一、平台简介 ZYWL-PV6B型
无线传感网全功能实验箱集成WiFi、Bluetooth、IEEE802.15.4、ZigBee等多种短距离无线通讯模块，*大亮点是将6LowPAN(IPv6)互联网协议移植到传感网应用层中，与ZigBee传感网使用的ZStack协议栈并存，共同支持双协议栈，实现传感器节点可唯一寻址。采用三星Cortex-A9 S5P4418四核处理器作为智能网关，支持6LowPAN和ZStack双协议解析，具有1GB内存、8GB大容量存储空间、7寸电容触摸显示屏、丰富的外围接口，可板载GPS定位、WIFI/BT二合一通讯、4G移动通讯等多种模块，内嵌Android、Linux双系统，可一键切换。方便学校开展各种传感器及通讯知识的教授、嵌入式系统开发和Android应用开发。系统提供丰富的实验例程和实验手册，能够满足无线传感器网络、微控制器原理、嵌入式系统开发、Android移动应用开发等课程的教学与实践。
二、平台功能各个传感器节点具有监测环境参数或设备驱动控制的功能；
传感器节点可组建WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4三种无线网络，通过Contiki操作系统和IPv6协议，实现采样数据的无线传输；
传感器节点可组建ZigBee无线网络，实现数据的无线传输；
网关与节点具有CoAP应用协议通信的功能；
网关应用软件通过CoAP服务和串口服务，将WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4、以及ZigBee感控节点数据解析处理，在网关的Mesh拓扑图中实时流动地显示传感器数据的上、下行走向；
|
多网融合MeshTop图
|
ZigBee组网拓扑图
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网关应用软件展示的传感器节点，可随意拖动，不会影响网络的拓扑结构和数据流向。
可在拓扑图中点击任一种传感器节点，进入下一级界面，查看当前传感器节点的采样数值、曲线形式展示，或控制设备开关状态。
温湿度节点采样曲线展示
红外对射传感器的状态监测
适合多种物联网课程：可满足智能传感器、无线传感器网络、嵌入式系统、物联网移动应用开发等课程实验。
多网融合：引入蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4多种组网方式，多网融合，统一采用IPv6协议标准，COAP应用通信协议；同时提供ZigBee组网。
身份唯一：WiFi、蓝牙、IEEE802.15.4传感器节点统一采用IPv6协议组网通信，具有唯一的网络地址。
结构统一：蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4等节点统一采用Cortex-M3嵌入式处理器、Contiki操作系统和6Lowpan IPv6协议实现无线数据传输。ZigBee节点采用CC2530同时担当传感器采集与无线通信。所有节点采用处理器模块、无线通信模块、传感器模块与底板统一插拔连接的形式，每个节点自带OLED屏显示网络信息、组网状态、以及传感器采样数值。结构如图所示。
实验箱的组成结构示意图
类型丰富：支持温湿度检测、光强检测、三轴加速度、烟雾检测、热释红外检测、霍尔检测、气压检测、接近检测、结露、超声波、酒精检测、继电器控制、声光控制、数码管显示等多种感控节点。
一键切换：网关支持Android和Linux双系统，一次烧写，一键切换，默认运行Android系统。减少烧写系统消耗的时间，方便不同兴趣的用户快速进入开发状态。
拓扑展示：以拓扑图形式展示节点与网关服务的连接关系，实时流动地显示传感器数据的上行、下行走向。
四、课程实验4.1 单片机与传感器
| 实验类型 |
典型实验名称 |
| CC2530接口外设 |
实验一、CC2530简介及开发环境的搭建
实验二、通用IO端口应用——控制LED灯点亮实验
