實(shí)驗(yàn)六 物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

成績:物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)班級： 姓名： 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)六物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)原理和方法；了解Zigbee傳感網(wǎng)絡(luò)的通信原理；了解物聯(lián)網(wǎng)中傳感器數(shù)據(jù)的采集方法；學(xué)習(xí)編寫一個(gè)Android應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)的通信模式；了解Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信原理。一、實(shí)驗(yàn)設(shè)備CES-IOT6818實(shí)驗(yàn)箱，基于CC2530的Zigbee物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)器、路由器、傳感終端、控制模塊終端。二、實(shí)驗(yàn)原理Zibee是基FEE21.標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)，是目前嵌入式應(yīng)用的一-個(gè)大熱點(diǎn)。Zigbee傳感網(wǎng)絡(luò)的組成，主要分為協(xié)調(diào)器、路由、終端三部分。其中協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，并傳送到上層做進(jìn)一-步的處理:路由負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，與之建立連接的終端的信息轉(zhuǎn)發(fā):終端則是數(shù)據(jù)的采集節(jié)點(diǎn)，通過傳感器采集環(huán)境中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。實(shí)驗(yàn)中用于組建Zigbee傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都是基于TI公司的CC2530A芯片設(shè)計(jì)的。CC2530A芯片在物聯(lián)網(wǎng)中可以扮演協(xié)調(diào)器、路由、終端節(jié)點(diǎn)三種角色。不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，只需燒錄不同的程序即可完成不同的功能。Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的程序都是基于Zigbee2007協(xié)議棧來完成的，不同的是節(jié)點(diǎn)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的設(shè)計(jì)不一樣。ZigBee的協(xié)議分為兩部分，IEEE802.15.4定義了物理層和MAC層，ZigBee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層，ZigBee協(xié)議棧就是將這些層的協(xié)議都集合在一一起，并在應(yīng)用層上做了-些基本的函數(shù)便于用戶開發(fā)。這樣用戶只需要在應(yīng)用層增加自己的應(yīng)用就可以了，不用深入的與研究協(xié)議棧，而且軟件的可移植性也比較好。而且T的ZigBee協(xié)議棧，還做-個(gè)小的操作系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)操作，只需要你在應(yīng)用層加入需要傳感器讀取和傳遞參數(shù)的函數(shù)，此外，根據(jù)采集周期定時(shí)的喚醒ZBec的終端古點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給路由器或者直接發(fā)給協(xié)調(diào)器就可以了。ZigBee的組網(wǎng)點(diǎn):Zigee技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是自組織網(wǎng)的通信方式，可以用一個(gè)簡單的例子來說明這個(gè)工作方式的特點(diǎn):當(dāng)一隊(duì)傘兵空降之后，每人手里持有一塊ZigBee設(shè)備模塊終端。降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動(dòng)尋找，很快就可以形成一個(gè)互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且，由于人員的移動(dòng)，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會(huì)發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。理論上講，ZigBee支持任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不過路由器會(huì)自動(dòng)尋找出網(wǎng)絡(luò)中最快的捷徑保存在路由表之中。以下是ZigBee設(shè)備常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖中的縮寫為：ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD),孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)，協(xié)調(diào)器(Coordinator),路由器(Rouler)。運(yùn)輸車震動(dòng)系統(tǒng)：本實(shí)驗(yàn)要編寫一個(gè)車輛運(yùn)輸過程中，震動(dòng)情況的預(yù)警應(yīng)用。該應(yīng)用可以用于采集車輛行駛過程中受到的震動(dòng)數(shù)據(jù)，當(dāng)震動(dòng)超過設(shè)定值時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)。車輛運(yùn)輸過程中，因?yàn)槁访嫘畔⒉患训仍?，常常?huì)震動(dòng)，有時(shí)候會(huì)損壞運(yùn)輸?shù)呢浳?。物流行業(yè)中有一.些易碎的、具有危險(xiǎn)性的、特殊的貨物需要保證在運(yùn)輸過程中，不可受到過度的震動(dòng)沖擊。在一些特殊的應(yīng)用環(huán)境中，也要求震動(dòng)的強(qiáng)度不可以超過定范圍。