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物聯網通信與組網技術實驗箱

一、平臺簡介

    LGWL-IPV6B 型 物聯網通信與組網技術實驗箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多種短距離無線通訊模塊，最大亮點是將6LowPAN(IPv6)互聯網協議移植到傳感網應用層中，與ZigBee傳感網使用的ZStack協議棧并存，共同支持雙協議棧，實現傳感器節點可唯一尋址。物聯網通信與組網技術實驗箱采用三星Cortex-A9 S5P4418四核處理器作為智能網關，支持6LowPAN和ZStack雙協議解析，具有1GB內存、8GB大容量存儲空間、7寸電容觸摸顯示屏、豐富的外圍接口，可板載GPS定位、WIFI/BT二合一通訊、4G移動通訊等多種模塊，內嵌Android、Linux雙系統，可一鍵切換。方便學校開展各種傳感器及通訊知識的教授、嵌入式系統開發和Android應用開發。物聯網通信與組網技術實驗箱提供豐富的實驗例程和實驗手冊，能夠滿足無線傳感器網絡、微控制器原理、嵌入式系統開發、Android移動應用開發等課程的教學與實踐。

二、平臺功能

1.物聯網通信與組網技術實驗箱 各個傳感器節點具有監測環境參數或設備驅動控制的功能；
2. 傳感器節點可組建WiFi、藍牙、IEEE802.15.4三種無線網絡，通過Contiki操作系統和IPv6協議，實現采樣數據的無線傳輸；
3. 傳感器節點可組建ZigBee無線網絡，實現數據的無線傳輸；
4. 網關與節點具有CoAP應用協議通信的功能；
5. 網關應用軟件通過CoAP服務和串口服務，將WiFi、藍牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控節點數據解析處理，在網關的Mesh拓撲圖中實時流動地顯示傳感器數據的上、下行走向；
6. 網關應用軟件展示的傳感器節點，可隨意拖動，不會影響網絡的拓撲結構和數據流向。
7. 可在拓撲圖中點擊任一種傳感器節點，進入下一級界面，查看當前傳感器節點的采樣數值、曲線形式展示，或控制設備開關狀態。
三、配置清單

