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LGWL-PV6B型 无线传感网全功能实验平台

品牌:理工实训 咨询电话:010-82827827 82827835

一、平台简介
    LGWL-PV6B型 无线传感网全功能实验箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多种短距离无线通讯模块,*大亮点是将6LowPAN(IPv6)互联网协议移植到传感网应用层中,与ZigBee传感网使用的ZStack协议栈并存,共同支持双协议栈,实现传感器节点可唯一寻址。采用三星Cortex-A9 S5P4418四核处理器作为智能网关,支持6LowPAN和ZStack双协议解析,具有1GB内存、8GB大容量存储空间、7寸电容触摸显示屏、丰富的外围接口,可板载GPS定位、WIFI/BT二合一通讯、4G移动通讯等多种模块,内嵌Android、Linux双系统,可一键切换。方便学校开展各种传感器及通讯知识的教授、嵌入式系统开发和Android应用开发。系统提供丰富的实验例程和实验手册,能够满足无线传感器网络、微控制器原理、嵌入式系统开发、Android移动应用开发等课程的教学与实践。

二、平台功能
各个传感器节点具有监测环境参数或设备驱动控制的功能;
传感器节点可组建WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4三种无线网络,通过Contiki操作系统和IPv6协议,实现采样数据的无线传输;
传感器节点可组建ZigBee无线网络,实现数据的无线传输;
网关与节点具有CoAP应用协议通信的功能;
网关应用软件通过CoAP服务和串口服务,将WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控节点数据解析处理,在网关的Mesh拓扑图中实时流动地显示传感器数据的上、下行走向;
 
多网融合MeshTop图
 
ZigBee组网拓扑图
网关应用软件展示的传感器节点,可随意拖动,不会影响网络的拓扑结构和数据流向。
可在拓扑图中点击任一种传感器节点,进入下一级界面,查看当前传感器节点的采样数值、曲线形式展示,或控制设备开关状态。
 
温湿度节点采样曲线展示

红外对射传感器的状态监测
三、平台特点
适合多种物联网课程:可满足智能传感器、无线传感器网络、嵌入式系统、物联网移动应用开发等课程实验。
多网融合:引入蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4多种组网方式,多网融合,统一采用IPv6协议标准,COAP应用通信协议;同时提供ZigBee组网。
身份唯一:WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4传感器节点统一采用IPv6协议组网通信,具有唯一的网络地址。
结构统一:蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4等节点统一采用Cortex-M3嵌入式处理器、Contiki操作系统和6Lowpan IPv6协议实现无线数据传输。ZigBee节点采用CC2530同时担当传感器采集与无线通信。所有节点采用处理器模块、无线通信模块、传感器模块与底板统一插拔连接的形式,每个节点自带OLED屏显示网络信息、组网状态、以及传感器采样数值。结构如图所示。
实验箱的组成结构示意图
类型丰富:支持温湿度检测、光强检测、三轴加速度、烟雾检测、热释红外检测、霍尔检测、气压检测、接近检测、结露、超声波、酒精检测、继电器控制、声光控制、数码管显示等多种感控节点。
一键切换:网关支持Android和Linux双系统,一次烧写,一键切换,默认运行Android系统。减少烧写系统消耗的时间,方便不同兴趣的用户快速进入开发状态。
拓扑展示:以拓扑图形式展示节点与网关服务的连接关系,实时流动地显示传感器数据的上行、下行走向。
四、课程实验
4.1 单片机与传感器
实验类型 典型实验名称
CC2530接口外设 实验一、CC2530简介及开发环境的搭建
实验二、通用IO端口应用——控制LED灯点亮实验
实验三、通用IO端口应用——按键控制LED灯点亮实验
实验四、外部中断应用——按键控制LED灯点亮实验
实验五、定时计数器T1应用——定时控制LED闪烁
实验六、定时计数器T3应用——中断控制LED闪烁实验实验七、串口的接收和发送实验
实验八、睡眠定时器的实验
实验九、看门狗实验
CC2530传感器 实验一、光敏传感器实验
实验二、结露传感器实验
实验三、可燃气体传感器实验
