ATOS物联网教学实验开发系统一、引言：“物联网”下的无线传感器网络物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。
物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。
•2009 年8 月7 日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表重要讲话：提出了“在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的‘传感信息中心’或‘感知中国’中心”的重要指示；•2009 年11月3日《让科技引领中国可持续发展》的讲话中，温家宝总理再次提出“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。
•2010年两会期间，物联网再次成为热议话题。
随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。
•《江苏省物联网产业发展规划纲要》指出：至2012年，完成物联网特色化产业基地建设，形成全省产业发展的空间布局和功能定位，销售收入超过1500亿元，集聚规模以上企业1000家以上，形成年销售额超十亿元的龙头企业10家以上，孵化一批具备较强竞争力的创新型中小企业，培育上市企业10家以上。
至2015年，销售收入超过4000亿元。
•随着信息采集与智能计算技术的迅速发展和互联网与移动通信网的广泛应用，大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟，欧美等发达国家将物联网作为未来发展的重要领域。
美国将物联网技术列为在经济繁荣和国防安全两方面至关重要的技术，以物联网应用为核心的“智慧地球”计划得到了奥巴马政府的积极回应和支持；欧盟2009年6月制定并公布了涵盖标准化、研究项目、试点工程、管理机制和国际对话在内的物联网领域十四点行动计划。
无线传感网络正是适应于这样背景下的全新网络技术。
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。
它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象的信息的实时监控、感知和采集，这些信息通过无线方式被发送，并以自组织多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。
可以预见，在不久的将来，无线传感网络将给我们的生活带来革命性的变化。
二、ATOS系统概述ATOS是一款融合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、无线通讯技术、网络安全技术等一系列先进技术的物联网产品，在网络安全协议、大规模传感器网络中的节点移动性管理、网络的自组织、自愈性和系统功耗问题等一系列关键技术方面处于市场的前沿。
ATOS 包含了一整套完善的解决方案：该解决方案囊括了从底层数据采集一直到上层应用软件全部“物联网”工作链，整套方案基于ATOS2.0框架设计，灵活易用。
用户甚至可以不需要开发一行代码，就可以完成自己研究领域的应用开发工作。
ATOS 系统主要分为两大方向：教学实验系统和应用开发系统。
目前该系统已成功应用于多个领域：精准农业、智能交通、医疗卫生、环境监测、公共安全、工业监控、煤矿安全等。
丰富的底层硬件设备数据感知层WSN 网络采集汇聚层中央服务器应用决策层AtoSensor ：可接入各种标准传感器及用户自定义传感器，用于感知各种物理量。
Atosenet ：节点网络，自组织、自恢复、低功耗、网状路由。
AtoSink ：汇聚节点网络数据，通过3G 、Internet 等将数据远程上传至中央服务器。
AtoServer ：中央数据库服务器，存储海量传感器数据。
AtoApp ：应用决策软件，基于各种行业应用，可实现数据的远程即时获取，迅速做出决策。
多种采集设备和应用客户端完善的采集上传工具丰富的分析工具（网络分析程序，定位程序，仿真代理程序）强大的ATOS配置系统多种多样的应用系统ATOS系统成功应用案例：◆华为M2M网关与华为公司合作，基于本系统开发M2M网关，支持最新WMMP协议，系统内传感数据通过3G网络无障碍传送至华为远程数据平台，为各种M2M应用提供完善解决方案。
◆工业现场监测本系统无缝接驳药厂发酵罐、冰库固有专用传感部件，无线通讯传输传感数据至中央控制MES系统，作为“工业流程控制系统”的最前端数据采集系统，顺利完成数据远程、实时监测。
本系统已应用于无锡山禾药业现场监控等。
◆煤矿井下安全监测本系统加强型定位节点，配置压力、温湿度传感器监测井下环境及设备安全信息，配置GPS，摄像头模块监测井下人员及车辆定位并跟踪运行轨迹。
本系统与南京欣网视讯通信科技有限公司（上市企业，证券代码：600403）合作已应用于山西怀仁县峙峰山煤矿等。
◆水产环境监测本系统普通型节点，安装于水产养殖场现场，自组织成无线网络，实时监测农业生产关键传感元素，形成历史数据，提供水产养殖专家使用。
本系统与上海海洋大学合作，为国家863科研项目。