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的運(yùn)輸車震動(dòng)系統(tǒng)就可以滿足這類型的需求，利用Android系統(tǒng)的普及性結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)震動(dòng)情況的監(jiān)控。應(yīng)用原理：該系統(tǒng)使用串口和底層的ZigBee物聯(lián)網(wǎng)通信，串口數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送方面用的是與傳感器應(yīng)用同樣的代碼。上層數(shù)據(jù)分析部分是監(jiān)聽串口數(shù)據(jù)，當(dāng)獲取到串口數(shù)據(jù)時(shí)取出其中的震動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)并解析，當(dāng)震動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出語音警報(bào)。消防報(bào)警系統(tǒng)：消防報(bào)警系統(tǒng)，又稱火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，它是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置以及具有其它輔助功能裝置組成的，它具有能在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、光亮、火焰等物理量，通過火災(zāi)探測器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器，并同時(shí)顯示出火災(zāi)發(fā)生的部位、時(shí)間等，使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失，是人們同火災(zāi)做斗爭的有力工具。在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，自動(dòng)或手動(dòng)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的器件稱為觸發(fā)件，主要包括火災(zāi)探測器和手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕。火災(zāi)探測器是能對火災(zāi)參數(shù)（如煙、溫度、火焰輻射、氣體濃度等）響應(yīng)，并自動(dòng)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的器件。按響應(yīng)火災(zāi)參數(shù)的不同，火災(zāi)探測器分成感溫火災(zāi)探測器、感煙火災(zāi)探測器、感光火災(zāi)探測器、可燃?xì)怏w探測器和復(fù)合火災(zāi)探測器五種基本類型。不同類型的火災(zāi)探測器適用于不同類型的火災(zāi)和不同的場所。手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕是手動(dòng)方式產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)、啟動(dòng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的器件，也是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中不可缺少的組成部分之一。報(bào)警裝置在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，用以接收、顯示和傳遞火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，并能發(fā)出控制信號(hào)和具有其它輔助功能的控制指示設(shè)備稱為火災(zāi)報(bào)警裝置?；馂?zāi)報(bào)警控制器就是其中最基本的一種?；馂?zāi)報(bào)警控制器擔(dān)負(fù)著為火災(zāi)探測器提供穩(wěn)定的工作電源:監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài):接收、轉(zhuǎn)換、處理火災(zāi)探測器輸出的報(bào)警信號(hào):進(jìn)行聲光報(bào)警:指示報(bào)警的具體部位及時(shí)間:同時(shí)執(zhí)行相應(yīng)輔助控制等諸多任務(wù)。是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的核心組成部分。智能路燈系統(tǒng)：城市中的路燈，每天天亮?xí)r會(huì)自動(dòng)熄滅，天色近晚時(shí)便自動(dòng)開啟，工作方式以環(huán)境中的光照數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。這樣的工作模式非常智能且環(huán)保，不會(huì)照成用電的浪費(fèi)，同時(shí)又能保證城市道路交通安全。本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的這個(gè)智能路燈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的原理與城市路燈控制系統(tǒng)相同。都是基于傳感器采集到的環(huán)境中的光照數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)智能控制。本實(shí)驗(yàn)中的這個(gè)智能路燈系統(tǒng)當(dāng)然不可能直接控制路燈的明亮。它是以Android智能設(shè)備為基礎(chǔ)，網(wǎng)關(guān)上的LED燈為控制目標(biāo)。通過ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)中采集到的光照數(shù)據(jù)，加以判定是否打開或者關(guān)閉LED燈該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理與城市路燈控制系統(tǒng)類似，可以作為多種應(yīng)用環(huán)境下的控制系統(tǒng)的雛形。例口，智能家居控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等等。應(yīng)用原理:首先我們的應(yīng)用是通過光照傳感器來獲取該時(shí)刻的光照強(qiáng)度。然后再來通過控制LED照電覆塊控制LED燈。如果是就將光照值與設(shè)定值做比較，光照值大于設(shè)定值就關(guān)燈，光照值小于設(shè)定值就開燈。氣象信息系統(tǒng)：氣象信息，用通俗的話來說，它是指發(fā)生在天空中的風(fēng)、云、雨、雪、霜、露、虹、暈閃電、打雷等一切大氣的物理現(xiàn)象信息。