实验六 物联网综合应用实验一.docx

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实验六物联网综合应用实验一

成绩：

物理与电子信息工程学院

物联网工程实践实验报告

实验名称：

物联网综合应用实验

班级：

姓名：

学号：

实验六物联网综合应用实验

（一）

一.实验目的

1.熟悉物联网组网原理和方法；

2.了解Zigbee传感网络的通信原理；

3.了解物联网中传感器数据的采集方法；

4.学习编写一个Android应用，实现无线组网网络拓扑图，协调器、路由器、终端节点的通信模式；

5.了解Zigbee传感器网络的通信原理。

一、实验设备

CES-IOT6818实验箱，基于CC2530的Zigbee物联网协调器、路由器、传感终端、控制模块终端。

二、实验原理

Zibee是基FEE21.标准的低功耗个域网协议。

根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

其特点是近距离、低复杂度、 自组织、低功耗、低数据速率、低成本。

主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee就是一 种便宜的， 低功耗的近距离无线组网通讯技术，是目前嵌入式应用的一-个大热点。

Zigbee传感网络的组成，主要分为协调器、路由、终端三部分。

其中协调器负责接收网络中的数据，并传送到上层做进一- 步的处理:

路由负责网络范围内，与之建立连接的终端的信息转发:

终端则是数据的采集节点，通过传感器采集环境中的各项数据信息。

实验中用于组建Zigbee传感网络的设备都是基于TI公司的CC2530A芯片设计的。

CC2530A芯片在物联网中可以扮演协调器、路由、终端节点三种角色。

不同的网络节点，只需烧录不同的程序即可完成不同的功能。

Zigbee网络节点的程序都是基于Zigbee 2007协议栈来完成的，不同的是节点的Zigbee网络应用层的设计不一样。

ZigBee的协议分为两部分，IEEE802.15.4定 义了物理层和MAC层，ZigBee联盟定义了网络层、安全层和应用层，ZigBee协 议栈就是将这些层的协议都集合在一一起， 并在应用层上做了-些基本的函数便于用户开发。

这样用户只需要在应用层增加自己的应用就可以了，不用深入的与研究协议栈，而且软件的可移植性也比较好。

而且T的ZigBee协议栈，还做- 个小的操作系统，进行实时的控制。

传感器网络中的实时操作，只需要你在应用层加入需要传感器读取和传递参数的函数，此外，根据采集周期定时的唤醒ZBec的终端古点将数据发送给路由器或者直接发给协调器就可以了。

ZigBee的组网点:

Zigee技术实现的是自组织网的通信方式，可以用一个简单的例子来说明这个工作方式的特点:

当一队伞兵空降之后，每人手里持有一块ZigBee设备模块终端。

降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一 个互联互通的ZigBee网络。

而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。

因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。

这就是自组织网。

理论上讲，ZigBee 支持任意的网络拓扑结构，不过路由器会自动寻找出网络中最快的捷径保存在路由表之中。

以下是ZigBee设备常见的拓扑结构图，图中的缩写为:

 ZigBee网络节点（FFD），孤立的子节点（RFD），协调器（Coordinator）,路由器（Rouler）。

运输车震动系统：

本实验要编写一个车辆运输过程中，震动情况的预警应用。

该应用可以用于采集车辆行驶过程中受到的震动数据，当震动超过设定值时向驾驶员发出警报。

车辆运输过程中，因为路面信息不佳等原因，常常会震动，有时候会损坏运输的货物。

物流行业中有一.些易碎的、具有危险性的、特殊的货物需要保证在运输过程中，不可受到过度的震动冲击。

在一些特殊的应用环境中，也要求震动的强度不可以超过定范围。

 本实验设计的运输车震动系统就可以满足这类型的需求，利用Android系统的普及性结合物联网实现震动情况的监控。

应用原理:

该系统使用串口和底层的ZigBee 物联网通信，串口数据的接收与发送方面用的是与传感器应用同样的代码。

上层数据分析部分是监听串口数据，当获取到串口数据时取出其中的震动传感器数据并解析，当震动传感器数据大于设定值时，发出语音警报。

消防报警系统：

消防报警系统，又称火灾自动报警系统，它是由触发装置、火灾报警装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、光亮、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等， 使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。

在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。

火灾探测器是能对火灾参数（如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。

按响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。

不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。

手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件，也是火灾自动报警系统中不可缺少的组成部分之一。

报警装置

在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。

火灾报警控制器就是其中最基本的一种。

 火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源:

监视探测器及系统自身的工作状态:

接收、转换、处理火灾探测器输出的报警信号:

进行声光报警:

指示报警的具体部位及时间:

同时执行相应辅助控制等诸多任务。

是火灾报警系统中的核心组成部分。

智能路灯系统：

城市中的路灯，每天天亮时会自动熄灭，天色近晚时便自动开启，工作方式以环境中的光照数据为基准。

这样的工作模式非常智能且环保，不会照成用电的浪费，同时又能保证城市道路交通安全。

本实验中设计的这个智能路灯系统，实现的原理与城市路灯控制系统相同。

都是基于传感器采集到的环境中的光照数据来实现智能控制。

本实验中的这个智能路灯系统当然不可能直接控制路灯的明亮。

它是以Android智能设备为基础，网关上的LED灯为控制目标。

通过ZigBee传感网络中采集到的光照数据，加以判定是否打开或者关闭LED灯

该系统的实验原理与城市路灯控制系统类似，可以作为多种应用环境下的控制系统的雏形。

例口，智能家居控制系统、安防系统等等。

应用原理:

