簡介：北京革新創(chuàng)展科技有限公司提供的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)對智能傳感器采集、ZigBee組網(wǎng)、WIFI組網(wǎng)、雙模藍(lán)牙組網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、異構(gòu)多網(wǎng)融合、MQTT消息隊列遙測傳輸?shù)燃夹g(shù)的實驗學(xué)習(xí)。可以完成智能家居、智能農(nóng)業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)典型行業(yè)應(yīng)用實訓(xùn)。通過學(xué)習(xí)，可以將物聯(lián)網(wǎng)各種基礎(chǔ)知識進(jìn)行綜合應(yīng)用達(dá)到融會貫通。

1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在技術(shù)架構(gòu)上，物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)平臺包含完整的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

2 . 系統(tǒng)介紹
北京革新創(chuàng)展科技有限公司物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)是一款綜合物聯(lián)網(wǎng)各項知識點(diǎn)，集成各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例的實驗實訓(xùn)設(shè)備。宏觀上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。采用模塊化設(shè)計，包含各種傳感器執(zhí)行器、嵌入式網(wǎng)關(guān)、各種通信節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分清晰。所有節(jié)點(diǎn)設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器等均可以無縫組合。內(nèi)嵌控制系統(tǒng)、LAN網(wǎng)絡(luò)、多網(wǎng)融合系統(tǒng)等，為學(xué)生實驗提供設(shè)備的開發(fā)、接線、調(diào)試與操作平臺。
物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)支持多個物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程的教學(xué)，課程的范圍涵蓋傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)、基礎(chǔ)嵌入式開發(fā)等課程，同時也囊括了智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用等課程。

3．系統(tǒng)構(gòu)成
北京革新創(chuàng)展科技有限公司物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)對智能傳感器采集、ZigBee組網(wǎng)、WIFI組網(wǎng)、雙模藍(lán)牙組網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、異構(gòu)多網(wǎng)融合、MQTT消息隊列遙測傳輸?shù)燃夹g(shù)的實驗學(xué)習(xí)。可以完成智能家居、智能農(nóng)業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)典型行業(yè)應(yīng)用實訓(xùn)。可以將物聯(lián)網(wǎng)各種基礎(chǔ)知識進(jìn)行綜合應(yīng)用達(dá)到融會貫通。
3.1 主要功能模塊
(1)異構(gòu)多網(wǎng)融合組件
物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)多網(wǎng)融合嵌入式網(wǎng)關(guān)基于TI公司32位ARM Cortex-M4內(nèi)核, 主頻120MHz, 內(nèi)置CRC、AES、DES、SHA/MD5硬件安全單元;
內(nèi)置Zigbee通信模塊，支持Zigbee協(xié)議規(guī)范，內(nèi)置Z-Stack協(xié)議棧，可實現(xiàn)Zigbee自組網(wǎng)，支持星狀網(wǎng)、MESH網(wǎng)。內(nèi)置低功耗WIFI通信模塊，支持IEEE 802.11b/g/n協(xié)議；內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧：工業(yè)級BSD Socket API，同時支持8路TCP或者UDP Socket通信，同時支持2路TLS和SSL Socket通信。支持WIFI Station、WIFI AP和WiFi直連模式.支持SmartConfig、WPS2快速連接技術(shù)。內(nèi)置雙模藍(lán)牙通信模塊，支持典型藍(lán)牙2.0BR/EDR協(xié)議規(guī)范，同時支持低功耗藍(lán)牙4.0BLE協(xié)議規(guī)范，內(nèi)置藍(lán)牙協(xié)議棧，支持多種藍(lán)牙Profile。內(nèi)置無線無源雙向通信通信模塊，工作頻段868.3MHz，遵循ISO/IEC 14543-3-10協(xié)議，提供雙向無線接口，同時也提供雙向串行接口，符合EnOcean協(xié)議規(guī)范。