实验三、通用IO端口应用——按键控制LED灯点亮实验
实验四、外部中断应用——按键控制LED灯点亮实验 |
实验五、定时计数器T1应用——定时控制LED闪烁
实验六、定时计数器T3应用——中断控制LED闪烁实验实验七、串口的接收和发送实验
实验八、睡眠定时器的实验
实验九、看门狗实验 |
| CC2530传感器 |
实验一、光敏传感器实验
实验二、结露传感器实验
实验三、可燃气体传感器实验
实验四、温湿度实验
实验五、光线实验 |
实验六、数字气压实验
实验七、三轴加速度传感器实验
实验八、继电器控制实验
实验九、LED蜂鸣器实验
实验十、火焰传感器检测 |
| STM32微控制器接口外设 |
实验一、Led闪烁控制实验
实验二、按键检测实验
实验三、串口通信实验
实验四、systick延时实验
实验五、IIC OLED实验
实验六、RTC实验 |
实验七、IWDG独立看门狗实验
实验八、WWDG窗口看门狗实验
实验九、定时器实验
实验十、STM32内部温度传感器实验
实验十一、STM32的DMA的实验 |
| STM32传感器采集控制 |
实验一、光敏传感器实验
实验二、温湿度传感器实验
实验三、三轴加速度传感器实验
实验四、霍尔检测实验
实验五、红外对射传感器实验
实验六、烟雾传感器实验 |
实验七、LED蜂鸣器传感器实验
实验八、继电器控制实验
实验九、双数码显示实验
实验十、红外接近传感器检测
实验十一、大气压力传感器检测
实验十二、结露传感器检测 |
4.2 无线传感网实验
| 实验类型 |
典型实验名称 |
| CC2530无线射频通讯 |
实验一、点对点通信实验
实验二、广播通信实验
实验三、RSSI信号强度实验 |
实验四、空中信道监听实验
实验五、无线遥控实验 |
| ZStack协议栈 |
实验一、ZStack协议栈工程解析
实验二、多点自组网
实验三、信息广播/组播
实验四、网络拓扑实验-星型网 |
实验五、网络拓扑实验-网状网
实验六、ZStack绑定实验
实验七、ZStack串口应用
实验八、温湿度传感器采集传输 |
| Wifi组网 |
实验一、WiFi AT命令配置实验
实验二、WiFi AT命令配置STA实验
实验三、WiFi AT命令配置AP实验
实验四、WiFi AT命令配置STA+AP实验 |
实验五、WiFi RSSI强度实验
实验六、WiFi STA客户端模式实验
实验七、WiFi STA服务器模式实验
实验八、WiFi Socket编程通信实验 |
| 蓝牙组网 |
实验一、蓝牙技术简介
实验二、蓝牙工作原理
实验三、蓝牙AT 指令简介 |
实验四、蓝牙模块配置
实验五、STM32配置蓝牙透传实验 |
| RPL802.15.4组网 |
实验一、CC2530模块简介
实验二、802.15.4协议简介
实验三、SLIP协议简介 |
实验四、PAN ID、CHANNEL简介
实验五、CC2530模块单体测试实验
实验六、CC2530模块结合测试实验 |
4.3 基于IPV6的Contiki多网融合实验
| 基于STM32的Contiki-IPv6移植实验 |
实验一、ContikiOS系统移植
实验二、LED控制
实验三、Contiki多线程
实验四、Contiki进程间通信 |
实验五、按键位检测
实验六、定时器使用
实验七、OLED显示 |
| 基于IPv6的组网实验 |
实验一、Contiki网络工程解析
实验二、IPv6网关实验
实验三、WIFI 节点IPv6组网实验
实验四、蓝牙节点IPv6组网实验 |
实验五、RPL802.15.4 IPv6组网实验
实验六、节点间IPv6-UDP通信实验
实验七、节点间IPv6-TCP通信实验 |
4.4 IPv6网关综合实验
| IPv6网关综合实验 |
实验一、IPv6协议的多网融合框架
实验二、传感器FTBee数据通信协议
实验三、基于UDP传感器信息采集实验 |
实验四、基于COAP传感器数据采集和设备控制实验
实验五、IPv6网络拓扑综合实验 |