首先我们的应用是通过光照传感器来获取该时刻的光照强度。

然后再来通过控制LED照电覆块控制LED灯。

如果是就将光照值与设定值做比较，光照值大于设定值就关灯，光照值小于设定值就开灯。

气象信息系统：

气象信息， 用通俗的话来说，它是指发生在天空中的风、 云、雨、雪、霜、露、虹、晕闪电、打雷等一切大气的物理 现象信息。

本实验涉及到的气象信息系统，是指采用温湿度、气压、紫外线和雨滴传感器等感知周围环境中的各项气象指标，并通过智能手机系统进行数据分析，对各项气象信息实施实时监控。

应用原理:

首先我们需要监听串口传来的传感器的数据。

并获取温度，湿度，气压，紫外线以及雨滴的数值。

然后再用这些值与预设的阂值相比较。

如果这些传过来的值不在阈值的范围内就发出警报，并控制网关蜂鸣器鸣叫。

四、实验步骤

1.Zigbee组网实验

打开“物联网实验应用-第八章ZigBee组网app”本实验需要将所有的传感器、路由器、协调器通电，然后使用交叉串口线，一头连接协调器的串口，另一头连接网关板的COM1串口。

注：

如果打开APP后没有任何连接信息，则可能是没有使用交叉串口线或者波特率选择不对。

2.运输车震动系统

打开“物联网实验应用-第八章运输车震动系统app”，本实验需要开启震动传感器，关闭其他传感器（路由器和协调器不用关闭），打开app后，首先打开设置，设备为/dev/ttySAC1，波特率为115200，返回，然后点击“开始”，此时敲击震动传感器模块，设备会发出声音，注：

如果震动的时候没有声音，检查交叉串口线是否连接，底板的SPKSWITCH拨码是否拨到ON。

3.消防报警系统：

打开“物联网实验应用-第八章消防报警系统app”

本实验需要开启温湿度传感器和光照传感器，关闭其他传感器（路由器和协调器不用关闭），打开app后，首先打开设置，设备为/dev/tty

SAC1，波特率为115200，然后点击“开始”，当当前环境温度或光照大于设定值时，蜂鸣器发出警报声。

4.智能路灯系统：

打开“物联网实验应用-第八章消防报警系统app”

本实验需要开启光照传感器和继电器模块控制传感器，关闭其他传感器（路由器和协调器不用关闭），打开app后，首先点击“串口设置”，设备为/dev/ttySAC1，波特率为115200，光照设定值为200（小于这个值时继电器模块自动打开，LED1和LED2自动开启），然后返回，点击“开始”，用手遮挡光照传感器模块，此时继电器模块会自动开启，LED1和LED2自动打开。

5.气象信息系统：

打开“物联网实验应用-第八章气象信息系统app”

本实验需要打开温湿度传感器、继电器模块控制传感器和气压传感器，关闭其他传感器（路由器和协调器不用关闭），打开app后，首先点击“设置”，设备为/dev/ttySAC1，波特率为115200，然后返回，点击“开启实时监控”，此时界面会显示当前温湿度值、气压值。

三、实验结果

1.Zigbee组网实验

设置好串口，波特率后，所有模块依次显示，如图1所示：

图1

实验结果分析：

将所有的传感器、路由器、协调器通电，然后使用交叉串口线，一头连接协调器的串口，另一头连接网关板的COM1串口。

打开APP后有连接信息。

2.运输车震动系统

设置好串口，波特率后，点击“开始”，用手敲击模块能够发出声音，如图2所示：

图2

实验结果分析：

设置波特率为115200，返回，然后点击“开始”，此时敲击震动传感器模块，设备会发出声音。

3.消防报警系统

设置好串口、波特率后，设置温度报警值为10摄氏度，光照为报警值为1000，点击“开始”结果如图3所示：

图3

实验结果分析：

设置波特率为115200，然后点击“开始”，当前环境温度或光照大于设定值时，蜂鸣器发出警报声。

此时传感器信息为：

温度22度，亮度为0Lux，无烟雾，无二氧化碳，无火焰。

4.智能路灯系统

设置好串口、波特率后，设置光照强度为3500，当光照强度低于3500时，LED1,LED2，依次亮起，结果如图4所示：

图4

实验结果分析：

设置波特率为115200，光照设定值为200，然后返回，点击“开始”，用手遮挡光照传感器模块，此时继电器模块会自动开启，LED1和LED2自动打开。

5.气象信息系统

设置后串口、波特率后，点击“实时监控”结果如图5所示：

图5

实验结果分析：

波特率为115200，然后返回，点击“开启实时监控”，此时界面会显示当前温湿度值、气压值。

五、实验心得

这次实验让我加深了对物联网的了解和它们各自的原理,而且还培养我们分析和解决实际问题的能力，使我们加深理解所学基础知识，掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围，同时熟悉物联网组网原理和方法，学习到了很多。

总之，收益很大。