業(yè)：設備實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、遠程控制智能家居：穩(wěn)定、低功耗連接家庭設備智能交通：智能停車場、智能交通監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸智能醫(yī)療：支持遠程醫(yī)療、健康監(jiān)測等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：助力農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸生態(tài)初步成型且持續(xù)擴大，萬物互聯(lián)條件成熟技術(shù)成熟與場景豐富將進一步擴大市場空間NB-IoT簡介NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT市場空間無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用3.知識提煉（1）軍事領(lǐng)域的應用（2）生態(tài)監(jiān)測與災害預警（3）智能交通管理（4）智慧醫(yī)療護理（5）智能家居（6）空間探索應用領(lǐng)域（7）工業(yè)設備和環(huán)境控制NB-IoT簡介NB-IoT技術(shù)特點NB-IoT市場空間無線傳感網(wǎng)在行業(yè)應用《物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)》項目2搭建無線傳感網(wǎng)與數(shù)據(jù)格式解析任務3無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)格式解析綱要任務描述1234任務實施知識提煉能力提升01任務描述PartOne1.任務描述

小董知道ZigBee無線傳感網(wǎng)的搭建和配置，也看到了顯示的數(shù)據(jù)。愛動腦筋的小董就在想，傳感器采集到的數(shù)據(jù)是怎么在電腦端或者移動客戶端顯示的？以前他學習的傳感器測量的數(shù)據(jù)是電壓或者電流，到了顯示端如何轉(zhuǎn)換成溫濕度、光照等數(shù)據(jù)的？任務實施之前，使用新大陸典型物聯(lián)網(wǎng)應用實訓平臺將溫濕度傳感器、光照傳感器和ZigBee四模擬量直接采集模塊相連接，能正確識別ZigBee四模擬量直接采集模塊外接設備布局圖，能夠清楚ZigBee四模擬量直接采集模塊相關(guān)設備的使用。應用場景搭建傳感值數(shù)據(jù)解析知識提煉能力拓展ZigBee通訊協(xié)議簡介傳感數(shù)據(jù)格式說明與示波器初次見面數(shù)字示波器的使用使用示波器檢測傳感器四通道模擬模塊02任務實施PartTwo應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析應用場景搭建

四輸入功能模塊中使用到四輸入獨立采集模塊，需要將ZigBee燒寫入“四通道獨立采集代碼.hex”,通過串口線連接到電腦的的串口，等待進行數(shù)據(jù)傳輸傳感值數(shù)據(jù)解析應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析串口和波特率設置數(shù)據(jù)響應獲取指令指令解析結(jié)果詳值解析應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析串口和波特率設置數(shù)據(jù)響應獲取指令指令解析結(jié)果詳值解析應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析串口和波特率設置數(shù)據(jù)響應獲取指令指令解析結(jié)果詳值解析“指令解析結(jié)果”里面的CH1L—CH1H…CH4L—CH4H對應實際硬件通道的IN1—IN4（Value1—Value4），每個通道的值由兩部分組成應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析串口和波特率設置數(shù)據(jù)響應獲取指令指令解析結(jié)果詳值解析12參數(shù)設置進制轉(zhuǎn)換應用場景搭建2.任務實施傳感值數(shù)據(jù)解析串口和波特率設置數(shù)據(jù)響應獲取指令指令解析結(jié)果詳值解析34解析出結(jié)果輸入轉(zhuǎn)換公式03知識提煉PartThree3.

知識提煉ZigBee通訊協(xié)議簡介傳感數(shù)據(jù)格式說明SENSORDATA數(shù)據(jù)格式說明ZigBee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4。但IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟擴展了IEEE，對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡技術(shù)。主要用于近距離無線連接。它有自己的協(xié)議標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。3.

知識提煉ZigBee通訊協(xié)議簡介傳感數(shù)據(jù)格式說明SENSORDATA數(shù)據(jù)格式說明HEAD+LEN+CMD0+CMD1+ADRL+ADRH+DTYPEL+DTYPEH+DLEN+REV+[SENSORDATA]+CHK格式說明（十六進制顯示）：HEAD：數(shù)據(jù)頭，固定為