五、配置清单
| 序号 |
名称 |
数量 |
备注 |
| 1 |
Cortex-A9网关 |
1 |
|
| 2 |
网关IO基础扩展板 |
1 |
|
| 3 |
三路继电器模块 |
1 |
|
| 4 |
ZigBee协调器 |
1 |
|
| 5 |
IEEE802.15.4主机 |
1 |
|
| 6 |
Cortex-M3核心板(IPv6协议) |
9 |
|
| 7 |
CC2530主控底板 |
3 |
|
| 8 |
蓝牙通信模块 |
3 |
|
| 9 |
WiFi通信模块 |
3 |
|
| 10 |
IEEE802.15.4通信模块 |
3 |
|
| 11 |
ZigBee通信模块 |
3 |
|
| 12 |
继电器控制模块 |
1 |
|
| 13 |
红外对射传感器模块 |
1 |
|
| 14 |
烟雾传感器模块 |
1 |
|
| 15 |
双数码管显示控制模块 |
1 |
|
| 16 |
温湿度传感器模块 |
1 |
|
| 17 |
光敏传感器模块 |
1 |
|
| 18 |
LED蜂鸣器控制模块 |
1 |
|
| 19 |
霍尔传感器模块 |
1 |
|
| 20 |
三轴加速度传感器模块 |
1 |
|
| 21 |
红外接近传感器模块 |
1 |
|
| 22 |
大气压力传感器模块 |
1 |
|
| 23 |
结露传感器模块 |
1 |
|
| 24 |
智能网关Android网络拓扑综合软件 |
1 |
|
| 25 |
基于IPv6的无线传感网综合应用软件 |
1 |
|
| 26 |
ZigBee无线传输应用软件 |
1 |
|
| 27 |
DC5V3A开关电源 |
1 |
|
| 28 |
交叉串口线 |
1 |
|
| 29 |
交叉网线 |
1 |
|
| 30 |
Mini USB数据线 |
1 |
|
| 31 |
方口USB同步线 |
1 |
|
| 32 |
CC2530 Debugger调试器 |
1 |
|
| 33 |
TF卡读写器 |
1 |
|
| 34 |
8G TF card |
1 |
|
| 35 |
USB转串口线 |
1 |
|
| 36 |
J-link仿真器 |
1 |
|
| 37 |
程序下载调试板V1.0 |
1 |
|
六、技术指标6.1 标配参数
| 货物名称 |
型号 |
指标参数 |
| 无线传感网全功能实验箱 |
LGWL-PV6B |
一、整体要求
1）能够满足单片机接口及应用、传感器接口及应用、无线传感网、嵌入式操作系统开发、嵌入式Linux应用开发、Android移动应用开发等课程要求。
2）能够组建蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4、ZigBee四种无线网络，实现数据的无线传输；
3）能够将蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4无线网络经IPV6协议、Zigbee节点经ZStack协议融合在一个拓扑图中，在界面上显示蓝牙、WiFi、RPL802.15.4、ZigBee等节点的传感器数据或执行器状态，并实时流动地显示各个传感器数据的上、下行走向；
4）要求蓝牙、WiFi、IEEE802.15.4三种传感器节点均具有唯一的IPv6地址，统一采用IPv6协议组包通信。
5）要求网关支持Linux、Android双操作系统，支持一键烧写、一键切换。
6）要求在保证网关接入互联网的前提下，能够配置接入云服务平台，并实现移动端传感器数据的采集显示和执行器的远程控制。
二、硬件资源
1.Cortex-A9网关（1个）
1）核心板资源：
（1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主频1.4GHz；
（2）GPU：MAIL-400，3D图形加速
（3）内存: 1GB DDR3；
（4）EMMC: 8GB；