◆精准农业大棚监测本系统普通型节点，安装于农业大棚现场，实时监测精准农业大棚生产传感数据，形成记录，提供农业专家使用。
本系统与江苏省农科院合作，目前已应用于六合国家示范区。
三. ATOS教学实验系统目前物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展，学习与掌握物联网的技术理论，发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。
2010年最新的教育部已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高校申报相关专业。
基于对高校教育教学的长期了解与研究，本系统提供了一套丰富、生动、形象的教学开发平台。
利用本系统可以实现：•“物联网”专业关键技术的实验教学•“物联网”专业人才的培养•“物联网”实习实训基地的建设为了更好的完成实验教学的工作，教学实验系统除具有ATOS完整解决方案之外，还配备了一套完善的实验教学体系，包含资源：•“物联网”实验手册（学生用教材）•“物联网”高级实验手册（教师可用于实验题目，培养学生动手能力）•“物联网”实验教程讲义（PPT）该体系结构涵盖了“物联网”传感器技术、“物联网”通讯技术、“物联网”应用技术等，配备了50多个生动实验案例，同时配备了大量的思考题及温度场演示程序，光场演示程序，流量监控程序，实用定位演示程序等。
四. ATOS应用开发系统“物联网”是众多学科交叉的技术，在实际应用中，需要跟应用领域紧密的结合起来，形成有机的整体，才能最大限度的发挥“物联网”的能力。
针对各个应用领域，主要解决如下问题：•传感器的多样性•数据采集参数的要求•存储数据的多样性•决策终端的多样性•传输协议的特殊性ATOS应用开发系统秉承ATOS解决方案的框架优势，在传感器设置、数据采集、数据库存储、数据访问等各个部分均提供了合理易用的二次开发接口，用户可以将注意力集中在自己所关注的部分，进行合理的改造，就可以实验应用系统的开发工作。
同时更为重要的是：ATOS应用开发系统提供了一套“ATOS应用配置系统”，利用该配置系统可以轻松的实现面向各种应用领域的配置：•可以配置各种传感器•可以配置节点参数•可以选择各种节点传输协议•可以配置数据解析方式及公式•可以配置数据存储方式•可以配置数据分析方式从某种意义上，真正实现了用户不开发一行代码，就可以完成自己研究领域的应用开发工作。
灵活多样的配置，自动生成与下载得益于的灵活完善框架设计，目前系统以最小的代价成功运用于多种应用系统，包括：农业大棚监控系统，药厂制剂监控系统，粮仓监控系统，桥梁应力监测系统，森林防火监控系统，湖泊水质监控系统。
农业大棚监控系统 药厂制剂监控系统粮仓监控系统 桥梁应力监测系统森林防火监控系统 湖泊水质监控系统五. ATOS系统配置硬件配置概要：名称说明节点ANTc30（2430）ATOS基本节点采用TinyOS2操作系统，可构建实时传感器网络节点ANTc91（2430+2591）ATOS增强型节点采用TinyOS2操作系统，可构建实时传感器网络仿真器AEM ATOS仿真设备用于程序下载，在线调试，仿真SINK节点ATOS手持式数据测试平台提供Windows CE/Linux系统，支持以网络拓扑、数据、曲线等方式显示传感器各节点的数据在线烧录器AOP ATOS专用烧录设备支持在线烧录节点程序，无需插拔式编程网络分析仪ASNF ATOS网络数据分析设备可以捕获网络中的所有数据包，进行网络数据分析传感器模块ATOS传感器统一接口设计，详见下表，根据需要多种配置应用软件光盘内容包含：开发环境、源代码、实验教学体系、应用DEMO、开发工具、ATOS配置系统等软件配置概要：名称说明TinyOS2 WSN专用操作系统，组件式软件机构，事件驱动多线程机制，硬件抽象层，含Atosenet网络协议，高速路由，低功耗控制。
Z-Stack 完整支持Zigbee所有协议，通用API接口，便捷的应用程序开发。
Atosenet控制台WSN数据采集分析软件，兼容TinyOS和Z-Stack两种数据模式。
支持数据自动上传SQL服务器，节点地图信息显示，网络拓扑信息显示，历史数据显示/统计/绘图分析，报警设置，自定义解析插件等功能。
AtosEX控制台嵌入式平台数据采集分析软件，运行于可移动平台。
支持采集节点数据，历史数据显示/统计/绘图，自动将数据上传至远端服务器，进行网络参数配置等。
AtoServer服务器中央服务器软件，包含大型数据库管理软件，接收Atosenet和AtosEX控制台上传数据。
支持WebService 接口，支持WEB浏览器访问，支持多地域数据存储。
AtosMobile客户端运行于手机客户端，支持无线连接至中央数据库，并即时获取相应的数据，完全兼容所有支持J2ME的手机。
可以显示即时数据信息，获取历史数据信息，并进行数据分析统计，自动接收应用系统的报警信息等。
AtoSniffer网络分析工具基于网络分析设备，可以截取网络中的所有射频数据信息，进行数据分析，诊断网络问题。
AtosAgent协议分析框架基于TINYOS的协议分析框架，通过OSAgent，用户即可在真实硬件平台和现实环境中，分析现场网络中各网络协议的真实性能，进而帮助用户更好的分析和改进协议。
