2022年一套構思完整的物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設方案

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!一套構思完整的物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設方案物聯(lián)網(wǎng)是通過各種傳感設備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，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，可廣泛應用于各行各業(yè)，如把各種傳感器嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，形成物聯(lián)網(wǎng)，通過無線信息的收發(fā)，便于通訊和監(jiān)管，不用數(shù)據(jù)線，成本低，使用便利。

1999年美國麻省理工學院（mit）首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，是指把所有物品通過射頻識別（rfid）等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的網(wǎng)絡。國際電信聯(lián)盟（itu）在2005年的年度報告中對概念的涵義進行了擴展，該報告中指出，信息與通信技術的目標已經(jīng)從任何時間、任何地點連接任何人，發(fā)展到連接任何物品的階段，而萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。在這份報告所提到的物聯(lián)網(wǎng)中，除rfid技術外，更多的新技術，例如：傳感器、納米、嵌入式芯片等技術被廣泛應用。

2009年初，美國已將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟的兩大武器，世界其它國家、公司、團體都將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提升到了戰(zhàn)略高度，相關的技術、應用、產(chǎn)品也得到了極大的發(fā)展。我國也開始加速推動物聯(lián)網(wǎng)的進程，我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與世界基本同步，目前傳感網(wǎng)標準體系已形成初步框架，向國際標準化組織提交的多項標準提案也被采納。2009年下半年以來，物聯(lián)網(wǎng)概念火遍中國，中央、地方、企業(yè)都從各自角度展開了一系列行動謀劃和進入物聯(lián)網(wǎng)—2009年10月，科技部同意在無錫太湖國際科技園建立國家（無錫）傳感網(wǎng)國際科技合作基地，以加快引進國際領先的傳感信息技術，推進國內(nèi)傳感信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)價值鏈中，有著眾多的參與者，傳感器企業(yè)、rfid芯片企業(yè)、rfid讀卡器企業(yè)是最早被關注的，各種傳感器不斷翻新；還有各種電子設備制造企業(yè)，海爾已經(jīng)讓其冰箱上網(wǎng)了，交通管理系統(tǒng)根據(jù)行車的速度和位置隨時發(fā)布各條道路的交通狀況，廣告公司利用物聯(lián)網(wǎng)隨時更新其戶內(nèi)和戶外電子廣告內(nèi)容，聯(lián)邦快遞可以在每個物流環(huán)節(jié)更新其遞送物品的位置，供其內(nèi)部管理人員和客戶的查詢。物聯(lián)網(wǎng)相關技術的人才的培養(yǎng)需要相關的各種條件，主要包括物質條件、人力資源條件、技術積累等。

物聯(lián)網(wǎng)可劃分為一個由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成的三層體系，感知層主要包括二維碼標簽和識讀器、rfid標簽和讀寫器、攝像頭、gps、傳感器以及m2m終端、傳感器網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)關等，在這一層次要解決的重點問題是感知、識別物體，采集、捕獲信息。感知層要突破的方向是具備更敏感、更全面的感知能力，解決低功耗、小型化和低成本的問題。

完備的無處不在的移動通信網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎條件，中國移動在物聯(lián)網(wǎng)的實踐與創(chuàng)新是把移動通信能力向下與感知層結合起來，通過在機器內(nèi)部嵌入gsm/td通信模塊，以無線通信等為接入手段，為客戶提供綜合的信息化解決方案，以滿足客戶對監(jiān)控、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和測量等方面的信息化需求，即m2m應用。目前中國移動在m2m領域已形成一整套擁有自主知識產(chǎn)權的技術標準、解決方案和相關產(chǎn)品，并已面向政府、行業(yè)和家庭開展多樣化的物聯(lián)網(wǎng)應用實踐。

物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗系統(tǒng)可實現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構架，面向各大高校及大專院校的專業(yè)教學及創(chuàng)新和競賽，提供了眾多實驗例程，便于學生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)的構成及實際應用。

