“TI杯”--首屆全國大學生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽技術(shù)方案3-7

1、 “TI杯”-首屆全國大學生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽技術(shù)方案2011年2月一、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景介紹物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實質(zhì)是利用射頻自動識別等各種傳感技術(shù)，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。目前業(yè)界對物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個完全統(tǒng)一的概念，但普遍認可的概念是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器、環(huán)境傳感器、圖像感知器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起

2、來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 物聯(lián)網(wǎng)三層框架感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，識別物體、采集信息。感知層包括條碼掃描、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、各種傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，主要是識別物體，采集信息與控制。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞，就像大腦的信息傳遞和處理。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。網(wǎng)絡(luò)層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)中樞和大腦。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的

3、深度融合，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化。 中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)該堅持“典型應(yīng)用是導向、智慧處理是重點”的方針，物聯(lián)網(wǎng)本身當前不可能呈現(xiàn)為一個整體形式而是以局部和行業(yè)的應(yīng)用為當前的主要發(fā)展特征，物聯(lián)網(wǎng)的未來是對獲取的海量并冗余信息的智能處理，智慧應(yīng)用是關(guān)鍵。抓住以上兩個要點，才能從當前階段和未來階段把握中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展機會。二、 物聯(lián)網(wǎng)競賽技術(shù)方案簡介在本次競賽中，我們提供給每個參賽隊一套基本競賽套件，競賽套件提供了基本的傳感器模塊、無線傳感網(wǎng)通信模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計算機服務(wù)器參考軟件等。套件形式如下圖所示：物聯(lián)網(wǎng)競賽套件基于套件可以實現(xiàn)基本的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)框架，在物聯(lián)網(wǎng)的傳感層通過無線組網(wǎng)或

4、現(xiàn)場總線實現(xiàn)對各種物理量的傳感采集和反饋控制，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)匯聚到服務(wù)器，再由服務(wù)器通過Internet或3G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)廣域的數(shù)據(jù)發(fā)布，與各種終端，包括手機實現(xiàn)智能的交互與管理。物聯(lián)網(wǎng)競賽套件網(wǎng)絡(luò)框圖簡化的物聯(lián)網(wǎng)競賽套件網(wǎng)絡(luò)框圖本次物聯(lián)網(wǎng)競賽，我們強調(diào)“創(chuàng)新應(yīng)用”為導向，我們提供的套件已經(jīng)實現(xiàn)了傳感層與網(wǎng)絡(luò)層的基本功能，但應(yīng)用層不限制，需要參賽隊發(fā)揮想象力與創(chuàng)新力，創(chuàng)造出有新意的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。而且，傳感層與網(wǎng)絡(luò)層接口開放，不同參賽對可以根據(jù)應(yīng)用需求擴展自己的接口和設(shè)備。為了讓參賽隊把時間和精力更多地放在“創(chuàng)新應(yīng)用”上，我們也提供了更多的擴展接口參考設(shè)計和技術(shù)支持。三、 物聯(lián)網(wǎng)競賽套件模塊介紹1、傳感

5、模塊競賽套件中包含基本傳感器接口模塊：（1）電流傳感器：量程：0A+2A；分度：0.01A；（2）電壓傳感器：量程：-20V+20V；分度：0.01V； （3）溫度、濕度傳感器：溫度量程：-20+130；分度：0.1；濕度量程：0100%，分度：0.1%（4）繼電器控制： 3組24V AC/DC0.5A 長開觸點，帶瞬間電壓抑制（5）串口控制：1組，DB9 公頭，1200 至 115K 波特率，支持雙向RS-232通信，支持 RTS/CTS 硬件握手及奇偶校驗?？梢詳U展現(xiàn)場總線傳感器或RFID讀卡器等。（6）D/A輸出傳感器：量程：0V+10V；分度：0.01V；雙路?？梢灾苯涌刂普{(diào)光設(shè)備等。

6、同時，還提供如下模塊的參考設(shè)計及技術(shù)支持：（1）觸力傳感器：量程：-50N+50N；分度：0.01N；（2）光照度傳感器：量程：010000lx，分度：1 lx（3）壓強傳感器：量程：0kPa700 kPa；分度：0.1 kPa（4）超聲傳感器：量程：80mm500mm；分度：1mm（5）酒精濃度傳感器：量程：1100；分度：1（6）心電圖傳感器：量程：-5mV +5mV，用于生成EKG曲線，能清晰的顯示出人體P波、QRS波、T波與U波（7）光電門傳感器：分度10S；用于測量擋光時間；（由CORTEX-M3處理器擴展實現(xiàn)）（8）紅外控制：3組， 獨立 IR 紅外控制輸出；（由CORTEX-M3