实验四、温湿度实验
实验五、光线实验
实验六、数字气压实验
实验七、三轴加速度传感器实验
实验八、继电器控制实验
实验九、LED蜂鸣器实验
实验十、火焰传感器检测
STM32微控制器接口外设 实验一、Led闪烁控制实验
实验二、按键检测实验
实验三、串口通信实验
实验四、systick延时实验
实验五、IIC OLED实验
实验六、RTC实验
实验七、IWDG独立看门狗实验
实验八、WWDG窗口看门狗实验
实验九、定时器实验
实验十、STM32内部温度传感器实验
实验十一、STM32的DMA的实验
STM32传感器采集控制 实验一、光敏传感器实验
实验二、温湿度传感器实验
实验三、三轴加速度传感器实验
实验四、霍尔检测实验
实验五、红外对射传感器实验
实验六、烟雾传感器实验
实验七、LED蜂鸣器传感器实验
实验八、继电器控制实验
实验九、双数码显示实验
实验十、红外接近传感器检测
实验十一、大气压力传感器检测
实验十二、结露传感器检测
4.2 无线传感网实验
实验类型 典型实验名称
CC2530无线射频通讯 实验一、点对点通信实验
实验二、广播通信实验
实验三、RSSI信号强度实验
实验四、空中信道监听实验
实验五、无线遥控实验
ZStack协议栈 实验一、ZStack协议栈工程解析
实验二、多点自组网
实验三、信息广播/组播
实验四、网络拓扑实验-星型网
实验五、网络拓扑实验-网状网
实验六、ZStack绑定实验
实验七、ZStack串口应用
实验八、温湿度传感器采集传输
Wifi组网 实验一、WiFi AT命令配置实验
实验二、WiFi AT命令配置STA实验
实验三、WiFi AT命令配置AP实验
实验四、WiFi AT命令配置STA+AP实验
实验五、WiFi  RSSI强度实验
实验六、WiFi STA客户端模式实验
实验七、WiFi  STA服务器模式实验
实验八、WiFi Socket编程通信实验
蓝牙组网 实验一、蓝牙技术简介
实验二、蓝牙工作原理
实验三、蓝牙AT 指令简介
实验四、蓝牙模块配置
实验五、STM32配置蓝牙透传实验
RPL802.15.4组网 实验一、CC2530模块简介
实验二、802.15.4协议简介
实验三、SLIP协议简介
实验四、PAN ID、CHANNEL简介
实验五、CC2530模块单体测试实验
实验六、CC2530模块结合测试实验
4.3 基于IPV6的Contiki多网融合实验 
基于STM32的Contiki-IPv6移植实验 实验一、ContikiOS系统移植
实验二、LED控制
实验三、Contiki多线程
实验四、Contiki进程间通信
实验五、按键位检测
实验六、定时器使用
实验七、OLED显示
基于IPv6的组网实验 实验一、Contiki网络工程解析
实验二、IPv6网关实验
实验三、WIFI 节点IPv6组网实验
实验四、蓝牙节点IPv6组网实验
实验五、RPL802.15.4 IPv6组网实验
实验六、节点间IPv6-UDP通信实验
实验七、节点间IPv6-TCP通信实验
4.4 IPv6网关综合实验
IPv6网关综合实验 实验一、IPv6协议的多网融合框架
实验二、传感器FTBee数据通信协议
实验三、基于UDP传感器信息采集实验
实验四、基于COAP传感器数据采集和设备控制实验
实验五、IPv6网络拓扑综合实验
五、配置清单
序号 名称 数量 备注
1 Cortex-A9网关 1  
2 网关IO基础扩展板 1  
3 三路继电器模块 1  
4 ZigBee协调器 1  
5 IEEE802.15.4主机 1  
6 Cortex-M3核心板(IPv6协议) 9  
7 CC2530主控底板 3  
8 蓝牙通信模块 3  
9 WiFi通信模块 3  
10 IEEE802.15.4通信模块 3  
11 ZigBee通信模块 3  
12 继电器控制模块 1  
13 红外对射传感器模块 1  
14 烟雾传感器模块 1  
15 双数码管显示控制模块 1  
16 温湿度传感器模块 1  
17 光敏传感器模块 1  
18 LED蜂鸣器控制模块 1  
19 霍尔传感器模块 1  
20 三轴加速度传感器模块 1  
21 红外接近传感器模块 1  
22 大气压力传感器模块 1  
23 结露传感器模块 1  
24 智能网关Android网络拓扑综合软件 1  
25 基于IPv6的无线传感网综合应用软件 1  
26 ZigBee无线传输应用软件 1  
27 DC5V3A开关电源 1  
28 交叉串口线 1  
29 交叉网线 1  
30 Mini USB数据线 1  
31 方口USB同步线 1  
32 CC2530 Debugger调试器 1  