集成RS485通信模塊，可實現(xiàn)RS485工業(yè)總線設(shè)備接入；集成CAN總線通信模塊，支持CAN總線設(shè)備接入；集成RS232模塊，支持設(shè)備串口調(diào)試及外接設(shè)備；集成以太網(wǎng)通信模塊，方便接入互聯(lián)網(wǎng)。同時支持串口和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳。
(2)Zigbee無線傳感網(wǎng)組件
采用TI CC2538實現(xiàn)，ARM Cortex M3處理器，32MHz主頻，遵循Zigbee協(xié)議規(guī)范，內(nèi)置Z-Stack協(xié)議棧，可實現(xiàn)Zigbee自組網(wǎng)，支持星狀網(wǎng)、MESH網(wǎng)。集成RFX2401C功率放大器 +22dBm 輸出功率；集成低噪聲放大器 ，板載三個單色LED指示燈，板載兩個功能按鍵一個復(fù)位按鍵。板載IPX外接天線底座，板載PCB天線。
板載段式LCD屏、板載3個RGB LED指示燈、板載四個擴(kuò)展功能按鍵、板載1個JoyStick搖桿按鍵、板載CH340 USB轉(zhuǎn)串口模塊；板載2組2*20管腳IO接口，包含ADC、I2C、SPI、UART等總線的擴(kuò)展接口，可擴(kuò)展傳感器模塊及其他模塊。
(3)雙模藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)組件
雙模藍(lán)牙通信，采用MCU+RF芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，MCU采用TI TM4C123G ，32位ARM Cortex-M4 80MHz主頻，射頻采用2.4GHz雙模藍(lán)牙Smart Ready控制器CC2564；同時支持藍(lán)牙2.0和藍(lán)牙4.0協(xié)議，集成了基本速率(BR) / 增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率 (EDR) / 低功耗 (LE)并且與藍(lán)牙 4.0 技術(shù)規(guī)范（直到 HCI 層）兼容。BR/EDR特性支持七個激活器件，BLE特性支持6 個同步連接；板載陶瓷天線。
板載3個單色LED指示燈，板載兩個功能按鍵及一個復(fù)位按鍵；板載段式LCD屏，板載3個RGB LED指示燈，板載四個擴(kuò)展功能按鍵，板載1個JoyStick搖桿按鍵，板載CH340 USB轉(zhuǎn)串口模塊。板載2組2*20管腳IO接口，包含ADC、I2C、SPI、UART等總線的擴(kuò)展接口，可擴(kuò)展傳感器模塊及其他模塊。
(4)低功耗WIFI網(wǎng)絡(luò)組件
采用TI CC3200控制器，內(nèi)置80MHz ARM Cortex-M4內(nèi)核和2.4GHz WiFi射頻單元, 支持IEEE 802.11 b/g/n協(xié)議，支持WEP/WPA/WPA2。支持WIFI基站、WIFI訪問點(diǎn)和 Wi-Fi 直接模式。內(nèi)置AES、DES、3DES、SHA2、MD5、CRC等硬件加密引擎; 內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧：工業(yè)級BSD Socket API，同時支持8路TCP或者UDP Socket通信，同時支持2路TLS和SSL Socket通信。支持SmartConfig、WPS2快速連接技術(shù)。板載2個單色LED指示燈，板載兩個功能按鍵一個復(fù)位按鍵，板載一個RGB 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈，內(nèi)置FTDI調(diào)試器，無需仿真器即可在線調(diào)試仿真下載程序。
板載段式LCD屏、板載3個RGB LED指示燈、板載四個擴(kuò)展功能按鍵、板載1個JoyStick搖桿按鍵、板載CH340 USB轉(zhuǎn)串口模塊；板載2組2*20管腳IO接口，包含ADC、I2C、SPI、UART等總線的擴(kuò)展接口，可擴(kuò)展傳感器模塊及其他模塊。
(5)無線無源網(wǎng)絡(luò)組件
超低功耗無線無源環(huán)境能量獲取技術(shù)模塊,采用MCU+RF射頻的結(jié)構(gòu)設(shè)計，基于環(huán)境能量獲取技術(shù)實現(xiàn)傳感采集與通信。TI TM4C123G 80MHz主頻32位ARM Cortex-M4. 無線無源射頻部分采用EnOcean公司TCM310F模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)EnOcean系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)功能。符合ISO/IEC 14543-3-10標(biāo)準(zhǔn)。工作頻率868 MHz,提供了雙向的無線接口，同時也提供了雙向的串行接口。能夠連接多達(dá)15個使用Smart Ack功能的雙向傳感器。板載段式LCD屏、RGB LED指示燈、功能按鍵、JoyStick搖桿按鍵，板載CH340 USB轉(zhuǎn)串口模塊。