序號 名稱 數量  
1 Cortex-A9網關 1  
2 網關IO基礎擴展板 1  
3 三路繼電器模塊 1  
4 ZigBee協調器 1  
5 IEEE802.15.4主機 1  
6 Cortex-M3核心板(IPv6協議) 9  
7 CC2530主控底板 3  
8 藍牙通信模塊 3  
9 WiFi通信模塊 3  
10 IEEE802.15.4通信模塊 3  
11 ZigBee通信模塊 3  
12 繼電器控制模塊 1  
13 紅外對射傳感器模塊 1  
14 煙霧傳感器模塊 1  
15 雙數碼管顯示控制模塊 1  
16 溫濕度傳感器模塊 1  
17 光敏傳感器模塊 1  
18 LED蜂鳴器控制模塊 1  
19 霍爾傳感器模塊 1  
20 三軸加速度傳感器模塊 1  
21 紅外接近傳感器模塊 1  
22 大氣壓力傳感器模塊 1  
23 結露傳感器模塊 1  
24 智能網關Android網絡拓撲綜合軟件 1  
25 基于IPv6的無線傳感網綜合應用軟件 1  
26 ZigBee無線傳輸應用軟件 1  
27 DC5V3A開關電源 1  
28 交叉串口線 1  
29 交叉網線 1  
30 Mini USB數據線 1  
31 方口USB同步線 1  
32 CC2530 Debugger調試器 1  
33 TF卡讀寫器 1  
34 8G TF card 1  
35 USB轉串口線 1  
36 J-link仿真器 1  
37 程序下載調試板V1.0 1  
四、技術指標
貨物名稱 型號 指標參數
物聯網通信與組網技術實驗箱 LGWL-IPV6B 一、整體要求
1）能夠滿足單片機接口及應用、傳感器接口及應用、無線傳感網、嵌入式操作系統開發、嵌入式Linux應用開發、Android移動應用開發等課程要求。
2）能夠組建藍牙、WiFi、IEEE802.15.4、ZigBee四種無線網絡，實現數據的無線傳輸；
3）能夠將藍牙、WiFi、IEEE802.15.4無線網絡經IPV6協議、Zigbee節點經ZStack協議融合在一個拓撲圖中，在界面上顯示藍牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等節點的傳感器數據或執行器狀態，并實時流動地顯示各個傳感器數據的上、下行走向；
4）要求藍牙、WiFi、IEEE802.15.4三種傳感器節點均具有唯一的IPv6地址，統一采用IPv6協議組包通信。
5）要求網關支持Linux、Android雙操作系統，支持一鍵燒寫、一鍵切換。
6）要求在保證網關接入互聯網的前提下，能夠配置接入云服務平臺，并實現移動端傳感器數據的采集顯示和執行器的遠程控制。
二、硬件資源
1.Cortex-A9網關（1個）
1）核心板資源：
（1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主頻1.4GHz；
（2）GPU：MAIL-400，3D圖形加速
（3）內存: 1GB DDR3；
（4）EMMC: 8GB；
（5）核心板+底板設計：核心板加裝屏蔽罩，郵票孔方式與底板連接，抗干擾能力更強，比插針式更穩定可靠。要求引出核心板信號線，不少于188PIN。
2）網關主板資源：
（1）LCD接口：7寸IPS電容屏（16:9），分辨率1024×600；
（2）USB接口：2路USB_HOST 2.0輸出，1路USB OTG；
（3）Ethernet接口：核心板內置千兆IP，外加不超過3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口；
（4） 串口：2路3線RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth；
（5）CAN總線接口：1路；
（6）RS485總線接口：1路；
（7）HDMI 接口：HDMI1.4a，最大支持1920*1080高清數字輸出;
（8）LVDS液晶屏接口：單通道，最大支持1920*1080；
（9）攝像頭接口：1路CMOS并行接口，最大支持800萬像素；
（10）AV接口：1路模擬視頻母口輸入；
（11）外部存儲擴展接口：SD卡、TF卡接口；
（12）音頻接口： 1路MIC輸入，1路1. 8w喇叭；
（13）按鍵：1個復位按鍵、1個休眠喚醒按鍵，2個音量鍵；
（14） 藍牙WiFi：板載藍牙WiFi二合一模塊；
（15）Mini PCIe接口：標準可插入4G通信模模塊；
（16）24Pins應用擴展接口：用于處理器外設接口擴展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8個GPIO，5V電源。
2.網關IO基礎擴展板（1個）
由網關直接驅動。采用HC595串入并出特點，使用較少IO擴展更多功能，默認地址0x01。1路可調電位器模擬AD采樣通道，1路PWM驅動的蜂鳴器，5個觸摸按鍵，5個LED指示燈。
3.三路繼電器擴展板（1個）
由網關直接驅動。采用HC595串入并出特點，使用較少IO擴展更多功能，默認地址0x10。
可控制3路繼電器，線圈機械式觸點，1個常開，1個常閉，最大負載10A/277V AC。
4. ZigBee協調器（1個）
與網關的TTL UART連接。采用CC2530單片機外設接口、射頻通信與ZStack協議棧的方案，具備Zigbee建網功能，具有2個組網狀態及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵，提供傳感器模塊接口、RS232接口、調試下載接口。
5. IEEE802.15.4主機（1個）
與網關的TTL UART連接。采用CC2530射頻功能與802.15.4的從機組建射頻網絡，接收從機信息，向從機發送命令。具有2個組網狀態及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵，提供傳感器模塊接口、RS232接口、調試下載接口。
6.無線傳感網通信節點（12個）
1）微控制器主板硬件資源
（1）Cortex-M3核心主板（9個）
處理器基于ARM Cortex-M3核心的STM32F103，最高主頻72Mhz，內部Flash 256KB，RAM 48KB。
具有1個0.96寸OLED屏，能夠顯示MAC地址、上下級關系、傳感器數據、網絡信息等。
