物联网应用系统开发概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,物联网应用技术导论,第,6,章 物联网应用系统开发,物联网技术,第,1,章 概论,*,*,*,物联网应用技术导论,第,6,章 物联网应用系统开发,物联网应用技术导论,课件,第,6,章 物联网应用系统开发,东软电子出版社,罗汉江主编,物联网应用技术导论,教材配套课件,6,物联网应用系统开发概述,第1页,第,6,章 物联网应用系统开发,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.1 物联网应用系统设计开发,6.1.2 物联网应用系统集成,6.2 RFID,应用系统开发,6.2.1 RFID,硬件部分开发,6.2.2 RFID,读写程序设计,6.2.3 PC,机端程序设计,6.2.4,项目案例,图书馆管理系统,6.3,传感器网络开发,6.3.1,传感器网络开发概述,6.3.2,项目案例,孵化室温度监控系统,6.4,本章小结,本章主要内容,物联网应用系统开发概述,第2页,6.1 物联网应用系统开发概述,对于物联网应用，包括到感知与识别技术、通信与组网技术和信息处理与控制服务技术等，总来说主要包含以下几方面：,物联网基础技术,物联网基础技术主要包含嵌入式智能技术、射频读写器、传感器与无线传感网和纳米技术等。,物联网主体支撑技术,物联网主体支撑技术主要包含物联网系统中间件技术和信息服务技术等。,物联网安全技术,物联网中包括到安全问题包含感知识别技术安全性、相关信息传输安全性、信息保密及隐私性、物联网业务安全性。,物联网应用系统开发概述,第3页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.1 物联网应用系统设计开发,感知层设计：,感知层设计主要依赖于感知与识别技术，其中感知技术主要是传感器技术，而识别技术主要是,RFID,技术。,物联网应用系统开发概述,第4页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.1 物联网应用系统设计开发,数据传输层设计：,数据传输层是物联网实现物与物、人与物相连接关键。数据传输层设计主要考虑数据传输方式、数据量、传输速度、传输距离，选择适当传输和通信网络协议。,物联网应用系统开发概述,第5页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.1 物联网应用系统设计开发,应用层设计：,应用层支撑层由各种支撑平台和中间件组成，如信息协同处理平台、服务支撑平台、云计算平台和公共中间件等，其主要功效包含对采集数据聚集、转换、分析，以及用户层展现适配和事件触发控制等。,物联网应用系统开发概述,第6页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.2 物联网应用系统集成,因为各个学科、专业领域技术交叉融合和应用，物联网应用系统设计、开发方法以及能够应用技术种类繁多，而要实现一个功效完备、使用方便舒适、高效、安全物联网系统，则需要进行系统集成。,物联网应用系统开发概述,第7页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.2 物联网应用系统集成,物联网应用系统系统集成是指经过结构化、合理化感知、识别技术和数据信息传输通信、网络系统以及信息处理控制技术，将各个分离设备（如基站、个人电脑、智能终端）、功效（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量）等集成到相互关联、统一和协调物联网系统之中，使资源到达充分共享，实现集中、高效、便利管理，使系统性能最优。,物联网应用系统开发概述,第8页,6.1 物联网应用系统开发概述,6.1.2 物联网应用系统集成,一个物联网系统集成例子,-,智能小区系统集成,物联网应用系统开发概述,第9页,6.2 RFID应用系统开发,经典,RFID,应用系统框图,物联网应用系统开发概述,第10页,6.2 RFID应用系统开发,RFID,基本通信原理,物联网应用系统开发概述,第11页,6.2 RFID应用系统开发,RFID,系统开发设计普通可分为以下几个工作：,需求分析,系统总体方案设计,系统性能指标分析,物联网应用系统开发概述,第12页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,天线,天线是,RFID,标签和读写器之间实现射频信号空间传输和建立无线通讯连接设备。,RFID,系统中包含两类天线，一类是,RFID,标签上天线，因为它已经和,RFID,标签集成为一体，所以不再单独讨论。,另一类是读写器天线，既能够内置于读写器中，也能够经过同轴电缆与读写器射频输出端口相连。,物联网应用系统开发概述,第13页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,天线应有以下功效：,天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。,天线应使电磁波尽可能集中于确定方向上，或对确定方向来波最大程度接收，即方向含有方向性。,天线应能发射或接收要求极化电磁波，即天线有适当极化。