【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生能非常迅速的掌握了應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生不僅使用API接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)RFID應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，而且還培養(yǎng)學(xué)生從更底層，通過(guò)直接命令更加直接的控制讀寫器，模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的功能，模擬整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功能。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的綜合學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作，可實(shí)現(xiàn)以下培養(yǎng)目標(biāo)：216。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察RFID的內(nèi)部硬件操作，學(xué)生能更加有效的學(xué)習(xí)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)216。 學(xué)生可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并理解諸如防撞系統(tǒng)和ID、ISO/IEC1569ISO/IEC1444ISO/IEC180006等發(fā)送協(xié)議216。 通過(guò)所提供的應(yīng)用程序接口（API）可以進(jìn)行RFID應(yīng)用設(shè)計(jì)，可培養(yǎng)學(xué)生在不同領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用RFID系統(tǒng)的能力216。 該系統(tǒng)可以對(duì)符合125K ID、 ISO/IEC1569ISO/IEC1444900M ISO/IEC180006C的卡片進(jìn)行讀寫216。 該系統(tǒng)具有無(wú)線傳輸功能，可以進(jìn)行無(wú)線組網(wǎng)，能夠讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)組網(wǎng)，理解無(wú)線傳輸和物聯(lián)網(wǎng)的定義216。 系統(tǒng)自帶溫度傳感器功能和兩個(gè)傳感接口，可以進(jìn)行溫度、濕度等一系列傳感器實(shí)驗(yàn) ESPOT無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備ESPOT（Easy Programmable Object Technology）是由西普科技根據(jù)Sun公司的SunSPOT項(xiàng)目推出的一款新型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。至2008年，Java語(yǔ)言已經(jīng)被部署到了超過(guò)60億臺(tái)電子設(shè)備之上，ESPOT與其他WSN節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品的區(qū)別在于采用了創(chuàng)新的Squawk Java虛擬機(jī)，該虛擬機(jī)與一般傳統(tǒng)的虛擬機(jī)不同的是，他無(wú)需操作系統(tǒng)的依托就可以直接運(yùn)行于硬件之上，并對(duì)硬件進(jìn)行控制。此外，借助高效率的Isolate特性，它能夠極大地提升Java的運(yùn)行效率。借助JAVA語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，大大降低了WSN的研究門檻。一個(gè)ESPOT設(shè)備即是一個(gè)小型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上，它依靠電池驅(qū)動(dòng)多種傳感器實(shí)時(shí)采集到環(huán)境中的信息，及時(shí)地通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。通訊協(xié)議采用IEEE ，最高通訊速率可達(dá)250Kb/s。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ESPOT節(jié)點(diǎn)由電池層、處理器通訊層及傳感層組成。在傳感層上，我們可以通過(guò)輸入輸出口外接設(shè)備進(jìn)行功能的擴(kuò)展。（1）電池層在電池層中， 750毫安時(shí)的可充電鋰電池。在電池中，它擁有自保護(hù)機(jī)制用于防止過(guò)度充放電、電壓過(guò)載等異常情況。電池通過(guò)miniUSB口與計(jì)算機(jī)連接或外接5V電源輸入進(jìn)行充電。在室溫條件下，電池會(huì)有2%的自然損失，因此在深度睡眠的情況下，它最長(zhǎng)可以運(yùn)行909天，而在全負(fù)荷運(yùn)行的情況下則最大可運(yùn)行7個(gè)小時(shí)。（2）處理器和通訊層在處理器和通訊層中，集成了32位的180MHz ARM 920T高性能處理器、存儲(chǔ)芯片、電源管理芯片、 2420芯片及天線。在處理器和通訊層上，還有電源接口、傳感器層接口與電池層和傳感器層連接。通信協(xié)議采用6LoWPAN。