物聯(lián)網(wǎng)實驗系統(tǒng)包括硬件設備、軟件資源、實驗資源三大部分。硬件設備包括微型無線傳感器、rfid、gps、td-scdma和其他配套設備。軟件資源包括系統(tǒng)網(wǎng)絡軟件，嵌入式網(wǎng)關軟件，pc數(shù)據(jù)管理與分析軟件，實驗資源包括基于控制器的基礎實驗、傳感器信息采集實驗、無線信號收發(fā)實驗、zigbee網(wǎng)絡通訊實驗、及組件控制實驗等，通過對這三部分資源的充分學習，可為物聯(lián)網(wǎng)工程應用打下堅實的基礎，并能通過不同傳感器的特性，不同網(wǎng)絡的組成形式，開發(fā)出更多實用性強的物聯(lián)網(wǎng)應用模式。

硬件設備

物聯(lián)網(wǎng)zigbee技術教學實驗平臺

實驗平臺實驗內(nèi)容組成

1、協(xié)議分析層面：z-stack尋址：間接傳送；單播傳送；多播（組播）傳送；廣播傳送

多對一路由選擇協(xié)議等。

2、網(wǎng)絡拓撲層面。星型無線傳感器網(wǎng)絡；樹簇型無線網(wǎng)絡；網(wǎng)絡同步；加入/退出網(wǎng)絡等。

3、傳感器節(jié)點層面。溫濕度傳感器實驗；光電傳感器實驗；壓力傳感器實驗等。

微型無線傳感器

微型無線傳感器分為溫度，濕度，光電，觸力等多種傳感器。每個節(jié)點由mcu/rf部分、傳感器部分和電源管理部分組成，包括智能三項傳感節(jié)點與智能觸力傳感節(jié)點。

（1）智能三項傳感節(jié)點

支持溫度，濕度，光電三種傳感器，支持2.4g無線組網(wǎng)，配備按鍵輸入和led輸出，支持電池工作，并配套電池充電功能。

（2）智能觸力傳感節(jié)點

支持壓力傳感器，支持2.4g無線組網(wǎng)，配備按鍵輸入和led輸出，支持電池工作，并配套電池充電功能。

通用傳感器以及被控對象

通用傳感器以及被控對象包括通用調(diào)試器母板，紅外模擬傳感器母板，超聲波模擬傳感器母板，酒精濃度傳感器母板，電機控制器母板等。每種母版均支持對微型無線傳感器的程序更新與調(diào)試，母板可獨立控制自身硬件，也可聯(lián)合微型無線傳感器進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡化控制。系統(tǒng)配置一個無線線網(wǎng)絡電源充電模塊，同時支持8個無線模塊的供電或充電。

嵌入式網(wǎng)關嵌入式網(wǎng)關采用嵌入式pxa270系統(tǒng)。

（1）核心板

cpu：intelxscalepxa270520mhz

sdram：64mbyte

flash：32mbyte

以太網(wǎng)：100methernetcontroller（lan91c111）

cpld：xilinx95144（117userio）

接口：160pin接口

（2）底板

以太網(wǎng)接口：100m以太網(wǎng)接口1個

視頻：

4.3寸tftlcd（包含觸摸屏和有機玻璃外殼）

音頻：ac97標準音頻輸入輸出接口

usbclient：1個，支持pc與設備同步

串行接口：3個，uart0是系統(tǒng)的調(diào)試端口；uart1是帶有流控制的5線串行接口，可以連接gprs/gsm-modem；uart2是標準的3線串口（等等）

軟件資源

1、無線傳感網(wǎng)軟件

2、嵌入式網(wǎng)關軟件

3、pc數(shù)據(jù)管理與分析軟件

實驗資源

實驗從無線網(wǎng)絡處理器的基本實驗，逐步進階到無線數(shù)據(jù)采集通信的高級實驗，即能滿足基礎的教學要求，又能加強學生的實際應用能力?；赾c2430的實驗cc2430是ti2.4g無線網(wǎng)絡的主流控制器，是微型無線傳感器的核心控制器。實驗內(nèi)容共計63個。