(6)智能傳感器組件
包含多個智能傳感器模塊，每個智能傳感器模塊均內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，系統(tǒng)自動監(jiān)測傳感器身份及數(shù)據(jù)類型。
1)溫濕度檢測傳感器： I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，高精度數(shù)字輸出，濕度檢測范圍0％RH～100％RH，精度±4.5 %RH，溫度監(jiān)測范圍0℃～50℃精度±0.5 °C，濕度漂移≤0.5%RH/yr，溫度漂移≤0.04℃/yr，濕度響應(yīng)時間3s，溫度響應(yīng)時間3-20s
2)光強(qiáng)檢測傳感器：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，高精度數(shù)字輸出，光源依賴性弱，峰值靈敏度波長560nm，受紅外線影響很小，量程1 - 65535 lx，0.5lx高精度測量耗時120ms~180ms，1lx標(biāo)準(zhǔn)測量耗時120ms~180ms，4lx低精度測量耗時16ms~24ms
3)三軸加速度傳感器：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，高精度數(shù)字輸出，水平檢測運(yùn)動識別，5000g抗沖擊，測量范圍±8g，靈敏度64計數(shù) / g，XY帶寬6kHz Z帶寬3.4kHz
4)超聲波傳感器：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，測量角度15°，探測距離2cm-180cm；精度可達(dá)0.3cm
5)繼電器控制模塊：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，觸點(diǎn)形式1H/1Z；最大切換電壓：277VAC/30VDC；最大切換電流：1H 15A /1Z 10A；機(jī)械耐久性：1×107次；電耐久性1×105次（常開觸點(diǎn)，7A 250VAC）；5×104次（常開觸點(diǎn)，10A 250VAC）；絕緣電阻：100MΩ；觸點(diǎn)與線圈間介質(zhì)耐壓1500VAC/1min；斷開觸點(diǎn)間介質(zhì)耐壓750VAC /1min；動作時間10ms；釋放時間5ms
6)煙霧檢測傳感器模塊：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，模擬信號輸出，加熱功耗≤900mW；探測濃度范圍100ppm-20000ppm；標(biāo)準(zhǔn)工作溫度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V；工作濕度65%±5%Vh:5.0V±0.1V；靈敏度R0(air)/RS (0.1%CH4)＞5；預(yù)熱時間< 20s；響應(yīng)時間< 10s；恢復(fù)時間< 30s
7)酒精檢測傳感器模塊：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，模擬信號輸出，測量范圍10-1000ppm（Alcohol）；加熱電壓5.0V±0.2V；加熱電阻31Ω±3Ω；加熱功耗≤900mW；響應(yīng)時間< 10s；恢復(fù)時間< 30s；斜率200ppm/1v
8)熱釋電檢測傳感器模塊：I2C總線通信，內(nèi)置身份識別系統(tǒng)，板載存儲器，被動式熱釋電紅外探測器，響應(yīng)時間3～30s；感應(yīng)距離<7米；電壓輸出型；延時時間 0.5-200S可調(diào)；封鎖時間2.5S；感應(yīng)角度<100°錐角

3.2 系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件采用MQTT消息隊列遙測傳輸技術(shù)，可以以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的形式展示實訓(xùn)臺中的WIFI、藍(lán)牙、Zigbee和無線無源4種通信方式的組網(wǎng)功能；可以以圖形化的界面展示了各種傳感器的數(shù)據(jù)采集以及被控對象控制功能。同時支持MQTT協(xié)議和串口協(xié)議方式通信。設(shè)計開放、簡單、輕量、易于實現(xiàn)。使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息分發(fā)，解除應(yīng)用程序之間的耦合。當(dāng)實訓(xùn)臺中的智能網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)通信時，按照網(wǎng)關(guān)連接的MQTT代理軟件的網(wǎng)絡(luò)位置，可以使實訓(xùn)臺中各種節(jié)點(diǎn)和傳感器管理監(jiān)控方式在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間靈活的切換。內(nèi)嵌智能家居系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)等應(yīng)用，可實現(xiàn)家居環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、家電手動和自動控制、安防報警、農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測以及自動調(diào)節(jié)等功能；各種應(yīng)用系統(tǒng)智能識別通信方式，同時支持串口、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)免配置連接通信。具有節(jié)點(diǎn)云、局域云、廣域云三層物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)。

