课程设计实验报告-----物联网实验学院：电子工程学院班级：2011211204指导老师：赵同刚一．物联网概念物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

物联网的英文名称叫“The Internet of things”。

顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。

这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。

因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二．物联网作用现有成熟的主要应用包括：—检测、捕捉和识别人脸，感知人的身份；—分析运动目标（人和物）的行为，防范周界入侵；—感知人的流动，用于客流统计和分析、娱乐场所等公共场合逗留人数预警；—感知人或者物的消失、出现，用于财产保全、可疑遗留物识别等；—感知和捕捉运动中的车牌，用于非法占用公交车道的车辆车牌捕捉；—感知人群聚集状态、驾驶疲劳状态、烟雾现象等各类信息。

三．物联网无线传感（ZigBee）感知系统ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。

ZigBee在整个协议栈中处于网络层的位置，其下是由IEEE 802.15.4规范实现PHY（物理层）和MAC（媒体访问控制层），对上ZigBee提供了应用层接口。

ZigBee可以组成星形、网状、树形的网络拓扑，可用于无线传感器网络（WSN）的组网以及其他无线应用。

ZigBee工作于2.4 GHz的免执照频段，可以容纳高达65 000个节点。

这些节点的功耗很低，单靠2节5号电池就可以维持工作6～24个月。

除此之外，它还具有很高的可靠性和安全性。

这些优点使基于ZigBee的WSN广泛应用于工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。

ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。

ZigBee不仅只是802.15.4的名字。

IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此ZigBee 联盟对其网络层协议和API 进行了标准化。

ZigBee 联盟还开发了安全层。

四．物联网系统组成（一）硬件平台1、硬件组成从硬件角度看，系统由4大部分组成：位于最底层的传感器采集节点、中间的路由节点、将数据传送到PC 机的协调器节点以及PC 机几个平台。

系统框图如图2-1所示： PC协调器(LM3S9B96)采集节点1采集节点5采集节点3采集节点4路由1路由2采集节点6采集节点2路由3ZigBeeUART/USBZigBee ZigBee ZigBee图2-1 系统框图从上图可以看到，除协调器与PC 机的通讯可采用以太网或USB 外，其他各个部分之间都采用ZigBee 网络。

整个系统除了PC 机外的其他部分都采用当前最流行的低功耗、小封装的Cortex-M3芯片做主控芯片。

其中的终端节点和路由节点采用LM3S811，汇聚节点采用内部集成以太网和USB 控制器的LM3S6952或LM3S9B96，终端节点除ZigBee 部分进行数据传输外，还有不同的传感器信号处理部分。

具体见下面介绍。

2、主要器件介绍● LM3S6952：支持最大主频为50MHz 的ARM Cortex-M3内核，256 Kbyte FLASH,64 KByte SRAM ，LQFP-100封装。

集成10/100MHz 以太网、睡眠模块、正交编码器、3路10位ADC 、带死区PWM 、模拟比较器、3路UART 、SSI 、通用定时器，I2C 、CCP 等外设。

● LM3S9B96：支持最大主频为80 MHz 的ARM Cortex-M3内核，256 KByte FLASH,96 KByte SRAM ，LQFP-100封装。

集成10/100MHz 以太网、2路CAN 控制器、USB OTG 、外部总线EPI 、ROM 片上StellarisWare 软件、睡眠模块、正交编码器、16路ADC 、带死区PWM 、模拟比较器、UART 、SSI 、通用定时器、I2S 、I2C 、CCP 、高精度振荡器、DMA 等外设。

● LM3S811：支持最大主频为50 MHz的ARM Cortex-M3内核，64 KByte FLASH,8 KByte SRAM，LQFP-48封装。

集成正交编码器、4路10位ADC、带死区PWM、模拟比较器、2路UART、SSI、3个通用定时器，I2C、CCP等外设。

CC2420：CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器。

该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。

它基于Chipcon公司的SmartRF 03技术，以0.18um CMOS工艺制成只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。

CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。

利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。

CC2420的主要性能参数如下：●工作频带范围：2.400～2.4835GHz；●采用IEEE 802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；●数据速率达250kbps，码片速率达2MChip/s；●采用O-QPSK调制方式；●超低电流消耗（RX:18.8mA,TX:17.4mA）高接收灵敏度（-95dBm）；●抗邻频道干扰能力强(39dB)；●内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器，采用低电压供电(2.1～3.6V)；●输出功率编程可控；●IEEE 802.15.4的ＭＡＣ层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bitCRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBC－MAC,CCM)；●与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口)；●开发工具齐全，提供有开发套件和演示套件；●采用QLP-48封装，外形尺寸只有７×７ｍｍ。