33 TF卡读写器 1  
34 8G TF card 1  
35 USB转串口线 1  
36 J-link仿真器 1  
37 程序下载调试板V1.0 1  
六、技术指标
6.1 标配参数
货物名称 型号 指标参数
无线传感网全功能实验箱 LGWL-PV6B 一、整体要求
1)能够满足单片机接口及应用、传感器接口及应用、无线传感网、嵌入式操作系统开发、嵌入式Linux应用开发、Android移动应用开发等课程要求。
2)能够组建蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4、ZigBee四种无线网络,实现数据的无线传输;
3)能够将蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4无线网络经IPV6协议、Zigbee节点经ZStack协议融合在一个拓扑图中,在界面上显示蓝牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等节点的传感器数据或执行器状态,并实时流动地显示各个传感器数据的上、下行走向;
4)要求蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4三种传感器节点均具有唯一的IPv6地址,统一采用IPv6协议组包通信。
5)要求网关支持Linux、Android双操作系统,支持一键烧写、一键切换。
6)要求在保证网关接入互联网的前提下,能够配置接入云服务平台,并实现移动端传感器数据的采集显示和执行器的远程控制。
二、硬件资源
1.Cortex-A9网关(1个)
1)核心板资源:
(1)CPU:Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418,主频1.4GHz;
(2)GPU:MAIL-400,3D图形加速
(3)内存: 1GB DDR3;
(4)EMMC: 8GB;
(5)核心板+底板设计:核心板加装屏蔽罩,邮票孔方式与底板连接,抗干扰能力更强,比插针式更稳定可靠。要求引出核心板信号线,不少于188PIN。
2)网关主板资源:
(1)LCD接口:7寸IPS电容屏(16:9),分辨率1024×600;
(2)USB接口:2路USB_HOST 2.0输出,1路USB OTG;
(3)Ethernet接口:核心板内置千兆IP,外加不超过3RMB的PHY芯片即可,支持10/100/1000M,RJ45接口;
(4) 串口:2路3线RS232,1路TTL接口,1路RS485,1路Bluetooth;
(5)CAN总线接口:1路;
(6)RS485总线接口:1路;
(7)HDMI 接口:HDMI1.4a,*大支持1920*1080高清数字输出;
(8)LVDS液晶屏接口:单通道,*大支持1920*1080;
(9)摄像头接口:1路CMOS并行接口,*大支持800万像素;
(10)AV接口:1路模拟视频母口输入;
(11)外部存储扩展接口:SD卡、TF卡接口;
(12)音频接口: 1路MIC输入,1路1. 8w喇叭;
(13)按键:1个复位按键、1个休眠唤醒按键,2个音量键;
(14) 蓝牙WiFi:板载蓝牙WiFi二合一模块;
(15)Mini PCIe接口:标准可插入4G通信模模块;
(16)24Pins应用扩展接口:用于处理器外设接口扩展功能,包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8个GPIO,5V电源。
2.网关IO基础扩展板(1个)
由网关直接驱动。采用HC595串入并出特点,使用较少IO扩展更多功能,默认地址0x01。1路可调电位器模拟AD采样通道,1路PWM驱动的蜂鸣器,5个触摸按键,5个LED指示灯。
3.三路继电器扩展板(1个)
由网关直接驱动。采用HC595串入并出特点,使用较少IO扩展更多功能,默认地址0x10。
可控制3路继电器,线圈机械式触点,1个常开,1个常闭,*大负载10A/277V AC。
4. ZigBee协调器(1个)
与网关的TTL UART连接。采用CC2530单片机外设接口、射频通信与ZStack协议栈的方案,具备Zigbee建网功能,具有2个组网状态及无线传输指示灯,2个功能按键,提供传感器模块接口、RS232接口、调试下载接口。
5. IEEE802.15.4主机(1个)
与网关的TTL UART连接。采用CC2530射频功能与802.15.4的从机组建射频网络,接收从机信息,向从机发送命令。具有2个组网状态及无线传输指示灯,2个功能按键,提供传感器模块接口、RS232接口、调试下载接口。
6.无线传感网通信节点(12个)
