物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)(實(shí)踐)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)》（實(shí)踐）課程考核方案學(xué)期：202204考期課程性質(zhì)：□理論實(shí)踐適用專業(yè)：080905物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)分：6一、課程考查目的與要求1、考查目的：通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)考查，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課程知識(shí)和興趣，在掌握基本物聯(lián)網(wǎng)硬軟件實(shí)踐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用需求，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提升分析和設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的能力。2、考查要求：根據(jù)實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，通過設(shè)計(jì)具體方案，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、考查內(nèi)容1、智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案一例，要求寫出該系統(tǒng)涉及的軟硬件環(huán)境和大致思路。2、智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案一例，要求寫出該系統(tǒng)需要的軟硬件環(huán)境和大致思路。注：如果設(shè)計(jì)方案符合軟件工程規(guī)范，有需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)、測(cè)試等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用圖規(guī)范（具有用例圖、時(shí)間圖、數(shù)據(jù)流圖、流程圖等）的報(bào)告可以大幅加分。三、課程學(xué)習(xí)資料1、參考書籍：《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》（第3版），劉云浩編著，科學(xué)出版社?！段锫?lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施》，黃傳河等編著，機(jī)械工業(yè)出版社。2、網(wǎng)絡(luò)資源：用相關(guān)關(guān)鍵字網(wǎng)絡(luò)自行查找。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、格式：米用統(tǒng)一的格式模板。2、字?jǐn)?shù)：1000字及以上。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名專業(yè)考籍號(hào)身份證號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)所用軟件設(shè)備：文字編輯軟件（Word或者Latex）、畫圖軟件（Visio或者其他畫圖軟件）、任何能完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編程工具實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅?、進(jìn)一步熟悉物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所需軟硬件設(shè)備。2、熟悉常用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和完成過程。3、了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的技術(shù)細(xì)節(jié)。一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，傳感器節(jié)點(diǎn)也稱設(shè)備，中心節(jié)點(diǎn)又稱協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)圖如圖1所示。本系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)用TI公司的CC2530芯片，它是一種低功耗、低成本的無(wú)線微控制器,適用于IEEE802.15.4協(xié)議和ZigBee軟件應(yīng)用。CC2530是一個(gè)真正的片上系統(tǒng)解決方案，它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8O51CPU、系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8KB、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器以及許多其他強(qiáng)大的功能，并且其具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。圍繞著CC2530芯片，系統(tǒng)大致可分為三大模塊：CPU和內(nèi)存相關(guān)的模塊，外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理相關(guān)的模塊以及無(wú)線電相關(guān)的模塊。LCDGPRSLCDGPRS主控MCU選擇意法半導(dǎo)體公司STM32F103RBT6芯片，它是基于主控MCU選擇意法半導(dǎo)體公司STM32F103RBT6芯片，它是基于ARM推出的V7平臺(tái)的Cortex-M3內(nèi)核的32位處理器。該處理器芯片有64個(gè)引腳、51個(gè)I/O口、128KBFlash、20KBSRAM、3個(gè)串口、2個(gè)SPI接口、1個(gè)CAN總線和1個(gè)USB接口。芯片的數(shù)據(jù)處理能力為1.25dMi/sMHZ，在72MHZ的工作頻率下，工作電流為36mA，待機(jī)時(shí)下降到2mA，是目前32位處理器市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品。其售價(jià)接近51單片機(jī)的售價(jià)，但它的數(shù)據(jù)處理能力達(dá)到了DSP的水平，具有較高的性價(jià)比和應(yīng)用前景。