（3）傳感層在傳感層中，集成了一個(gè)三軸加速度傳感器、一個(gè)光源傳感器、一個(gè)溫度傳感器和八個(gè)三色LED燈、兩個(gè)按鈕、六個(gè)模擬輸入口、四個(gè)高頻輸出口和五個(gè)通用輸入輸出口等（如圖）。每個(gè)LED燈可以通過(guò)設(shè)定不同的RGB值，顯示出不同的顏色。它使得在進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作時(shí)用戶能夠通過(guò)指示燈來(lái)標(biāo)識(shí)出各種不同的數(shù)據(jù)和步驟。通過(guò)對(duì)兩個(gè)按鈕的操作，用戶能實(shí)時(shí)地進(jìn)行軟件的控制和功能的開(kāi)閉。主控制器是一款32位低功耗微處理器ARM 920T，相對(duì)于其他通用的微處理器，它有更加豐富的資源和極低的功耗。不僅支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集，擁有5級(jí)流水線和單一的32位AMBA總線接口；而且含有MMU用于支持Windows CE，Palm OS，Symbian OS，Linux等操作系統(tǒng)，以及MPU用于支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，包括Vxworks；具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache。無(wú)線收發(fā)器采用單芯片低電壓的CC2420芯片， IEEE ，該器件包括眾多的額外功能，是第一款使用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。它基于ChipCon公司的SmartRF03技術(shù)， CMOS工藝制成，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗低，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2420具有工作電壓低（～）、能耗低、體積小等非常適合于集成的特點(diǎn)。它采用QPSK調(diào)制方式，最大收發(fā)波特率為250Kb/s，外部采用SPI的接口，可以和微控制器直接連接。在傳感器方面，ESPOT選用了一些當(dāng)今比較常見(jiàn)的傳感器。如溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器和加速度傳感器。除了這些無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所需的基本功能模塊外，ESPOT共有20個(gè)pin腳來(lái)完成輸入和輸出的工作，通用數(shù)據(jù)輸入輸出口（D04）可以被用于數(shù)據(jù)的輸入或輸出，D0、D1可以被用作UART的數(shù)據(jù)線Rx和Tx，D3和D4也可分別被用作I2CDATA和I2CCLOCK的引線。高電流輸出口（H03）最大可以提供125mA的電流，它的最大電壓取決于VH輸入的電壓。Sun SPOT還支持模擬信號(hào)的輸入，它通過(guò)內(nèi)置的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)（A03）口的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)Sun SPOT的輸入輸出接口，我們可以進(jìn)行非常靈活和強(qiáng)大的功能擴(kuò)展。如外接濕度傳感器、粉塵傳感器、壓力傳感器、GIS設(shè)備等。傳感器節(jié)點(diǎn)技術(shù)規(guī)格216。 電池層? 750毫安時(shí)鋰電池216。 處理器和無(wú)線通訊層? 基于ARM 902T處理器(32位，180MHz)?? 512 KB SRAM，4 MB Flash 216。 傳感層? 光、溫度和加速度傳感器? 按鈕兩個(gè)? 可編程LED（8 只），電源指示LED，狀態(tài)指示LED? 模擬信號(hào)接口（6 個(gè)），5個(gè)GPIO，4 個(gè)高電流輸出216。 通訊接口：216。 通過(guò)USB接口與上位機(jī)通訊（minib）216。 深層睡眠模式（36 μA）USB基站技術(shù)規(guī)格216。 處理器和無(wú)線通訊層：? 基于ARM 902T處理器(32位，180MHz)?? 512 KB SRAM，4 MB Flash 216。 通訊接口：216。 通過(guò)USB接口與上位機(jī)通訊（minib）216。 深層睡眠模式（36 μA）集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和可視化虛擬平臺(tái)是該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和建設(shè)的一個(gè)重要的工具。它是進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測(cè)試和最終部署的重要工具。對(duì)于ESPOT的開(kāi)發(fā)，可通過(guò)開(kāi)源的NetBeans World，進(jìn)行集成及可視化虛擬開(kāi)發(fā)。為滿足快速實(shí)驗(yàn)的需要，產(chǎn)品配套電子工業(yè)出版社正式出版實(shí)驗(yàn)教材。 SimpleWSN無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)西普科技基于中科院軟件所近年來(lái)在傳感網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）方面的多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研課題的支持下取得的豐富研究積累，并結(jié)合高校無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需求，雙方聯(lián)合研制了多種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)套件及針對(duì)科研的測(cè)試平臺(tái)。