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物联网

【北京邮电大学】物联网综合实验箱

  随着物联网技术与产业的发展,作为物联网核心技术,RFID技术以及无线技术已经被越来多的高校列入专业课程之中。与其他传统通讯网络技术课程不同的是,物联网工程实践课程不只是关注于单个节点的构造和实现,更关注大量节点之间的协同和通信,以及在有限资源下如何进行单个实验箱的相关实验,并利用多个实验箱进行组网并形成大规模的分布式网络。

  物联网综合实验箱遵循物联网最新标准和核心技术,依托北京邮电大学物联网中心的科研积累,并根据物联网专业的建设要求,吸收国内、国外同类产品的优点,充分考虑高校物联网教学的特点精心研制而成。该平台集成RFID读写器、标签,多种传感器节点、路由节点以及协调者,提供了众多实验例程和典型应用,便于学生熟悉和掌握物联网的原理和实际应用。

  物联网综合实验箱包括硬件设备、软件资源、实验资源三大部分。实验资源包括(a)基于RFID的基础实验和综合实验;(b)WSN采集与控制实验、WSN网络通信实验、WSN应用层软件实验和WSN系统探索型实验等;(c)最后把RFID和WSN两者结合,进行综合性探索实验,通过基础实验掌握基本知识,进而通过系统探索型实验提升学生能力,最后通过综合实验引导学生进行创新性设计,完全满足物联网专业的教学科研需求。

  RFID系列实验可让学生通过学习API手册,设计实现对标签的基本操作,如盘存,读写,加密解密等操作,锻炼了学生的的手册查阅能力和代码编写能力。

  WSN系列实验层次清晰,首先可通过Jlink和无线下载两种方式,掌握以STM32为处理机的采集部分相关实验,熟悉传感器部分知识;网络通信实验分为基础和扩展两部分,加强了学生对于WSN网络的和短距离无线通信相关知识的理解;应用层和探索型实验为学生提供了自由设计WSN应用系统的空间。

  综合实验系列要求学生将RFID技术和WSN技术相结合,自主设计并实现物联网应用系统。

  RFID读写器是读取或写入标签信息的设备。它的任务是控制射频收发器发射射频信号,通过射频收发器接收来自标签上的信息。

  天线为在标签和读取器间传递射频信号。任何一个RFID系统至少应包含一根天线(不管是内置还是外置)以发射和接收射频信号。

  射频标签具有一定容量的存储器,用以存储被识别对象的信息;对其特定存储区的信息可进行读、写、锁存操作。

  在WSN实验硬件平台中,包括感知节点、控制节点、路由节点和协调者,以及调试这些节点的仿真器和协议分析仪。

  感知节点具有采集温度,电压,光照的功能,并把采集的数据通过无线发送出去。感知点的底板为采集板,它是实验平台中感知点采集数据的设备。三个传感器(电压、温度、光照),一个SPI编程接口,一个Mini-USB充电接口。采集板具有红、绿两个状态指示灯(即LED灯)。采集板上通过插槽连接一个无线通信模块。

  控制节点通过无线模块接收指令,从而控制灯的开闭。控制节点包括开关模块、LED灯展示模块及无线模块。开关模块包括两个手动开关,分别控制两个LED灯。

  路由节点具有转发数据的能力,本身不会产生数据。感知节点和路由节点上的无线模块具有的不同功能。

  协调者是无线传感器网络的核心设备,负责将大量无线传感器组织成一个网络,并接收由网络中的感知点通过路由节点传送过来的监测数据,然后将数据按功能(如温度、电压和光照)拆分并进行处理。

  KeilμVision4:KeilμVision4支持实验箱仿真器,把仿真器和感知点底板相连,通过该软件把程序下载到底板中。

  AccessPort软件:把协调者与PC相连,通过该软件可以观察协调者接收的数据。

  Packet Sniffer软件:通过该软件可以空中抓取数据包,观察感知点、控制点和协调者之间的无线通信协议。

  Microsoft Visual Studio软件:通过在该软件中编写程序,接收来自协调者的数据并加以处理,学生可以清楚的观察到相关的数据。

  Mysql数据库软件:通过使用该数据库,可以把采集点的相关数据(如温度湿度光照电压、MAC地址和短地址、错误标识)存到不同的表中,有利于数据的查看。