（5）核心板+底板设计：核心板加装屏蔽罩，邮票孔方式与底板连接，抗干扰能力更强，比插针式更稳定可靠。要求引出核心板信号线，不少于188PIN。
2）网关主板资源：
（1）LCD接口：7寸IPS电容屏（16:9），分辨率1024×600；
（2）USB接口：2路USB_HOST 2.0输出，1路USB OTG；
（3）Ethernet接口：核心板内置千兆IP，外加不超过3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口；
（4） 串口：2路3线RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth；
（5）CAN总线接口：1路；
（6）RS485总线接口：1路；
（7）HDMI 接口：HDMI1.4a，*大支持1920*1080高清数字输出;
（8）LVDS液晶屏接口：单通道，*大支持1920*1080；
（9）摄像头接口：1路CMOS并行接口，*大支持800万像素；
（10）AV接口：1路模拟视频母口输入；
（11）外部存储扩展接口：SD卡、TF卡接口；
（12）音频接口： 1路MIC输入，1路1. 8w喇叭；
（13）按键：1个复位按键、1个休眠唤醒按键，2个音量键；
（14） 蓝牙WiFi：板载蓝牙WiFi二合一模块；
（15）Mini PCIe接口：标准可插入4G通信模模块；
（16）24Pins应用扩展接口：用于处理器外设接口扩展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8个GPIO，5V电源。
2.网关IO基础扩展板（1个）
由网关直接驱动。采用HC595串入并出特点，使用较少IO扩展更多功能，默认地址0x01。1路可调电位器模拟AD采样通道，1路PWM驱动的蜂鸣器，5个触摸按键，5个LED指示灯。
3.三路继电器扩展板（1个）
由网关直接驱动。采用HC595串入并出特点，使用较少IO扩展更多功能，默认地址0x10。
可控制3路继电器，线圈机械式触点，1个常开，1个常闭，*大负载10A/277V AC。
4. ZigBee协调器（1个）
与网关的TTL UART连接。采用CC2530单片机外设接口、射频通信与ZStack协议栈的方案，具备Zigbee建网功能，具有2个组网状态及无线传输指示灯，2个功能按键，提供传感器模块接口、RS232接口、调试下载接口。
5. IEEE802.15.4主机（1个）
与网关的TTL UART连接。采用CC2530射频功能与802.15.4的从机组建射频网络，接收从机信息，向从机发送命令。具有2个组网状态及无线传输指示灯，2个功能按键，提供传感器模块接口、RS232接口、调试下载接口。
6.无线传感网通信节点（12个）
1）微控制器主板硬件资源
（1）Cortex-M3核心主板（9个）
处理器基于ARM Cortex-M3核心的STM32F103，*高主频72Mhz，内部Flash 256KB，RAM 48KB。
具有1个0.96寸OLED屏，能够显示MAC地址、上下级关系、传感器数据、网络信息等。
具有4个组网状态及无线传输指示灯，2个功能按键、1个JTAG调试接口、1个24PIN的无线射频接口，1组20*2PIN传感器接口；
标配ARM仿真器、串口下载仿真调试转接板。
运行IPv6协议栈实现无线通信的功能。
（2）CC2530核心主板（3个）
处理器基于CC2530F256，具有2个组网状态及无线传输指示灯，2个功能按键、1个JTAG调试接口、1个24PIN的无线射频接口，1组20*2PIN传感器接口；
标配下载仿真器。
2）无线传感网通信模块
（1）蓝牙通信模块（3个）：采用UART接口的内置协议栈方案，设置从机模式，与主机配对后，将微控制器采样数据传输给主机。
（2）WiFi通信模块（3个）：采用UART接口的内置TCP/UDP/HTTP协议栈方案，支持设置为AP、STA的工作模式，与网关通信后，将微控制器采样数据传送给主机，或者接收主机的控制命令控制执行器。