3.3 教學(xué)實驗資源
（1）無線傳感網(wǎng)課程：
?Cortex-M3開發(fā)基礎(chǔ)實驗
?IAR工程建立實驗
?LED-Blinky實驗
?LCD顯示控制實驗
?GPIO中斷實驗
?ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器實驗
?Timer定時器實驗
?睡眠模式實驗
?UART串口通信實驗
?SPI接口實驗
?UART轉(zhuǎn)USB實驗
?RF基礎(chǔ)開發(fā)實驗
?點(diǎn)對點(diǎn)通信實驗
?發(fā)射功率設(shè)置實驗
?無線信道設(shè)置實驗
?無線監(jiān)聽實驗
?應(yīng)答ACK實驗
?Z-Stack無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實驗
?星狀網(wǎng)自動組網(wǎng)實驗
?MESH網(wǎng)自動組網(wǎng)實驗
?Zigbee組應(yīng)用實驗
?綁定的簡單應(yīng)用實驗
?網(wǎng)絡(luò)采集控制實驗
（2）智能傳感器課程：
入門實驗
?智能傳感器底板LED Blinky實驗
?無線模塊識別實驗
?單個傳感器實驗
?數(shù)字溫濕度傳感器實驗
?數(shù)字光強(qiáng)度傳感器實驗
?數(shù)字三軸加速度傳感器實驗
?數(shù)字大氣壓傳感器實驗
?數(shù)字九軸傳感器實驗
?兩通道電壓輸出傳感器實驗
?超聲波測距傳感器實驗
?兩通道繼電器輸出模塊實驗
?人體熱釋電紅外傳感器實驗
?紅外光電計數(shù)傳感器實驗
?位移傳感器實驗
?二氧化碳傳感器實驗
?酒精傳感器實驗
?煙霧傳感器實驗
?觸力傳感器實驗
?霍爾傳感器實驗
?電流檢測傳感器實驗
?電壓檢測傳感器實驗
?心率檢測傳感器實驗
?DB9串口擴(kuò)展模塊通信實驗
?GPS定位擴(kuò)展模塊實驗
?MP3擴(kuò)展模塊音頻播放實驗
（3）WIFI組網(wǎng)課程：
Cortex-M4基礎(chǔ)開發(fā)實驗
?IAR工程建立實驗
?LEDBlinky實驗
?I2C接口實驗
?外部中斷實驗
?ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器實驗
?定時器實驗
?UART接口通信實驗
?SPI接口通信實驗
?UART轉(zhuǎn)USB接口實驗
?WiFi網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用入門
?WIFI連接策略實驗
?WLAN Station入門實驗
?WLAN AP 入門實驗
?WiFi收發(fā)器模式實驗
?WiFi網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)應(yīng)用
?TCP Server實驗
?TCP Server實驗
?TCP Client實驗
?WiFi高級網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
?SmartConfig實驗
?WPS實驗
?HTTP Server實驗
?基于Android的三軸加速度傳感器實驗
?基于Android的氣壓傳感器實驗
?基于Android的溫濕度傳感器實驗
?基于Andorid的光照度傳感器實驗
（4）藍(lán)牙組網(wǎng)課程：
Cortex-M4基礎(chǔ)開發(fā)實驗
?IAR工程建立實驗
?LED-Blinky實驗
?看門狗實驗
?I2C接口LCD實驗
?GPIO外部中斷實驗
?ADC采集實驗
?定時器實驗
?冬眠模式及喚醒實驗
?UART接口實驗
?SPI接口實驗
?UART轉(zhuǎn)USB實驗
?Bluetooth協(xié)議Profile相關(guān)實驗
?ANP Demo相關(guān)實驗
?HID Demo相關(guān)實驗
?HRP Demo相關(guān)實驗
?HTP Demo相關(guān)實驗
?PASP Demo相關(guān)實驗
?SPP Demo相關(guān)實驗
?SPPLE Demo相關(guān)實驗
（5）無線無源組網(wǎng)課程：
Cortex-M4基礎(chǔ)開發(fā)實驗
?IAR工程建立實驗
?LED-Blinky實驗
?I2C接口LCD實驗
?GPIO中斷實驗
?ADC采集實驗
?定時器實驗
?UART接口實驗
?SPI接口實驗
?UART轉(zhuǎn)USB實驗
?EnOcean相關(guān)實驗
（6）物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實訓(xùn)：
MQTT云端采集控制
?智能家居系統(tǒng)
?智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)
?智能燈光控制系統(tǒng)
?智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)