,天线应有足够工作频带。,物联网应用系统开发概述,第14页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,天线设计需要考虑以下几个主要参数,天线效率,天线阻抗,天线极化,天线方向性,频带宽度,物联网应用系统开发概述,第15页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,RFID,电子标签组成,物联网应用系统开发概述,第16页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,标签IC芯片电路设计框图,物联网应用系统开发概述,第17页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,读写器,读写器功效首先是激活标签，对于被动和半主动标签，读写器提供必要能量激活在读写器读写范围内标签，并读取存放在电子标签中数据。对于可读可写,RFID,系统，读写器不但要从标签读出数据，也能将数据写入到标签内。,读写器不但与标签进行通信，而且要与主机通信，以此实现,RFID,电子标签与上位机之间数据传输。,物联网应用系统开发概述,第18页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.1 RFID硬件部分开发,读写器硬件组成框图,物联网应用系统开发概述,第19页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,RFID标签读写程序流程图,物联网应用系统开发概述,第20页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,碰撞，即冲突，是指多个射频标签进入识别区域时信号相互干扰情况。含有防碰撞性能系统能够同时识别进入识别区域全部标签，大大提升系统效率。,防碰撞有硬件方式和软件方式，考虑成本，普通采取软件防碰撞方式。,防碰撞策略,空分多路（,SDMA,）法,频分多路（,FDMA,）法,时分多路（,TDMA,）法,物联网应用系统开发概述,第21页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,防碰撞算法,Aloha,算法是一个随机接入方法，其基本思想是采取标签先讲话方式，当标签进入读写器识别区域内就自动向读写器发送其本身,ID,号，在标签发送数据过程中,若有其它标签也在发送数据,那么发生信号重合造成完全冲突或部分冲突，读写器检测判断接收到信号有没有冲突，假如发生冲突，读写器就发送命令让标签停顿发送，随机等候一段时间后再重新发送以降低冲突。,物联网应用系统开发概述,第22页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,ALOHA,算法可分为,纯,ALOHA,算法,时隙,ALOHA,算法,帧时隙,ALOHA,算法,动态帧时隙,ALOHA,算法,物联网应用系统开发概述,第23页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,二进制树算法,二进制树防冲突算法基本思想是将处于冲突标签分成左右两个子集,0,和,1,，先查询子集,0,，若没有冲突，则正确识别标签，若仍有冲突则再分裂，把子集,0,分成,00,和,01,两个子集，依次类推，直到识别出子集,0,中全部标签，再按此步骤查询子集,1,。,物联网应用系统开发概述,第24页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.2 RFID读写程序设计,二进制搜索树算法流程,物联网应用系统开发概述,第25页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.3 PC机端程序设计,PC,机端软件程序流程,物联网应用系统开发概述,第26页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.4 项目案例图书馆管理系统,物联网应用系统开发概述,第27页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.4 项目案例图书馆管理系统,读写器组成模块,物联网应用系统开发概述,第28页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.4 项目案例图书馆管理系统,下位机系统流程,物联网应用系统开发概述,第29页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.4 项目案例图书馆管理系统,初始化流程,物联网应用系统开发概述,第30页,6.2 RFID应用系统开发,6.2.4 项目案例图书馆管理系统,上位机系统流程,物联网应用系统开发概述,第31页,6.3,传感器网络开发,6.3.1 传感器网络开发概述,传感器网络开发流程大致有用户需求分析、系统方案设计与论证、系统开发、集成与调试、系统施工（调试、集成与改进）、系统验收、系统维护几个方面。,基于,ZigBee,传感器网络应用系统开发主要是硬件开发，包含协调器、路由器、传感节点和控制节点开发；以及软件开发，包含协议栈应用程序、上位机程序开发。