7、處理器擴展實現(xiàn)）2、無線傳感網(wǎng)通信模塊套件包含4個無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點及一個無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。傳感網(wǎng)主芯片采用TI的CC2530實現(xiàn)，2.4G載頻，棒狀天線，可以電池供電也可以直流電源供電。C電源板B:傳感模塊A:無線節(jié)點模塊無線傳感網(wǎng)節(jié)點結(jié)構(gòu)無線傳感網(wǎng)節(jié)點由三個部分構(gòu)成：A: 無線節(jié)點模塊，主要由射頻單片機構(gòu)成，MCU是CC2530。B: 傳感模塊，系列傳感模塊包括溫度傳感模塊、濕度傳感模塊等，也可以通過總線擴展用戶自己的傳感器部件。C：電源板，即實現(xiàn)節(jié)點模塊與傳感模塊的連接，又實現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要兩節(jié)電池供電，保留外接電源接口，可以直接由直流電源供電軟件上，無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點運行TI Z-S

8、tack協(xié)議棧, 符合ZigBee 2007或ZigBee PRO規(guī)范，包含了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲的幾近于全功能的協(xié)議棧。套件提供的樣例程序?qū)崿F(xiàn)了無線通信節(jié)點的動態(tài)組網(wǎng)及傳感數(shù)據(jù)采集傳輸。3、嵌入式網(wǎng)關(guān)嵌入式網(wǎng)關(guān)由CORTEX-A8處理器OMAP3530實現(xiàn)，OMAP3530基于ARM Cortex-A8內(nèi)核，性能四倍于AMR9芯片，提供了業(yè)界最佳的通用、多媒體和圖形處理單芯片組合。指標如下：嵌入式網(wǎng)關(guān)CPU 600MHz ARM Cortex-A8主處理器430MHz TMS 320C 64x+ DSP協(xié)處理器POWERVR SG 2D/3D加速引擎DDR 256MFLASH 256M以太網(wǎng)100M

9、 Ethernet controller SD cardSD 卡控制器SDIO無線網(wǎng)卡和藍牙（可選）USB HOST 2個以上USB CLIENT 1 個RS232接口 2路以上RS232紅外接口一路紅外IrDA接口液晶屏7寸 TFT LCD（包含觸摸屏和有機玻璃外殼）16：9 顯示，分辨率：800 × 480,音頻 AC97標準音頻觸摸屏電容式或電阻式觸摸屏LED顯示 4個以上LED工作狀態(tài)指示按鍵8以上個功能按鍵 無線廣域接入模塊無線廣域接入模塊GPRS/3G(可選)嵌入式網(wǎng)關(guān)基于WINCE6.0操作系統(tǒng)，提供各個接口驅(qū)動程序、無線節(jié)點傳感數(shù)據(jù)采集、控制與顯示等例程。4、簡單物聯(lián)

10、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中間件為了配合廣域數(shù)據(jù)訪問，我們提供基于服務(wù)器的簡單物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中間件，框架結(jié)構(gòu)如下所示：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中間件傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)通過接口匯聚到數(shù)據(jù)庫中，再通過網(wǎng)頁服務(wù)器對外提供基于Internet或3G無線訪問的接口。套件提供的樣例程序可以把傳感數(shù)據(jù)采集到服務(wù)器中，通過網(wǎng)頁服務(wù)實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的顯示與控制?；趹?yīng)用層，用戶通過簡單修改，可以實現(xiàn)智能家居、智能物流等物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)。節(jié)點連接及拓撲節(jié)點信息及控制對于需要實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)層功能的應(yīng)用需求，考慮可以參考IBM 8層的物聯(lián)網(wǎng)中間件架構(gòu)。四、 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案技術(shù)支持為了保證競賽的順利開展，我們提供了有力的技術(shù)支持服務(wù)，包括：1、 技術(shù)專項培訓基于物聯(lián)網(wǎng)教育網(wǎng)（），我們將邀請TI、IBM技術(shù)工程師及一線教師針對技術(shù)方案中的專項