射頻識別（rfid）原理技術與應用實驗平臺

給學生以具體的真實的系統(tǒng)感性認識，加強學生對rfid系統(tǒng)原理的理解和認識，更好的幫助學生學好、學透rfid技術。同時也給非通信專業(yè)的學生增加通信方面的專業(yè)知識，實驗過程真實具體。

產(chǎn)品特點

·結合具體rfid教材《射頻識別（rfid）原理與應用》，針對性強；

·增加通信基礎知識實驗內(nèi)容，擴展非通信專業(yè)學生的通信專業(yè)知識；

·采用分立元件開發(fā)rfid原理機，展現(xiàn)rfid各個組成部分原理和具體電路，加深學生對rfid系統(tǒng)的理解；

·實驗中各部分信號都可以用示波器測試和觀看，實驗過程生動、真實；

·實驗平臺囊括目前實際應用的三套系統(tǒng)，實驗內(nèi)容豐富、知識覆蓋全面；

·配有完整的的rfid讀寫器系統(tǒng)，可以開展相關的硬件電路測試實驗和相關軟件協(xié)議的測試和實驗。

射頻識別（rfid）原理技術與應用實驗平臺規(guī)格：

1、載波頻率：125khz、13.56mhz、920-925mhz

2、支持協(xié)議：iso14443a，iso14443b，iso1569

3、

iso18000-6b，iso18000-6c（epcgen2）

3、作用距離：iso14443：7-15cm，

iso15693：10-30cm，

iso18000-6b：6-12m

4、通信接口：rs232

5、電源：220v/ac

rfid實驗平臺實驗項目9大模塊有100個實驗內(nèi)容。

（歡迎咨詢）

multi-radio嵌入式wifi開發(fā)平臺

multi-radio嵌入式wifi開發(fā)平臺采用兩個嵌入式wifi模塊（g2m5477），以arm9（pxa270）為核心，平臺具有完全開放特性，可以開發(fā)嵌入式wifi的mac協(xié)議、路由協(xié)議、應用層協(xié)議等，同時平臺具有3個獨立的功耗測試電路，電路可以自行連續(xù)測量功率消耗。

目前傳感器網(wǎng)絡的一個發(fā)展趨勢為高速率傳輸，經(jīng)過以cc1000系列和cc2420系列為代表的兩代傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點進入高速嵌入式wifi階段。g2m5477的小體積、超低功耗（電池更換周期可達3-4年以上）、高速率、高性能（模塊內(nèi)包含44mhzrisccpu），為無線傳感器網(wǎng)絡下一代節(jié)點的研究和應用提供了良好的研究平臺。

·平臺以pxa270cpu為核心，包含兩個嵌入式wifi模塊，wifi模塊與pxa270之間采用spi高速接口（44mhz），可以完成高速multi-radio的研究工作。也可以利用一套開發(fā)平臺上的兩個嵌入式wifi模塊完成嵌入式wifi的研究工作。

·平臺的代碼全部開放，包括嵌入式wifi的mac層、網(wǎng)絡層、傳輸層，pxa270操作系統(tǒng)的代碼。

·平臺可以通過串口連接計算機直接進行開發(fā)工作，不需另購在線編程器或調(diào)試器。

·支持多種傳感器。平臺依靠高性能pxa270cpu可以連接麥克風、攝像頭等傳感器，完成多媒體無線傳輸?shù)难芯抗ぷ?。同時，平臺的g2m5477模塊高精度ad接口可以直接連接溫度、濕度、加速度等傳感器，完成基于嵌入式wifi無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的研發(fā)工作。