本實(shí)驗(yàn)涉及到的氣象信息系統(tǒng)，是指采用溫濕度、氣壓、紫外線和雨滴傳感器等感知周圍環(huán)境中的各項(xiàng)氣象指標(biāo)，并通過智能手機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對各項(xiàng)氣象信息實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控。應(yīng)用原理:首先我們需要監(jiān)聽串口傳來的傳感器的數(shù)據(jù)。并獲取溫度，濕度，氣壓，紫外線以及雨滴的數(shù)值。然后再用這些值與預(yù)設(shè)的閡值相比較。如果這些傳過來的值不在閾值的范圍內(nèi)就發(fā)出警報(bào)，并控制網(wǎng)關(guān)蜂鳴器鳴叫。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.Zigbee組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)打開“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用-第八章ZigBee組網(wǎng)app”本實(shí)驗(yàn)需要將所有的傳感器、路由器、協(xié)調(diào)器通電，然后使用交叉串口線，一頭連接協(xié)調(diào)器的串口，另一頭連接網(wǎng)關(guān)板的COM1串口。注：如果打開APP后沒有任何連接信息，則可能是沒有使用交叉串口線或者波特率選擇不對。運(yùn)輸車震動(dòng)系統(tǒng)打開“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用-第八章運(yùn)輸車震動(dòng)系統(tǒng)app”，本實(shí)驗(yàn)需要開啟震動(dòng)傳感器，關(guān)閉其他傳感器（路由器和協(xié)調(diào)器不用關(guān)閉），打開app后，首先打開設(shè)置，設(shè)備為/dev/ttySAC1，波特率為115200，返回，然后點(diǎn)擊“開始”，此時(shí)敲擊震動(dòng)傳感器模塊，設(shè)備會(huì)發(fā)出聲音，注：如果震動(dòng)的時(shí)候沒有聲音，檢查交叉串口線是否連接，底板的SPKSWITCH撥碼是否撥到ON。消防報(bào)警系統(tǒng)：打開“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用-第八章消防報(bào)警系統(tǒng)app”本實(shí)驗(yàn)需要開啟溫濕度傳感器和光照傳感器，關(guān)閉其他傳感器（路由器和協(xié)調(diào)器不用關(guān)閉），打開app后，首先打開設(shè)置，設(shè)備為dev/ttySAC1,波特率為115200，然后點(diǎn)擊“開始”，當(dāng)當(dāng)前環(huán)境溫度或光照大于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。智能路燈系統(tǒng)：打開“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用-第八章消防報(bào)警系統(tǒng)app”本實(shí)驗(yàn)需要開啟光照傳感器和繼電器模塊控制傳感器，關(guān)閉其他傳感器（路由器和協(xié)調(diào)器不用關(guān)閉），打開app后，首先點(diǎn)擊“串口設(shè)置”，設(shè)備為/dev/ttySAC1，波特率為115200，光照設(shè)定值為200（小于這個(gè)值時(shí)繼電器模塊自動(dòng)打開，LED1和LED2自動(dòng)開啟），然后返回，點(diǎn)擊“開始”，用手遮擋光照傳感器模塊，此時(shí)繼電器模塊會(huì)自動(dòng)開啟，LED1和LED2自動(dòng)打開。氣象信息系統(tǒng)：打開“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用-第八章氣象信息系統(tǒng)app”本實(shí)驗(yàn)需要打開溫濕度傳感器、繼電器模塊控制傳感器和氣壓傳感器，關(guān)閉其他傳感器（路由器和協(xié)調(diào)器不用關(guān)閉），打開app后，首先點(diǎn)擊“設(shè)置”，設(shè)備為/dev/ttySAC1，波特率為115200，然后返回，點(diǎn)擊“開啟實(shí)時(shí)監(jiān)控”，此時(shí)界面會(huì)顯示當(dāng)前溫濕度值、氣壓值。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果Zigbee組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)置好串口，波特率后，所有模塊依次顯示，如圖1所示：

圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：將所有的傳感器、路由器、協(xié)調(diào)器通電，然后使用交叉串口線，一頭連接協(xié)調(diào)器的串口，另一頭連接網(wǎng)關(guān)板的COM1串口。打開APP后有連接信息。運(yùn)輸車震動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置好串口，波特率后，點(diǎn)擊“開始”，用手敲擊模塊能夠發(fā)出聲音，如圖2所示：圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：設(shè)置波特率為115200，返回，然后點(diǎn)擊“開始”此時(shí)敲擊震動(dòng)傳感器模塊，設(shè)備會(huì)發(fā)出聲音。

消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置好串口、波特率后，設(shè)置溫度報(bào)警值為10攝氏度，光照為報(bào)警值為1000，點(diǎn)擊“開始”結(jié)果如圖3所示：圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：設(shè)置波特率為115200，然后點(diǎn)擊“開始”，當(dāng)前環(huán)境溫度或光照大于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。此時(shí)傳感器信息為：溫度22度，亮度為0Lux，無煙霧，無二氧化碳，無火焰。智能路燈系統(tǒng)設(shè)置好串口、波特率后，設(shè)置光照強(qiáng)度為3500，當(dāng)光照強(qiáng)度低于3500時(shí)，LED1,LED2,依次亮起，結(jié)果如圖4所示：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：設(shè)置波特率為115200，光照設(shè)定值為200，然后返回，點(diǎn)擊“開始”，用手遮擋光照傳感器模塊，此時(shí)繼電器