1)微控制器主板硬件资源
(1)Cortex-M3核心主板(9个)
处理器基于ARM Cortex-M3核心的STM32F103,*高主频72Mhz,内部Flash 256KB,RAM 48KB。
具有1个0.96寸OLED屏,能够显示MAC地址、上下级关系、传感器数据、网络信息等。
具有4个组网状态及无线传输指示灯,2个功能按键、1个JTAG调试接口、1个24PIN的无线射频接口,1组20*2PIN传感器接口;
标配ARM仿真器、串口下载仿真调试转接板。
运行IPv6协议栈实现无线通信的功能。
(2)CC2530核心主板(3个)
处理器基于CC2530F256,具有2个组网状态及无线传输指示灯,2个功能按键、1个JTAG调试接口、1个24PIN的无线射频接口,1组20*2PIN传感器接口;
标配下载仿真器。
2)无线传感网通信模块
(1)蓝牙通信模块(3个):采用UART接口的内置协议栈方案,设置从机模式,与主机配对后,将微控制器采样数据传输给主机。
(2)WiFi通信模块(3个):采用UART接口的内置TCP/UDP/HTTP协议栈方案,支持设置为AP、STA的工作模式,与网关通信后,将微控制器采样数据传送给主机,或者接收主机的控制命令控制执行器。
(3)IEEE802.15.4通信模块(3个):基于CC2530射频组网通信方案,与边界路由器组网,实现传感器数据的双向交互。
(4)ZigBee通信模块(3个):基于CC2530+ZStack协议栈组网通信方案,与Zigbee协调器组网,实现传感器数据的双向交互。
3)传感器通信模块(12个)
接口至少包含GPIO/IIC/SPI/PWM/电源/地等信号。
兼容红外接近开关、可燃气体传感器、继电器控制、双位数码管显示、温湿度传感器、光敏传感器、LEDBEEP声光执行器、霍尔传感器、三轴加速度传感器、红外对射传感器、数字气压传感器、凝露传感器等。可直接接到主板传感器接口板上,提供各类传感器接口板的原理图和技术手册。
三、软件资源
1.嵌入式操作系统:
网关处理器支持Linux3.4、Android4.4、QT4.8或更高版本,节点支持Contiki2.7、Z-Stack2007,提供板载所有硬件接口及应用模块的驱动和应用测试,开放源码。
2. 网关操作系统烧写:
提供Windows下一键刷机软件,选择需要更新的镜像文件,可通过SD卡脱离PC机一键烧写,也可通过USB线缆刷机,支持Uboot参数修改配置。系统支持一键烧写双系统Android和Linux,可一键切换。
3.支持嵌入式开发所必须的功能:
4G语音通话、短信、上网,音频录放音功能,WIFI(支持AP热点)、Ethernet上网功能,无线蓝牙功能,模拟/数字摄像头拍照、录像功能,模拟摄像头信号接入, GPS/北斗位置导航服务,HDMI音视频输出(支持1080P)。
4.无线传感网多网融合拓扑展示应用软件的功能:
能够将蓝牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的传输方式,由网关解析后以拓扑图的形式在界面上展示,并为上层应用提供统一的JSON数据格式。
网关界面可显示传感器采集的数据、执行器的状态,显示传感器节点的IPv6地址,能够随意拖动传感器,而不改变网络的拓扑结构;
点击网关上传感器节点图标,可进入二级界面查看传感器的实时曲线走势,或手动控制执行器的开关。
具体包括:传感器信息采集资源驱动实现,控制传感器动作资源驱动实现,拓扑综合应用程序信息采集图标的实现;
★支持IPv6和ZStack2007双协议栈数据解析。
开发环境:Android Studio
5.ZigBee无线传感网综合应用软件的功能:
具有传感器采集、执行器驱动控制、自组网无线数据传输等功能。
提供基于Z-STACK2007协议栈的数据采集传输程序源码V2.4.2以上版本。
开发环境: IAR Embedded Workbench V7.60 for 8051
6.基于IPv6的无线传感网综合应用软件的功能:
具有传感器采集、执行器控制,内置Contiki2.7操作系统,兼容IPv6协议栈实现无线通信的功能;
兼容蓝牙、WIFI、IEEE802.15.4三种通讯模块的驱动和传输。
开发环境: IAR Embedded Workbench V7.60 for ARM
四、课程实验要求
1.STM32微控制器接口应用基础实验不少于11个:LED灯控、外部中断按键检测、串口实验、systick延时实验、IIC屏显示字符串实验、RTC实验、独立看门狗实验、定时器实验、内部温度采集实验、DMA实验。