教學(xué)套件已廣泛應(yīng)用于軟件所等單位的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)及培訓(xùn)，通過(guò)測(cè)試平臺(tái)開(kāi)展的科研成果已在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。針對(duì)高校開(kāi)設(shè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)的需求，西普科技推出一系列無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)備，形成一套完整的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：SimpleWSN200系列，其包括十?dāng)?shù)種類型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)（支持TinyOS操作系統(tǒng)）和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，如433MHz 傳感器節(jié)點(diǎn)、 傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)系列、語(yǔ)音節(jié)點(diǎn)、圖像節(jié)點(diǎn)等，提供溫度、濕度、光照、紅外、超聲波、音頻和圖像等環(huán)境量的感知采樣。類型型號(hào)描述傳感器節(jié)點(diǎn)ZN05Tl 主處理器MSP430，8M 主頻，超低功；l ，IEEE 16 信道，32 級(jí)功率可調(diào)； 最大通信距離100 米（室外）60 米（室內(nèi)）；l 片內(nèi)48KB flash，片外1MB flash 存儲(chǔ)空間；l 節(jié)點(diǎn)內(nèi)置溫度、濕度、光敏傳感器；l 3種供電方式選擇；編程板ZP01l 實(shí)現(xiàn)對(duì)ZN 系列節(jié)點(diǎn)的編程和調(diào)試；l 支持USB 虛擬串口；網(wǎng)關(guān)ZG01l IEEE 信道、無(wú)線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、串口等的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接；傳感板超聲波傳感板l 實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接收，可以基于超聲波的反射實(shí)現(xiàn)測(cè)距；；紅外線傳感板l 被動(dòng)紅外探測(cè)器，可以感知人體接近； 圖像傳感板l CMOS 攝像頭，可以實(shí)現(xiàn)30萬(wàn)像素靜態(tài)圖像的捕獲； 加速度傳感板l 可以測(cè)量三個(gè)維度的加速度，可以獲得位移、傾角等信息； 在上述的各種WSN相關(guān)硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，為方便學(xué)校的實(shí)驗(yàn)開(kāi)課及二次開(kāi)發(fā)需求，配套附帶各種開(kāi)發(fā)及調(diào)試軟件，并提供相關(guān)的教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)教材及代碼實(shí)例，以實(shí)現(xiàn)校方盡快開(kāi)課。名稱描述偵聽(tīng)軟件l 基于節(jié)點(diǎn)和編程板和相應(yīng)PC 端軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)射頻分組的捕捉。開(kāi)發(fā)環(huán)境l ，可直接用于Windows系列操作系統(tǒng)；l 提供可運(yùn)行于Windows的Linux虛擬機(jī)。示例程序（節(jié)點(diǎn)側(cè)）l 溫度采樣：獲取節(jié)點(diǎn)的溫度信息；l 路由：所有節(jié)點(diǎn)將信息傳輸?shù)絪ink節(jié)點(diǎn)；l 分發(fā)：任何節(jié)點(diǎn)的信息傳輸?shù)狡渌泄?jié)點(diǎn)；l 采樣數(shù)據(jù)上傳到PC：?jiǎn)吸c(diǎn)傳感器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳輸?shù)絇C機(jī)；l 采樣數(shù)據(jù)路由到PC：所有節(jié)點(diǎn)傳感器采樣數(shù)據(jù)經(jīng)路由傳輸?shù)絪ink并到達(dá)PC示例程序（PC側(cè)）l 上機(jī)位串口分組查看和下發(fā)軟件：支持Windows和Linux，實(shí)現(xiàn)串口分組的收集和發(fā)送。示例系統(tǒng)l 完整的溫度檢測(cè)傳感網(wǎng)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度采集、全網(wǎng)控制，包含節(jié)點(diǎn)軟件和PC機(jī)的GUI界面，形成完整的系統(tǒng)。教學(xué)課件及指導(dǎo)書(shū)l 全面介紹實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟操作，并輔助以教學(xué)動(dòng)畫進(jìn)行展示。 