GPRS無(wú)線傳輸選用西門子公司的MC35iGPRS模塊，主要通過主控制器的串口發(fā)送AT命令實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊的控制,它主要完成與STM32之間的數(shù)據(jù)交換。該模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，能通過移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet的PC機(jī)以及用戶手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；MS支持PDU以及Text模式短信息的發(fā)送與接收；內(nèi)置5KBuffer，使得傳輸數(shù)據(jù)的最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度可達(dá)1.5K,完全滿足各路傳感器的信息傳輸需要；提供兩個(gè)全雙工串口，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)TCP通道的同時(shí)傳輸。二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有一個(gè)成為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的中心控制器和若干從設(shè)備。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，它是全功能設(shè)備（FFD）,有穩(wěn)定的電能供給，無(wú)需考慮功耗。從設(shè)備是采用電池供電的RFD,它只能直接與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從設(shè)備之間的通信只能通過協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)協(xié)調(diào)器上電開始工作時(shí)，它就會(huì)檢測(cè)周圍環(huán)境，選擇合適信道。IEEE802.15.4規(guī)范定義了27個(gè)物理信道，信道編號(hào)從0至26,每個(gè)具體的信道對(duì)應(yīng)著一個(gè)中心頻率，在我國(guó)使用的是2.4GHZ頻段，它定義了16個(gè)信道（11?26號(hào)信道）。信道確定后，再選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符，然后建立起自己的網(wǎng)絡(luò)。PAN標(biāo)識(shí)符用來(lái)唯一確定本網(wǎng)絡(luò)，以和其他的PAN區(qū)分。當(dāng)有數(shù)據(jù)要傳送時(shí)，設(shè)備便從休眠狀態(tài)中被喚醒，經(jīng)過信道掃描，獲得了周圍協(xié)調(diào)器的有關(guān)信息，選擇一個(gè)合適的PAN,并開始建立連接，連接通過服務(wù)原語(yǔ)傳輸數(shù)據(jù)服務(wù)，使用的原語(yǔ)有請(qǐng)求原語(yǔ)、確認(rèn)原語(yǔ)、指示原語(yǔ)、響應(yīng)原語(yǔ)。如果連接建立成功，設(shè)備就會(huì)獲得一個(gè)16位的短地址碼，范圍在0X0000?0XFFFD之間。至此，zigbee網(wǎng)絡(luò)就已構(gòu)建成功，設(shè)備和協(xié)調(diào)器之間便可進(jìn)行通信了。在本系統(tǒng)中使用的開發(fā)環(huán)境是IAR7.6，采用的協(xié)議棧為TI的TI-MAC-1.3.1,軟件流程圖如圖2所示。

個(gè)傳感器傳到一個(gè)接收端，通信效率高。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和成本的技術(shù)。由于ZigBee技術(shù)數(shù)據(jù)速率低和通信范圍小的特點(diǎn)，決定了ZigBee技術(shù)非常適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，ZigBee的技術(shù)特性也決定它是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最好選擇，將其用于作物環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。運(yùn)用zigbee技術(shù)通過實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖場(chǎng)所（如溫室大棚、水養(yǎng)殖場(chǎng)等）里的溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤水分、含氧量等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)智能決策，并自動(dòng)開啟或者關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。通過該系統(tǒng)的部署實(shí)施，可以為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。系統(tǒng)是通過可在大棚內(nèi)靈活部署的各類無(wú)線傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，對(duì)農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度、濕度、光照、土壤溫度、C02濃度等與農(nóng)作物生長(zhǎng)密切相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告各項(xiàng)目齊全，報(bào)告內(nèi)容準(zhǔn)確、具體，有分析、有自己的見解，能正確解答思考題，可得A等（優(yōu)秀）成績(jī)。2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告各項(xiàng)目齊全，報(bào)告內(nèi)容準(zhǔn)確、較具體，有分析、有自己的見解，但不能正確解答思考題；或能正確解答思考題，但缺乏分析、缺乏自己的見解，可得B等（良好）成績(jī)。3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告各項(xiàng)目齊全，報(bào)告內(nèi)容準(zhǔn)確、較具體，但缺乏分析、缺乏自己的見解，不能正確解答思考題，得C等（中等）成績(jī)。4、實(shí)驗(yàn)報(bào)告各項(xiàng)目齊全，報(bào)告