2.基于STM32的传感器采集控制实验不少于12个:光敏传感器实验、温湿度传感器实验、三轴加速度传感器实验、霍尔检测实验、红外对射传感器实验、烟雾传感器实验、LED蜂鸣器传感器实验、继电器控制实验、双数码显示实验、红外接近传感器检测、大气压力传感器检测、结露传感器检测。
3.蓝牙传感网实验不少于4个:环境搭建实验、蓝牙透传实验、蓝牙无线点灯实验、蓝牙传感器采集与控制实验。
4.WiFi传感网实验不少于6个:环境搭建实验、WiFi AT命令测试实验、WiFi STA客户端实验、WiFi STA服务器实验、WiFi无线通信实验、WiFi传感器采集与控制实验。
5.IEEE802.15.4组网实验不少于3个:802.15.4协议简介、SLIP协议简介、PAN ID与CHANNEL简介、CC2530模块单体测试实验、CC2530模块结合测试实验。
6.CC2530射频通信实验不少于5个:点对点通信、广播通信、RSSI信号强度、空中信道监听、无线遥控。
7.ZSTACK协议栈组网实验不少于9个:ZSTACK协议栈简介、ZStack协议栈工程解析、多点自组网、信息广播/组播、网络拓扑星型网、网络拓扑树型网、ZSTACK绑定、ZSTACK串口、ZSTACK温湿度采集传输实验、ZSTACK声光传输控制实验。
8.基于STM32的Contiki操作系统移植实验不少于7个: ContikiOS系统移植、LED控制、Contiki多线程、Contiki进程间通信、按键位检测、定时器使用、OLED显示。
9.IPv6多网融合实验不少于7个: Contiki网络工程解析、IPv6网关实验、WIFI 节点IPv6组网实验、蓝牙节点IPv6组网实验、RPL802.15.4 IPv6组网实验、节点间IPv6-UDP通信实验、节点间IPv6-TCP通信实验。
10.IPv6网关综合实验不少于5个: IPv6协议的多网融合框架、传感器FTBee数据通信协议、基于UDP传感器信息采集实验、基于COAP传感器数据采集和设备控制实验、IPv6网络拓扑综合实验。
七、选配模块的参数
(一)NB-IoT温湿度控制模块(CC2530解决方案)
1.参数
由ZigBee通信模块、NB-IoT通信模块、插针方式与接口底板连接,NB-IoT通讯模块背面有SIM卡插槽。采用CC2530芯片作微控制器,运行ZStack2007协议栈,通过AT命令配置NB-IoT模块入网。
板载SHX温湿度传感器和LED灯。
通信方式:同时支持ZigBee组网传输、NB-IoT窄带通信两种方式。
供电电源:DC5V
2.实验
NB-IoT实验要求不少于5个,包括NB-IoT模块的AT指令配置测试实验、NB-IoT温湿度传感器采集传输实验、NB-IoT板载LED的远程开关控制实验、NB-IoT云平台后台UDP开发实验、Web前端用户登录实验等
(二)NB-IoT无线节点(STM32方案)
(1)具备NB-IOT低功耗无线通信协议的数据接入;
(2)射频芯片:BC95 NB-IOT无线芯片,支持电信网络,频段:850MHz,支持3GPP Rel-13以及增强型AT指令;
(3)通信速率可达100kbps,灵敏度:-129dBm,+23dBm功率输出;
(4)提供USB串口调试接口,标准SIM卡槽;
(5)主芯片:STM32F103,支持标准AT指令集;
(6)板载信号指示灯:电源、网络、数据,两路功能按键,两路串口;
(7)板载USB调试串口, ARM仿真器接口;
(9)5组RJ12电话线接口、4组RJ45以太网接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模拟量、I/O输入输出等多种有线信号,可通过扁平电话线、扁平网线直接与实际工业传感器或外设连接,进行传感器采集与执行器控制。
(三)LoRa传感器节点
(1)具备LoRa低功耗无线通信协议的数据接入;
(2)采用嵌入式无线数传模块,LoRa扩频调制技术,工作频率为 410-510MHz,高灵敏度:-144.1dBm,+20dBm功率输出;
(3)支持FSK、GFSK、LoRa调制方式;
(4)传输距离:可视、开阔,超远通信距离5km传输;
(5)主芯片:STM32F103,支持标准AT指令集;
(6)板载信号指示灯:电源、网络、数据,两路功能按键,两路串口;
(7)板载USB调试串口, ARM仿真器接口;
(8)5组RJ12电话线接口、4组RJ45以太网接口,包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模拟量、I/O输入输出等多种有线信号,可通过扁平电话线、扁平网线直接与实际工业传感器或外设连接,进行传感器采集与执行器控制。 
关键词:
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