（3）IEEE802.15.4通信模块（3个）：基于CC2530射频组网通信方案，与边界路由器组网，实现传感器数据的双向交互。
（4）ZigBee通信模块（3个）：基于CC2530+ZStack协议栈组网通信方案，与Zigbee协调器组网，实现传感器数据的双向交互。
3）传感器通信模块（12个）
接口至少包含GPIO/IIC/SPI/PWM/电源/地等信号。
兼容红外接近开关、可燃气体传感器、继电器控制、双位数码管显示、温湿度传感器、光敏传感器、LEDBEEP声光执行器、霍尔传感器、三轴加速度传感器、红外对射传感器、数字气压传感器、凝露传感器等。可直接接到主板传感器接口板上，提供各类传感器接口板的原理图和技术手册。
三、软件资源
1.嵌入式操作系统：
网关处理器支持Linux3.4、Android4.4、QT4.8或更高版本，节点支持Contiki2.7、Z-Stack2007，提供板载所有硬件接口及应用模块的驱动和应用测试，开放源码。
2. 网关操作系统烧写：
提供Windows下一键刷机软件，选择需要更新的镜像文件，可通过SD卡脱离PC机一键烧写，也可通过USB线缆刷机，支持Uboot参数修改配置。系统支持一键烧写双系统Android和Linux，可一键切换。
3.支持嵌入式开发所必须的功能：
4G语音通话、短信、上网，音频录放音功能，WIFI（支持AP热点）、Ethernet上网功能，无线蓝牙功能，模拟/数字摄像头拍照、录像功能，模拟摄像头信号接入， GPS/北斗位置导航服务，HDMI音视频输出（支持1080P）。
4.无线传感网多网融合拓扑展示应用软件的功能：
能够将蓝牙、wifi、IEEE802.15.4、ZigBee不同的传输方式，由网关解析后以拓扑图的形式在界面上展示，并为上层应用提供统一的JSON数据格式。
网关界面可显示传感器采集的数据、执行器的状态，显示传感器节点的IPv6地址，能够随意拖动传感器，而不改变网络的拓扑结构；
点击网关上传感器节点图标，可进入二级界面查看传感器的实时曲线走势，或手动控制执行器的开关。
具体包括：传感器信息采集资源驱动实现，控制传感器动作资源驱动实现，拓扑综合应用程序信息采集图标的实现；
★支持IPv6和ZStack2007双协议栈数据解析。
开发环境：Android Studio
5.ZigBee无线传感网综合应用软件的功能：
具有传感器采集、执行器驱动控制、自组网无线数据传输等功能。
提供基于Z-STACK2007协议栈的数据采集传输程序源码V2.4.2以上版本。
开发环境： IAR Embedded Workbench V7.60 for 8051
6.基于IPv6的无线传感网综合应用软件的功能：
具有传感器采集、执行器控制，内置Contiki2.7操作系统，兼容IPv6协议栈实现无线通信的功能；
兼容蓝牙、WIFI、IEEE802.15.4三种通讯模块的驱动和传输。
开发环境： IAR Embedded Workbench V7.60 for ARM
四、课程实验要求
1.STM32微控制器接口应用基础实验不少于11个：LED灯控、外部中断按键检测、串口实验、systick延时实验、IIC屏显示字符串实验、RTC实验、独立看门狗实验、定时器实验、内部温度采集实验、DMA实验。
2.基于STM32的传感器采集控制实验不少于12个：光敏传感器实验、温湿度传感器实验、三轴加速度传感器实验、霍尔检测实验、红外对射传感器实验、烟雾传感器实验、LED蜂鸣器传感器实验、继电器控制实验、双数码显示实验、红外接近传感器检测、大气压力传感器检测、结露传感器检测。
3.蓝牙传感网实验不少于4个：环境搭建实验、蓝牙透传实验、蓝牙无线点灯实验、蓝牙传感器采集与控制实验。
4.WiFi传感网实验不少于6个：环境搭建实验、WiFi AT命令测试实验、WiFi STA客户端实验、WiFi STA服务器实验、WiFi无线通信实验、WiFi传感器采集与控制实验。