AtosDemoCenter演示中心丰富的应用DEMO演示，包括：温度场演示程序，光场演示程序，流量监控程序，实用定位演示程序等。
ATOS配置系统完善的配置IDE，利用它可以实现整个解决方案的配置，包含传感器、网络、数据存储、数据显示等六. ATOS系统性能参数系统性能参数概要：节点板硬件配置微处理器CC2430 （SoC 设计，工业标准增强型，128Kbyte FlashAD 10bit 1Ch）2.4GHz (IEEE 802.15.4)传送速率最大250Kbps传输通道16个可选频段传输距离0-100m可调（增强型节点可在0-800m可调）超低功耗睡眠：0.6-0.9uA电源 1.5vAA 2传感器模块搭配温度，湿度，光及多种传感器软件配置TinyOS 开源操作系统，组件式、事件驱动Z-STACK TI标准ZIGBEE协议实现网络协议兼容XMesh网状协议和ZigBee标准协议，支持Z-MAC（集成CSMA、TDMA机制）、X-MAC等，可实现1000+节点自组网低功耗协议实现UltraLowPower，电池使用最大化安全传输AES、XXTEA等可选加密方式，实现安全传输开发环境NesC编译器、IAR编译器工具Atosenet控制台程序、ATOS配置系统工具仿真板硬件配置微处理器C8501F320（全速USB2.0接口；16Kbyte Flash）节点插座支持节点模块热插拔，通过标准接口与节点连接调试接口网关调试接口，可在线调试节点程序RS232接口支持标准RS232接口，速率9600bps~115200bps可选USB接口USB 2.0 Full speedLED调试3个LED调试信号灯电源USB口5V供电/外接5V电源/2.7-3.3V电池供电软件配置工具ISP在线下载工具IAR在线调试工具KEIL在线调试工具网络分析仪硬件配置微处理器CC2430 Embedded, 128Kbyte FlashUSB接口USB 2.0 Full speed，分析仪接口，传输捕获的数据软件配置工具网络数据抓包及分析工具在线烧录器硬件配置微处理器C8051F320（全速USB2.0接口；16Kbyte Flash）USB-B接口烧录器接口，供电及USB通讯Mini-USB接口连接节点，可以在线烧录程序软件配置工具ISP在线下载工具网关（基本型）硬件配置处理器STM32103（RAM：96KB，FLASH：1MB）工业接口CAN，RS232，RS485网络接口(可选) 10Mbps网卡USB接口供电及USB通讯GSM模块(可选) GPRS网络GPS模块(可选)软件配置操作系统Uc/OS2,FreeRTOS,TRON应用软件ISP在线下载工具网络配置工具数据采集软件网络诊断工具网关（增加型）硬件配置处理器S3C2440（最高533MHz）64M SDRAM,256M FlashLCD7寸LCD屏，分辨率:800x480，颜色:26万色，LED背光，带四线电阻触摸屏工业接口CAN，RS232，RS485网络接口(可选) 10Mbps网卡USB接口供电及USB通讯GSM模块(可选) GPRS网络GPS模块(可选)蓝牙接口(可选) BlueTooth 2.0接口WIFI (可选) IEEE 802.11a/bGSM模块(可选) GPRS网络3G模块（可选）TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000软件配置操作系统Linux 2.6,WindowsCE6.0 应用软件ISP在线下载工具网络配置工具数据采集软件网络诊断工具七. ATOS传感器模块温度传感器模块温湿传感器模块光照传感器模块流量传感器模块雨滴传感器模块压力传感器气体压力传感器三轴加速度传感器酒精传感器可燃气体传感器GPS传感器摄像头传感器继电器模块人体红外传感器线性霍尔传感器超声波传感器磁场传感器模块震动传感器八. ATOS部分实验列表实验类别实验列表TinyOS 1. 如何创建一个TinyOS应用程序 4. TinyOS任务实验2. TinyOS接口及组件实验 5. TinyOS带参数接口实验3. TinyOS命令及事件实验 6. TinyOS通用组件实验基础实验1. LED实验12. AES加密模块2. 定时器实验13. 外部中断唤醒实验3. 串口调试实验14. PWM控制电机4. 串口通信实验15. 继电器实验5. 看门狗16. AD类传感器（光）6. RTC实时时钟实验17. 流量传感器7. IIC接口的EPPROM读写实验18. 数字式传感器（SHT）8. FLASH读写19. GPS实验9. 片内温度传感器20. CMOS摄像头实验10. 硬件随机序列生成21. 分贝传感器实验11. 设置功耗模式无线射频实验1. 点对点通信实验 4. 发射功率设置实验2. 无线控制实验 5. 频道设置实验3. 无线监听实验（Sniffer） 6. RSSI采集实验综合实验1. QuickRoute演示实验 5. Mesh路由实验2. ProfieRoute演示实验 6. OSAgent协议分析3. 低功耗演示实验7. 反向控制协议4. 实用定位实验应用演示实验1. 温度场实验 4. 应力监控实验2. 流量监控实验 5. 磁场分布实验3. 光照分布实验。