（二）、协调器介绍（一）、协调器主要负责将路由器或采集节点上传的数据发送到上位机，因此采用集成USB控制器的LM3S9B96芯片，LM3S9B96芯片资源如下：支持最大主频为80 MHz的ARM Cortex-M3内核，256 KByte FLASH,96 KByte SRAM，LQFP-100封装。

集成10/100MHz以太网、2路CAN控制器、USB OTG、外部总线EPI、ROM 片上StellarisWare软件、睡眠模块、正交编码器、16路ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器、I2S、I2C、CCP、高精度振荡器、DMA等外设。

（二）、协调器为EL-IOT-II实验箱，结构框图如图2-4所示：采采采采采采采采采采320x240TFT LCD7279 KEY&DISPLAY 采采UART2采采JTAG2采采UART1采采POWERCAN 采采ETHERENT 采采USB 采采JTAG1&REST1AD Vref 采采WIFI 采采采采LM3S9B96ZigBee RF18M SDRAM 采采I2S AUDIO SENSOR1ZigBee RF2ZigBee RF21M Flash& SD CARD LED1& SWITCH1ZigBee RF3ZigBee RF3LED2DS18B20_1LED2DS18B20_27279 KEY&DISPLAY JTAG3采采UART3采采LM3S811_1REST 2SWITCH 2LM3S811_2REST3SWITCH 3采采6M 采采6M 采采JTAG_LOCK 1JTAG_LOCK 2图2-4 EL-IOT-II 实验箱结构框图（三）、EL-IOT-II 实验箱由三部分：左边的为协调器，所采用的CPU 芯片为LM3S9B96，右边的为两个采集节点，所采用的CPU 芯片为LM3S811。

各模块介绍如下所示：1、POWER 单元POWER 主要为整个实验箱提供+5V 和+3.3V 电源，分别由相应的指示灯指示。

实验箱后面的开关可以控制电源通断。

所采用的+3.3V 电源转换芯片为AS2830-3.3，最大可以提供2A 的电流。

电路图如图2-5所示：图2-5 电源部分电路2、UART1单元该部分主要完成LM3S9B96与PC机通信或者控制实验箱上的外扩WIFI 模块，所用芯片为MAX3232。

电路图如图2-6所示：图2-6 232电平转换电路5、USB单元该部分主要实现USB通信实验，包括USB作为从设备与PC机通信和USB作为主设备去控制USB外设（如USB鼠标），由于LM3S9B96芯片集成了USB控制器，因此只需外接电平转换芯片，电路比较简单，电路图如图2-9所示：图2-9 USB部分电路6、JTAG1&REST1单元JTAG1是LM3S9B96的下载口，采用标准20针的JTAG下载口，通过J-LINK或M3-LINK 仿真器对程序下载或仿真，电路图如图2-10所示：REST1是LM3S9B96的复位按键，低电平复位，电路图如图2-11所示：图2-11 复位电路9、8M SDRAM单元该部分通过LM3S9B96的EPI总线外扩了一个8M的SDRAM存储器，主要用于存储图片的二进制文件。

电路如图2-14所示：图2-14 8M SDRAM单元电路10、时钟1单元该部分主要给LM3S9B96提供系统时钟跟网络时钟，系统时钟外接晶振为16MHz可以通过芯片内部的PLL倍频，最大支持80MHz，网络时钟为25MHz。

电路图如图2-15所示：图2-15 时钟电路11、320x240 TFT LCD单元实验箱上包含了一个3.5寸的TFT LCD液晶，320X240像素，26万色，(四线电阻屏)支持触摸功能。

作为LM3S9B96的显示设备，实时得显示信息。

电路如图2-16所示：图2-16 液晶接口电路12、ZigBee RF1接口单元该部分主要是外扩ZigBee模块，通过LM3S9B96控制，从而实现协调器数据的接收与ZigBee的组网，通信方式为SPI，接口电路如图2-17所示：图2-17 协调器的ZigBee接口电路（三）EL-IOTM板卡资源总览☆ CPU单元： Cortex-M3内核， LM3S811芯片，工作频率最高50MHz；☆时钟：6MHz，通过芯片内部的锁相环可以达到50MHz；☆ SENSOR INTERFACE：该部分主要支持的传感器包括：温湿度、光照度、加速度、湿度、可燃气体、红外温度、二氧化碳、氧气等；☆ ZIGBEE INTERFACE：该部分主要是安装CC2420模块，然后通过ZIGBEE进行无线传输；☆ 按键：一个JTAG_LOCK键防止芯片锁死和两个用户按键；☆ LED灯：3个LED灯供用户使用；☆ 复位键：芯片复位使用，低电平复位；☆ 蜂鸣器：可以完成蜂鸣器实验，也可以作为电池电量低报警使用。