multi-radio開發(fā)平臺的主要性能指標：

·同時支持2個嵌入式wifi模塊，每個模塊的特性如下：

802.11b/g2.4ghz，信道1-11和14，數(shù)據(jù)速率6-54mbps；

iso24730-22.4ghz收發(fā)器以及125khz低頻接收器；

802.11射頻發(fā)射功率+18dbm（802.11g），+20dbm（802.11b）；

32位risccpu，時鐘頻率44mhz；

sdio，數(shù)據(jù)速率可達100mbps；

spi接口，最高44mbps；

uart接口，最高2.7mbps；

tcp/ip吞吐量可達4mbps（包含wpa2加密）；

ram128kb；

flashrom8mbit。

·高性能的cpu（arm9）；

·兩個wifi模塊以及整個平臺的電壓、電流、功率、溫度的連續(xù)自動測量；

·大容量存儲（u盤或sd卡）；

·支持音頻和視頻接口（可以直接連接攝像頭）；

·以太網(wǎng)、usb接口。

3.4multi-radio平臺的開發(fā)目的主要如下：

·面向目前廣泛使用的p2p應用（如網(wǎng)上電影播放、大文件下載等，特點為多點同時下載，增加速率，如常用的迅雷、快車、電驢等服務），將現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡擴展到無線網(wǎng)絡中，研究無線網(wǎng)絡的p2p問題。

·由于無線帶寬和網(wǎng)絡特性（無線一般是廣播方式的，不像有線網(wǎng)絡是交換方式的，廣播方式有同信道干擾問題）的限制，采用多個無線模塊（即多個radio）在同一時間進行傳輸，每個模塊工作在不同的信道上，多個鏈路的同時傳輸增加了網(wǎng)絡傳輸?shù)耐掏铝俊?/p>

·可以進行嵌入式wifi的研究，嵌入式wifi是下一代傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的發(fā)展方向之一，利用此平臺代碼開放的特點和強勁的cpu，可以進行多種多樣的開發(fā)工作，包括傳感器網(wǎng)絡多媒體的研究。

·由于g2m5477的開放特點，當應用多個radio同時進行傳輸時，需要用新的mac協(xié)議替代已有的協(xié)議（當然也可以在高層來完成此功能，效率會低一些），利用g2m5477的mac協(xié)議的開放性，可以研發(fā)multi-radio的mac協(xié)議。

gps/gis/gprs綜合實驗平臺

gps/gis/gprs綜合實驗平臺是為了配合本科生、研究生《衛(wèi)星定位導航原理及其應用》《智能交通系統(tǒng)》課程、《its中的車輛定位導航方法》課程、《地理信息系統(tǒng)》課程的學習而開設教學實驗的基礎平臺。據(jù)調(diào)研，國內(nèi)開設類似課程的教學單位均沒有相應的實驗平臺，無法讓學生直觀的掌握基礎理論知識及其應用。gps/gis/gprs綜合實驗平臺對衛(wèi)星導航定位、地理信息系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸深入研究

的基礎上研究開發(fā)的、針對教學使用的綜合實驗平臺。也可用于研究機構了解掌握衛(wèi)星定位導航工作原理及其應用的培訓設備。

5.1實驗平臺功能組成

實驗平臺主要包含fpga設置、gps數(shù)據(jù)接收、dop解算、衛(wèi)星位置解算、dop與衛(wèi)星仰角等關系、偽距解算、位置解算、撥碼開關、擴展接口、gprs數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實現(xiàn)、gis數(shù)據(jù)顯示等基本功能單元，供學生學習掌握衛(wèi)星定位導航的基本原理以及其中的數(shù)據(jù)處理流程設計、gprs數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑砼c實現(xiàn)方法、gis顯示功能的實現(xiàn)等內(nèi)容。