具有4個組網狀態及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵、1個JTAG調試接口、1個24PIN的無線射頻接口，1組20*2PIN傳感器接口；
標配ARM仿真器、串口下載仿真調試轉接板。
運行IPv6協議棧實現無線通信的功能。
（2）CC2530核心主板（3個）
處理器基于CC2530F256，具有2個組網狀態及無線傳輸指示燈，2個功能按鍵、1個JTAG調試接口、1個24PIN的無線射頻接口，1組20*2PIN傳感器接口；
標配下載仿真器。
2）無線傳感網通信模塊
（1）藍牙通信模塊（3個）：采用UART接口的內置協議棧方案，設置從機模式，與主機配對后，將微控制器采樣數據傳輸給主機。
（2）WiFi通信模塊（3個）：采用UART接口的內置TCP/UDP/HTTP協議棧方案，支持設置為AP、STA的工作模式，與網關通信后，將微控制器采樣數據傳送給主機，或者接收主機的控制命令控制執行器。
（3）IEEE802.15.4通信模塊（3個）：基于CC2530射頻組網通信方案，與邊界路由器組網，實現傳感器數據的雙向交互。
（4）ZigBee通信模塊（3個）：基于CC2530+ZStack協議棧組網通信方案，與Zigbee協調器組網，實現傳感器數據的雙向交互。
3）傳感器通信模塊（12個）
接口至少包含GPIO/IIC/SPI/PWM/電源/地等信號。
兼容紅外接近開關、可燃氣體傳感器、繼電器控制、雙位數碼管顯示、溫濕度傳感器、光敏傳感器、LEDBEEP聲光執行器、霍爾傳感器、三軸加速度傳感器、紅外對射傳感器、數字氣壓傳感器、凝露傳感器等。可直接接到主板傳感器接口板上，提供各類傳感器接口板的原理圖和技術手冊。
三、軟件資源
1.嵌入式操作系統：
網關處理器支持Linux3.4、Android4.4、QT4.8或更高版本，節點支持Contiki2.7、Z-Stack2007，提供板載所有硬件接口及應用模塊的驅動和應用測試，開放源碼。
2. 網關操作系統燒寫：
提供Windows下一鍵刷機軟件，選擇需要更新的鏡像文件，可通過SD卡脫離PC機一鍵燒寫，也可通過USB線纜刷機，支持Uboot參數修改配置。系統支持一鍵燒寫雙系統Android和Linux，可一鍵切換。
3.支持嵌入式開發所必須的功能：
4G語音通話、短信、上網，音頻錄放音功能，WIFI（支持AP熱點）、Ethernet上網功能，無線藍牙功能，模擬/數字攝像頭拍照、錄像功能，模擬攝像頭信號接入， GPS/北斗位置導航服務，HDMI音視頻輸出（支持1080P）。
4.無線傳感網多網融合拓撲展示應用軟件的功能：
能夠將藍牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的傳輸方式，由網關解析后以拓撲圖的形式在界面上展示，并為上層應用提供統一的JSON數據格式。
網關界面可顯示傳感器采集的數據、執行器的狀態，顯示傳感器節點的IPv6地址，能夠隨意拖動傳感器，而不改變網絡的拓撲結構；
點擊網關上傳感器節點圖標，可進入二級界面查看傳感器的實時曲線走勢，或手動控制執行器的開關。
具體包括：傳感器信息采集資源驅動實現，控制傳感器動作資源驅動實現，拓撲綜合應用程序信息采集圖標的實現；
★支持IPv6和ZStack2007雙協議棧數據解析。
開發環境：Android Studio
5.ZigBee無線傳感網綜合應用軟件的功能：
具有傳感器采集、執行器驅動控制、自組網無線數據傳輸等功能。
提供基于Z-STACK2007協議棧的數據采集傳輸程序源碼V2.4.2以上版本。
開發環境： IAR Embedded Workbench V7.60 for 8051
6.基于IPv6的無線傳感網綜合應用軟件的功能：
具有傳感器采集、執行器控制，內置Contiki2.7操作系統，兼容IPv6協議棧實現無線通信的功能；
兼容藍牙、WIFI、IEEE802.15.4三種通訊模塊的驅動和傳輸。
開發環境： IAR Embedded Workbench V7.60 for ARM
四、課程實驗要求
1.STM32微控制器接口應用基礎實驗不少于11個：LED燈控、外部中斷按鍵檢測、串口實驗、systick延時實驗、IIC屏顯示字符串實驗、RTC實驗、獨立看門狗實驗、定時器實驗、內部溫度采集實驗、DMA實驗。
2.基于STM32的傳感器采集控制實驗不少于12個：光敏傳感器實驗、溫濕度傳感器實驗、三軸加速度傳感器實驗、霍爾檢測實驗、紅外對射傳感器實驗、煙霧傳感器實驗、LED蜂鳴器傳感器實驗、繼電器控制實驗、雙數碼顯示實驗、紅外接近傳感器檢測、大氣壓力傳感器檢測、結露傳感器檢測。
3.藍牙傳感網實驗不少于4個：環境搭建實驗、藍牙透傳實驗、藍牙無線點燈實驗、藍牙傳感器采集與控制實驗。
4.WiFi傳感網實驗不少于6個：環境搭建實驗、WiFi AT命令測試實驗、WiFi STA客戶端實驗、WiFi STA服務器實驗、WiFi無線通信實驗、WiFi傳感器采集與控制實驗。
5.IEEE802.15.4組網實驗不少于3個：802.15.4協議簡介、SLIP協議簡介、PAN ID與CHANNEL簡介、CC2530模塊單體測試實驗、CC2530模塊結合測試實驗。
6.CC2530射頻通信實驗不少于5個：點對點通信、廣播通信、RSSI信號強度、空中信道監聽、無線遙控。
7.ZSTACK協議棧組網實驗不少于9個：ZSTACK協議棧簡介、ZStack協議棧工程解析、多點自組網、信息廣播/組播、網絡拓撲星型網、網絡拓撲樹型網、ZSTACK綁定、ZSTACK串口、ZSTACK溫濕度采集傳輸實驗、ZSTACK聲光傳輸控制實驗。
8.基于STM32的Contiki操作系統移植實驗不少于7個： ContikiOS系統移植、LED控制、Contiki多線程、Contiki進程間通信、按鍵位檢測、定時器使用、OLED顯示。
9.IPv6多網融合實驗不少于7個： Contiki網絡工程解析、IPv6網關實驗、WIFI 節點IPv6組網實驗、藍牙節點IPv6組網實驗、RPL802.15.4 IPv6組網實驗、節點間IPv6-UDP通信實驗、節點間IPv6-TCP通信實驗。
10.IPv6網關綜合實驗不少于5個： IPv6協議的多網融合框架、傳感器FTBee數據通信協議、基于UDP傳感器信息采集實驗、基于COAP傳感器數據采集和設備控制實驗、IPv6網絡拓撲綜合實驗。

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