物联网255

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物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发第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6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发6.2.2RFID读写程序设计6.2.3PC机端程序设计6.2.4项目案例—图书馆管理系统6.3传感器网络的开发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技术导论第6章物联网应用系统开发6.1物联网应用系统开发概述对于物联网应用，涉及到感知与识别技术、通信与组网技术和信息处理与控制服务技术等，总的来说主要包括以下几方面：•物联网基础技术物联网基础技术主要包括嵌入式智能技术、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括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涉及到的安全问题包括感知识别技术安全性、相关信息传输的安全性、信息保密及隐私性、物联网业务安全性。物联网应用技术导论第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•感知层设计：感知层的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。物联网应用技术导论第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•数据传输层设计：数据传输层是物联网实现物与物、人与物的相连接的关键。数据传输层的设计主要考虑数据传输的方式、数据量、传输速度、传输距离，选择合适传输和通信网络的协议。物联网应用技术导论第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•应用层设计：应用层的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，其主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件的触发控制等。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成•由于各个学科、专业领域的技术交叉融合和应用，物联网应用系统设计、开发的方法以及可以应用的技术种类繁多，而要实现一个功能完备、使用方便舒适、高效、安全的物联网系统，则需要进行系统集成。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成•物联网应用系统的系统集成是指通过结构化、合理化的感知、识别技术和数据信息传输的通信、网络系统以及信息处理控制技术，将各个分离的设备（如基站、个人电脑、智能终端）、功能（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量）等集成到相互关联的、统一和协调的物联网系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，使系统性能最优。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.1物联网应用系统开发概述6.1.2物联网应用系统集成•一个物联网系统集成例子---智能社区系统的集成家庭社区智能网关WSNWSNRFIDGPS摄像头摄像头门磁智能网关通信服务器计量表智慧社区应用系统社区局域网智能终端物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发•典型RFID应用系统框图计算机或其他控制器网络/串口RFID读写器RFID标签TRTR物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发•RFID的基本通信原理读写器标签对外通信接口能量时序数据物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发RFID系统的开发设计一般可分为以下几个工作：•需求分析•系统的总体方案设计•系统性能指标分析物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID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播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，由于它已经和RFID标签集成为一体，因此不再单独讨论。另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发天线应有以下功能：•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的电磁开放系统，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的方向上，或对确定方向的来波最大限度的接受，即方向具有方向性。•天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。•天线应有足够的工作频带。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发天线设计需要考虑以下几个重要参数•天线的效率•天线的阻抗•天线的极化•天线的方向性•频带宽度物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发RFID电子标签的组成芯片天线物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发标签IC芯片电路设计框图AC/DC装换器功率控制解码器解码器调节器命令序列EEPROM内存标签天线连接物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发读写器•读写器的功能首先是激活标签，对于被动和半主动标签，读写器提供必要的能量激活在读写器读写范围内的标签，并读取存储在电子标签中的数据。对于可读可写的RFID系统，读写器不仅要从标签读出数据，也能将数据写入到标签内。•读写器不仅与标签进行通信，而且要与主机通信，以此实现RFID电子标签与上位机之间的数据传输。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.1RFID硬件部分开发读写器的硬件组成框图信号处理与控制模块高频接口接收信号发射信号天线向外界传送数据或接受物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计RFID的标签读写程序流程图上电复位通过初始化等待命令发送请求防冲突选择标签验证读写标签读写成功中止NYNY物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID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互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别区域的所有标签，大大提高系统效率。•防碰撞有硬件方式和软件方式，考虑成本，一般采用软件防碰撞方式。•防碰撞策略•空分多路（SDMA）法•频分多路（FDMA）法•时分多路（TDMA）法物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计防碰撞算法•Aloha算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言的方式，当标签进入读写器的识别区域内就自动向读写器发送其自身的ID号，在标签发送数据的过程中,若有其他标签也在发送数据,那么发生信号重叠导致完全冲突或部分冲突，读写器检测判断接收到的信号有无冲突，如果发生冲突，读写器就发送命令让标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID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算法物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计二进制树算法•二进制树防冲突算法的基本思想是将处于冲突的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中的所有标签，再按此步骤查询子集1。000000001011物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.2RFID读写程序设计二进制搜索树算法流程开始是否产生碰撞？结束YN确定阅读器作用范围内标签数目n阅读器第i次发送请求序列标签对请求序列与自己的序列号进行比较，符合要求的标签同步发送自己的序列号选定标签，建立通路，交换数据数据传送完毕？对传完数据的标签进行灭活处理N=1?NYYNi=i+1n=n-1物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID应用系统开发6.2.3PC机端程序设计PC机端软件程序流程登陆运行主程序初始化主界面打开串口连接读写器成功与否？读卡写卡断开连接退出系统数据库管理窗口添加删除修改物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID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技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID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LCD显示RI-R6C-001A232串口串行通信模块LCD显示模块射频模块MCU物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID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开始初始化完成？否VICC有无响应否是是分解序列得到卡号卡号通过串口上传至PC序列收完是否物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID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开始ASIC初始化完成？LCD初始化完成？结束否否是是物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.2RFID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开始系统初始化选择串口并打开串口以打开？数据库显示与读写器数据交互是否查询修改添加录入与输入录入与输入物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络的开发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的传感器网络应用系统的开发主要是硬件开发，包括协调器、路由器、传感节点和控制节点的开发；以及软件开发，包括协议栈应用程序、上位机程序的开发。•下面的案例介绍基于片上系统和Z-Stack的无线传感器网络应用系统的开发。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络的开发6.3.2项目案例—孵化室温度监控系统•项目需求：由于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，就调节空调进行控制。•采用基于ZigBee的无线传感器网络的监控系统，具有低功耗、低成本、可移动、高可靠的优点。•孵化室内温湿度监控系统的目的是通过无线传感器网络中的传感控制节点将环境中的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，以达到对室内环境中温湿度变化监测和控制的要求。物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络的开发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。•协调器芯片采用TI公司的片上系统CC2430。以太网模块串口模块指示灯CC2430SoC电源物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络的开发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，传感控制节点采用ZigBee射频模块加传感或控制电路模块形式。接口电路驱动电路电源指示灯CC2430SoC接口电路无线灯控电动窗帘空调设置排气扇燃气传感器烟雾传感器照度传感器红外感应求助按键温湿度物联网应用技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络的开发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技术导论第6章物联网应用系统开发6.3传感器网络