開放gps數(shù)據(jù)結構和程序庫供學生編程實驗

編程實驗：

·根據(jù)導航電文和接收機時間計算gps衛(wèi)星三維位置；

·計算衛(wèi)星信號多普勒頻率

·計算衛(wèi)星信號經(jīng)過電離層產(chǎn)生的延時誤差；

·計算衛(wèi)星信號經(jīng)過大氣層產(chǎn)生的延時誤差；

·計算導航定位幾何精度因子，即hdop、vdop、pdop、tdop、gdop；

·根據(jù)已知位置和時間，預測可視衛(wèi)星在軌道上的位置和多普勒頻率；

·建立導航方程并解方程，計算接收機ecef坐標系內(nèi)的位置、時間；

·ecef坐標系與wgs84坐標系坐標變換編程實驗

·gps時間與utc時間、本地時間坐標變換編程實驗。

ecef坐標系與wgs84坐標系坐標變換編程實驗；

·gps時間與utc時間、本地時間坐標變換編程實驗。

根據(jù)實驗設計，實驗一和實驗四包含學生自己動手編程的部分，因此需要4課時的時間完成。學生可根據(jù)實驗指導教程進行實驗，并按要求完成實驗報告。實驗思考題用于加深學生對所做實驗的理解，同時可對實驗老師出實驗考題時起到參考作用。

實驗教學部分大概需要14課時完成，加上前序知識的講解以及實驗考試的時間，大概需要18課時左右的時間完成。若一次實驗課為2課時，則需要9次課的時間。

5.6適用范圍：適合通信、電子、信息、測量、自動控制、導航、遙控遙測等專業(yè)的本科生、究生gps基礎教學實驗、本科生

a.畢業(yè)設計、碩士生課題研究；

b.適合gps應用系統(tǒng)的工程技術和維護人員使用。

t3g（td-scdma）技術實訓系統(tǒng)

td-scdma技術實驗系統(tǒng)是國內(nèi)首創(chuàng)的為高校相關專業(yè)開展3g技術相關課程配套的可視化的專業(yè)綜合實踐教學平臺。通過對各種比特級數(shù)據(jù)的發(fā)送、加擾、接受及分析，學生可以深入地理解與掌握t3g通信系統(tǒng)的技術原理和運行機制。借助次平臺，還可以學習系統(tǒng)中的一些故障分析知識。本系統(tǒng)編排功能強調(diào)學生的動手實踐和專業(yè)綜合設計分析能力的提高，著力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才?？赏瓿傻膶嶒炘O計：

物理層結構實驗：

實驗1td-scdma時隙結構實驗

實驗2td-scdma幀結構實驗

實驗3信道配置實驗

實驗4信道數(shù)據(jù)設置實驗

空中接口信道實驗：

實驗5傳輸信道實驗

實驗6物理信道實驗

實驗7信道映射操作實驗

信道編碼與復用實驗：

實驗8信道編碼復用結構實驗

實驗9差錯校驗實驗

實驗10傳輸塊的級聯(lián)和碼塊分段實驗

實驗11信道編碼實驗

實驗12無線幀尺寸均衡實驗

實驗13第一次交織實驗

實驗14無線幀分割實驗

實驗15速率匹配實驗

實驗16打孔或重發(fā)實驗

實驗17傳輸信道復用實驗

實驗18物理信道分割上實驗

實驗19第二次交織-幀相關實驗

實驗20第二次交織-時隙相關實驗

實驗21子幀分割實驗

實驗22物理信道映射實驗

調(diào)制與擴頻實驗：

實驗23調(diào)制實驗

實驗24擴頻實驗

實驗25擾碼實驗

實驗26脈沖成形實驗

實驗27載波輸出波形實驗

物理層處理過程實驗（系統(tǒng)級）：

實驗28基站發(fā)送信息配置實驗

實驗29無線傳輸環(huán)境配置實驗

實驗30小區(qū)搜索過程（sync-dl識別）實驗

實驗31小區(qū)搜索過程（midamble碼識別）實驗

實驗32小區(qū)搜索過程（信道估計）實驗

實驗33隨機接入?yún)?shù)設置實驗

實驗34隨機接入（上行同步建立）實驗

實驗35隨機接入（上行同步保持）實驗

實驗36上行uppts開環(huán)功率控制實驗（免費升級）

實驗37上行prach功率控制實驗（免費升級）

實驗38隨機接入沖突實驗（免費升級）

無