,下面案例介绍基于片上系统和,Z-Stack,无线传感器网络应用系统开发。,物联网应用系统开发概述,第32页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例,孵化室温度监控系统,项目需求：因为孵化室对温湿度控制要求比较高，所以需要对室内温湿度进行实时监测，当温湿度过高或过低，就调整空调进行控制。,采取基于,ZigBee,无线传感器网络监控系统，含有低功耗、低成本、可移动、高可靠优点。,孵化室内温湿度监控系统目标是经过无线传感器网络中传感控制节点将环境中温度和湿度信息进行采集后，经无线传输，把信息传送给协调器，最终送给,PC,机显示，实现人机交互，以到达对室内环境中温湿度改变监测和控制要求。,物联网应用系统开发概述,第33页,6.3,传感器网络开发,6.3.2,项目案例孵化室温度监控系统,硬件设计,硬件部分主要由协调器和传感控制节点两部分组成。,协调器芯片采取,TI,企业片上系统,CC2430,。,物联网应用系统开发概述,第34页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,传感器控制节点分传感部分和控制部分，传感控制节点采取,ZigBee,射频模块加传感或控制电路模块形式。,物联网应用系统开发概述,第35页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,CC2430,射频电路,物联网应用系统开发概述,第36页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,协调器底板串口电路,物联网应用系统开发概述,第37页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,程序设计开发,程序开发部分主要包含下位机程序，即基于,CC2430,在,ZigBee,无线通信协议栈基础上开发应用程序开发；以及上位机程序，即感知信息搜集与处理、用户界面开发等。,经过,ZigBee,无线通信协议栈应用程序开发使系统实现对环境温湿度信息采集和无线传输；上位机用户界面程序用于实现人与系统交互，人对系统监测和控制。,物联网应用系统开发概述,第38页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,协议栈应用程序开发,TI,企业为用户提供了,ZigBee,联盟认证全方面兼容,IEEE802.15.4,协议规范和,ZigBeeTM,协议规范协议栈源代码和开发文档。该文档能够从,TI,企业官网,Embedded Workbench IDE,上进行开发。,采取,Z-Stack,版本为,ZStack-1.4.3-1.2.1,，这个版本对应,CC2430,ZigBee,协议栈，在,IAR EW8051 7.3B,版本集成开发环境上开发。,物联网应用系统开发概述,第39页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,IAR EW8051,开发界面,物联网应用系统开发概述,第40页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,Z-Stack,工作过程,物联网应用系统开发概述,第41页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,Z-Stack,应用程序开发流程,物联网应用系统开发概述,第42页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,IAR,工程界面,物联网应用系统开发概述,第43页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,添加头文件,sht10.h,物联网应用系统开发概述,第44页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,湿度测量和测量结果传输,物联网应用系统开发概述,第45页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,上位机程序开发,上位机程序开发可采取各种编程语言，比如,C#,、,Java,、,C+,、,VB.net,等，这里介绍采取,VB.net,编写上位机程序。协调器作为信息汇聚点，收到,ZigBee,网络中传感控制节点信息后，经过串口或以太网口将信息发送给,PC,（上位机）。