5.IEEE802.15.4组网实验不少于3个：802.15.4协议简介、SLIP协议简介、PAN ID与CHANNEL简介、CC2530模块单体测试实验、CC2530模块结合测试实验。
6.CC2530射频通信实验不少于5个：点对点通信、广播通信、RSSI信号强度、空中信道监听、无线遥控。
7.ZSTACK协议栈组网实验不少于9个：ZSTACK协议栈简介、ZStack协议栈工程解析、多点自组网、信息广播/组播、网络拓扑星型网、网络拓扑树型网、ZSTACK绑定、ZSTACK串口、ZSTACK温湿度采集传输实验、ZSTACK声光传输控制实验。
8.基于STM32的Contiki操作系统移植实验不少于7个： ContikiOS系统移植、LED控制、Contiki多线程、Contiki进程间通信、按键位检测、定时器使用、OLED显示。
9.IPv6多网融合实验不少于7个： Contiki网络工程解析、IPv6网关实验、WIFI 节点IPv6组网实验、蓝牙节点IPv6组网实验、RPL802.15.4 IPv6组网实验、节点间IPv6-UDP通信实验、节点间IPv6-TCP通信实验。
10.IPv6网关综合实验不少于5个： IPv6协议的多网融合框架、传感器FTBee数据通信协议、基于UDP传感器信息采集实验、基于COAP传感器数据采集和设备控制实验、IPv6网络拓扑综合实验。 |
七、选配模块的参数（一）NB-IoT温湿度控制模块(CC2530解决方案）
1.参数
由ZigBee通信模块、NB-IoT通信模块、插针方式与接口底板连接，NB-IoT通讯模块背面有SIM卡插槽。采用CC2530芯片作微控制器，运行ZStack2007协议栈，通过AT命令配置NB-IoT模块入网。
板载SHX温湿度传感器和LED灯。
通信方式：同时支持ZigBee组网传输、NB-IoT窄带通信两种方式。
供电电源：DC5V
2.实验
NB-IoT实验要求不少于5个，包括NB-IoT模块的AT指令配置测试实验、NB-IoT温湿度传感器采集传输实验、NB-IoT板载LED的远程开关控制实验、NB-IoT云平台后台UDP开发实验、Web前端用户登录实验等
（二）NB-IoT无线节点(STM32方案)
（1）具备NB-IOT低功耗无线通信协议的数据接入；
（2）射频芯片：BC95 NB-IOT无线芯片，支持电信网络，频段：850MHz，支持3GPP Rel-13以及增强型AT指令；
（3）通信速率可达100kbps，灵敏度：-129dBm，+23dBm功率输出；
（4）提供USB串口调试接口，标准SIM卡槽；
（5）主芯片：STM32F103，支持标准AT指令集；
（6）板载信号指示灯：电源、网络、数据，两路功能按键，两路串口；
（7）板载USB调试串口， ARM仿真器接口；
（9）5组RJ12电话线接口、4组RJ45以太网接口，包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模拟量、I/O输入输出等多种有线信号，可通过扁平电话线、扁平网线直接与实际工业传感器或外设连接，进行传感器采集与执行器控制。
（三）LoRa传感器节点
（1）具备LoRa低功耗无线通信协议的数据接入；
（2）采用嵌入式无线数传模块，LoRa扩频调制技术，工作频率为 410-510MHz，高灵敏度：-144.1dBm，+20dBm功率输出；
（3）支持FSK、GFSK、LoRa调制方式；
（4）传输距离:可视、开阔，超远通信距离5km传输；
（5）主芯片：STM32F103，支持标准AT指令集；
（6）板载信号指示灯：电源、网络、数据，两路功能按键，两路串口；
（7）板载USB调试串口， ARM仿真器接口；
（8）5组RJ12电话线接口、4组RJ45以太网接口，包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模拟量、I/O输入输出等多种有线信号，可通过扁平电话线、扁平网线直接与实际工业传感器或外设连接，进行传感器采集与执行器控制。