SimpleWSNTest無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)在中科院軟件所的研究成果基礎(chǔ)上，西普科技聯(lián)合中科院軟件所共同推出了兩類傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái),它面向無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的控制測(cè)試、狀態(tài)監(jiān)視、協(xié)議驗(yàn)證和性能評(píng)估需求，提供一系列用于遠(yuǎn)程測(cè)試、調(diào)試、監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試床和軟硬件工具，能夠?qū)?jié)點(diǎn)和系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和分析，定位系統(tǒng)故障，分析網(wǎng)絡(luò)瓶頸，加速系統(tǒng)部署，并支持異構(gòu)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程測(cè)試功能。第一類測(cè)試平臺(tái)（WISE）通過(guò)在傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行測(cè)試代理，通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)控和測(cè)試分析。第二類為基于硬件信號(hào)測(cè)試板的傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)（HINT），該測(cè)試平臺(tái)通過(guò)“節(jié)點(diǎn)內(nèi)部信號(hào)捕獲”機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用“免打擾”的測(cè)試分析，有效降低用戶的測(cè)試工作量，為用戶提供豐富而高度精確的測(cè)試數(shù)據(jù)。 WISE測(cè)試平臺(tái)WISE測(cè)試平臺(tái)包括運(yùn)行于節(jié)點(diǎn)的軟件模塊（支持TinyOS ）、運(yùn)行于PC機(jī)的客戶端和服務(wù)器軟件等模塊，測(cè)試平臺(tái)可以向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送激勵(lì)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)也可以被收集起來(lái)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得測(cè)量和監(jiān)控的結(jié)果并提供給遠(yuǎn)程用戶，其基本原理如下圖所示。WISE測(cè)試平臺(tái)可以提供豐富的測(cè)試能力，包括數(shù)據(jù)分組的分析，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，?jié)點(diǎn)的相對(duì)定位和鏈路質(zhì)量評(píng)估，網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量等。 HINT測(cè)試平臺(tái)HINT 測(cè)試平臺(tái)由測(cè)試服務(wù)器和若干測(cè)試單元組成，測(cè)試服務(wù)器和測(cè)試單元之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，形成下圖所示的網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)組成 節(jié)點(diǎn)和測(cè)試板連接方式 實(shí)際外觀 界面截圖測(cè)試單元由傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和測(cè)試板組成，測(cè)試板包含高速定制硬件電路（FPGA）針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部互連信號(hào)進(jìn)行偵聽(tīng)，并由此獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部狀態(tài)信息，偵聽(tīng)的內(nèi)容和可獲知的信息包括： 216。 節(jié)點(diǎn)微處理器和射頻芯片間的通信信號(hào)，由此獲得節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收的無(wú)線分組的內(nèi)容和時(shí)刻； 216。 節(jié)點(diǎn)微處理器和傳感器間的模擬或數(shù)字信號(hào)，由此獲得節(jié)點(diǎn)執(zhí)行感知操作的情況及感知結(jié)果； 216。 節(jié)點(diǎn)微處理器的外設(shè)接口，包括UART 串口、GPIO 引腳、Flash 接口等，由此獲得節(jié)點(diǎn)的調(diào)試信息； 216。 節(jié)點(diǎn)的供電情況，包含節(jié)點(diǎn)的供電電流、功率和能耗等。 技術(shù)特點(diǎn)HINT 測(cè)試平臺(tái)基于以下的技術(shù)特點(diǎn)： 216。 測(cè)試板支持直流電源供電、USB 供電和以太網(wǎng)供電三種供電方式，用戶可自由選擇； 216。 測(cè)試板提供1us 精度的時(shí)間測(cè)量；測(cè)試板提供對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)每秒1 百萬(wàn)次的