,协调器发送,接收串口数据格式,标志,长度,数据,校验和,接收数据对象,网络地址,数据对象,命令标识,数据,低字节,高字节,低字节,高字节,数据负荷长度,数据负荷,物联网应用系统开发概述,第46页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,协调器发送获取环境温度数据格式,标志,长度,串口接收对象,网络地址,数据对象,命令标识,数据负荷长度,校验位,低位,高位,低位,高位,02,07,CB,01,00,D3,00,36,00,2A,数据发送开始,数据帧长度,协调器,网络短地址地位,网络短地址高位,传感控制节点,表示读取温度命令,表示读取温度命令,发送命令数据长度为0,校验位,物联网应用系统开发概述,第47页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,返回数据格式,标志,长度,串口接收对象,网络地址,数据对象,命令标识,数据负荷长度,数数据负荷,校验位,低位,高位,低位,高位,低位,高位,02,09,CB,01,00,D3,00,36,02,CC7,116,F5,数据发送开始,数据帧长度,协调器,网络短地址,传感控制节点,表示读取温度命令,接收到信息数据长度为02,温度值（十六进制表示）,校验位,物联网应用系统开发概述,第48页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,上位机程序开发,假如是经过串口收发数据，,PC,机程序需要包含串口打开、串口数据接收和发送程序。,物联网应用系统开发概述,第49页,串口打开程序,Private Sub openPort(),If SerialPort1.IsOpen=True Then,MsgBox(,串口已经打开,vbOKOnly,提醒,),bt_init.Enabled=True,Exit Sub,End If,With Me.SerialPort1,.PortName=serialPortName,.BaudRate=serialBaudRate ,波特率,.Parity=IO.Ports.Parity.None,奇偶校验,.StopBits=serialStopBits ,停顿位,.DataBits=serialDataBits ,数据位,.WriteTimeout=serialTimeout,End With,Try,If SerialPort1.IsOpen=False Then,SerialPort1.Open(),bt_init.Enabled=True,End If,MsgBox(,串口打开成功,vbOKOnly,提醒,),Catch ex As Exception,bt_boot.Enabled=True,MsgBox(,串口打开失败,vbOKOnly,提醒,),End Try,End Sub,物联网应用系统开发概述,第50页,串口数据发送和接收程序,Private Sub SerialPort1_DataReceived(ByVal sender As Object,ByVal e As System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs)Handles SerialPort1.DataReceived,触发,-,串口收到数据,On Error Resume Next,txtDataReceived.Invoke(New myDelegate(AddressOf updateTextBox),New Object(),End Sub,Public Delegate Sub myDelegate(),Public Sub updateTextBox(),If isAscii=1 Then ,字符,txtDataReceived.AppendText(SerialPort1.ReadExisting&vbCrLf),Else 16,进制,Dim iReceivedbytes As Integer,i As Integer,Dim strReceiveBytes As String,Dim bReadByte()As Byte,iReceivedbytes=SerialPort1.BytesToRead buffer,中全部字节数,ReDim bReadByte(iReceivedbytes-1),If m_bStopDisp=False Then,SerialPort1.Read(bReadByte,0,iReceivedbytes),For i=0 To iReceivedbytes-1,strReceiveBytes=Hex(bReadByte(i),txtDataReceived.AppendText(IIf(Len(strReceiveBytes)1,strReceiveBytes,0&strReceiveBytes)&returnGap),Next,End If,txtDataReceived.ScrollToCaret(),txtRec.ScrollToCaret(),End Sub,物联网应用系统开发概述,第51页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,将接收到数据进行数据帧解析处理后，提取有效数据负荷，再用上面列出温度、湿度计算公式进行计算，最终把温湿度信息采集结果显示出来。,物联网应用系统开发概述,第52页,6.3,传感器网络开发,6.3.2 项目案例-孵化室温度监控系统,温度采集测试结果,物联网应用系统开发概述,第53页,6.4,本章小结,本章主要针对物联网应用系统开发作详细介绍，首先对物联网应用系统设计开发技术进行概述，然后分别经过讲解,RFID,和传感网两个实际案例开发，使大家熟悉物联网应用系统开发方法和流程。,物联网应用系统开发概述,第54页,欢迎使用,物联网应用技术导论,教材,ISBN 978-7-89436-113-4,东软电子出版社,欢迎加入本教材使用交流群,群号,:87403542,Thank you,物联网应用系统开发概述,第55页,