TI杯首届全国大学生物联网创新应用设计大赛技术方案.docx
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TI杯首届全国大学生物联网创新应用设计大赛技术方案
“TI杯”--首届全国大学生
物联网创新应用设计大赛技术方案
2011年2月
一、物联网技术背景介绍
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。
在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。
其实质是利用射频自动识别等各种传感技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。
目前业界对物联网还没有一个完全统一的概念，但普遍认可的概念是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网可分为三层：
感知层、网络层和应用层。
物联网三层框架
感知层是物联网的皮肤和五官，识别物体、采集信息。
感知层包括条码扫描、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各种传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息与控制。
网络层是物联网的神经中枢，就像大脑的信息传递和处理。
网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。
网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。
应用层是物联网的“社会分工”，与行业需求结合，实现广泛智能化。
应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。
中国物联网产业的发展，应该坚持“典型应用是导向、智慧处理是重点”的方针，物联网本身当前不可能呈现为一个整体形式而是以局部和行业的应用为当前的主要发展特征，物联网的未来是对获取的海量并冗余信息的智能处理，智慧应用是关键。
抓住以上两个要点，才能从当前阶段和未来阶段把握中国物联网的发展机会。
二、物联网竞赛技术方案简介
在本次竞赛中，我们提供给每个参赛队一套基本竞赛套件，竞赛套件提供了基本的传感器模块、无线传感网通信模块、嵌入式网关、计算机服务器参考软件等。
套件形式如下图所示：
物联网竞赛套件
基于套件可以实现基本的物联网网络框架，在物联网的传感层通过无线组网或现场总线实现对各种物理量的传感采集和反馈控制，数据通过网络汇聚到服务器，再由服务器通过Internet或3G网络实现广域的数据发布，与各种终端，包括手机实现智能的交互与管理。
物联网竞赛套件网络框图
简化的物联网竞赛套件网络框图
本次物联网竞赛，我们强调“创新应用”为导向，我们提供的套件已经实现了传感层与网络层的基本功能，但应用层不限制，需要参赛队发挥想象力与创新力，创造出有新意的物联网应用。
而且，传感层与网络层接口开放，不同参赛对可以根据应用需求扩展自己的接口和设备。
为了让参赛队把时间和精力更多地放在“创新应用”上，我们也提供了更多的扩展接口参考设计和技术支持。
三、物联网竞赛套件模块介绍
1、传感模块
竞赛套件中包含基本传感器接口模块：
（1）电流传感器：
量程：
0A～+2A；分度：
0.01A；
（2）电压传感器：
量程：
-20V～+20V；分度：
0.01V；
（3）温度、湿度传感器：
温度量程：
-20℃～+130℃；分度：
0.1℃；湿度
量程：
0～100%，分度：
0.1%
（4）继电器控制：
3组24VAC/DC@0.5A长开触点，带瞬间电压抑制
（5）串口控制：
1组，DB9公头，1200至115K波特率，支持双向RS-232
通信，支持RTS/CTS硬件握手及奇偶校验。
可以扩展现场总线传感器
或RFID读卡器等。
（6）D/A输出传感器：
量程：
0V～+10V；分度：
0.01V；双路。
可以直接
控制调光设备等。
同时，还提供如下模块的参考设计及技术支持：
（1）触力传感器：
量程：
-50N～+50N；分度：
0.01N；
（2）光照度传感器：
量程：
0～10000lx，分度：
1lx
（3）压强传感器：
量程：
0kPa~700kPa；分度：
0.1kPa
（4）超声传感器：
量程：
80mm~500mm；分度：
1mm
（5）酒精浓度传感器：
量程：
1~100；分度：
1
（6）心电图传感器：
量程：
-5mV～+5mV，用于生成EKG曲线，能清晰的显
示出人体P波、QRS波、T波与U波
（7）光电门传感器：
分度10μS；用于测量挡光时间；（由CORTEX-M3处理
器扩展实现）
（8）红外控制：
3组，独立IR红外控制输出；（由CORTEX-M3处理器扩
展实现）
2、无线传感网通信模块
套件包含4个无线传感网通信节点及一个无线网络协调器。
传感网主芯片采用TI的CC2530实现，2.4G载频，棒状天线，可以电池供电也可以直流电源供电。
C电源板
B:
传感模块
A:
无线节点模块
无线传感网节点结构
无线传感网节点由三个部分构成：
A:
无线节点模块，主要由射频单片机构成，MCU是CC2530。
B:
传感模块，系列传感模块包括温度传感模块、湿度传感模块等，也可以
通过总线扩展用户自己的传感器部件。
C：
电源板，即实现节点模块与传感模块的连接，又实现系统供电，目前主
要两节电池供电，保留外接电源接口，可以直接由直流电源供电
软件上，无线传感网通信节点运行TIZ-Stack协议栈,符合ZigBee2007或ZigBeePRO规范，包含了网状网络拓扑的几近于全功能的协议栈。
套件提供的样例程序实现了无线通信节点的动态组网及传感数据采集传输。
3、嵌入式网关
嵌入式网关由CORTEX-A8处理器OMAP3530实现，OMAP3530基于ARMCortex-A8内核，性能四倍于AMR9芯片，提供了业界最佳的通用、多媒体和图形处理单芯片组合。
指标如下：
嵌入式网关
CPU
600MHzARMCortex-A8主处理器
430MHzTMS320C64x+DSP协处理器
POWERVRSG™2D/3D加速引擎
DDR
256M
FLASH
256M
以太网
100MEthernetcontroller
SDcard
SD卡控制器
SDIO
无线网卡和蓝牙（可选）
USBHOST
2个以上
USBCLIENT
1个
RS232接口
2路以上RS232
红外接口
一路红外IrDA接口
液晶屏
7寸TFTLCD（包含触摸屏和有机玻璃外壳）
16：
9显示，分辨率：
800×480,
音频
AC97标准音频
触摸屏
电容式或电阻式触摸屏
LED显示
4个以上LED工作状态指示
按键
8以上个功能按键
无线广域接入模块
无线广域接入模块
GPRS/3G（可选）
嵌入式网关基于WINCE6.0操作系统，提供各个接口驱动程序、无线节点传感数据采集、控制与显示等例程。
4、简单物联网网络中间件
为了配合广域数据访问，我们提供基于服务器的简单物联网网络中间件，框架结构如下所示：
物联网网络中间件
传感网数据通过接口汇聚到数据库中，再通过网页服务器对外提供基于Internet或3G无线访问的接口。
套件提供的样例程序可以把传感数据采集到服务器中，通过网页服务实现传感数据的显示与控制。
基于应用层，用户通过简单修改，可以实现智能家居、智能物流等物联网典型应用系统。
节点连接及拓扑
节点信息及控制
对于需要实现复杂网络层功能的应用需求，考虑可以参考IBM8层的物联网中间件架构。
四、物联网技术方案技术支持
为了保证竞赛的顺利开展，我们提供了有力的技术支持服务，包括：
1、技术专项培训
基于物联网教育网（www.cie-iot.org），我们将邀请TI、IBM技术工程师及一线教师针对技术方案中的专项内容，如传感接口设计、传感网基本知识、物联网网络中间件等技术要点进行在线视频技术培训。
基于网络平台的在线视频技术培训
2、技术在线指导与答疑
基于物联网教育网（www.cie-iot.org），基于不同主题我们将提供技术在线支持。
通过网络平台交流增强同学们的协作精神与共享精神。
基于网络平台的技术在线指导与答疑
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