一、適用范圍:
物聯網綜合實驗實訓系統是我公司基于ARM Cortex-M3內核的LM3S9B96、LM3S811和ZIGBEE芯片推出的功能全面、經濟實用的實驗系統。該系統不僅能完成LM3S9B96、LM3S811的功能實驗,而且配合傳感器模塊、ZIGBEE模塊、WIFI模塊可以完成數據的采集以及無線傳輸,另外ZIGBEE還可以實現組網的功能。適合物聯網數據采集、無線傳輸、ZIGBEE無線組網的教學實驗及科研研發。同時本產品也是大學生電子設計競賽的理想開發平臺。
二、結構簡介:
物聯網綜合實驗實訓系統采用模塊化分離式結構,便于用戶使用、擴展和二次開發。CPU采用的是基于Cortex-M3內核的LM3S9B96、LM3S811,LM3S9B96主頻80MHz。集成了100MHz以太網、CAN控制器、USB
OTG、外部總線EPI、ROM片上StellarisWare軟件、睡眠模塊、正交編碼器、ADC、帶死區PWM、模擬比較器、UART、SSI、通用定時器、I2S、I2C、CCP、高精度振蕩器、DMA等外設。其中通過外部總線EPI接口可以外擴SDRAM,便于存儲更多的程序。LM3S811支持最大主頻為50MHz。集成了ROM片上StellarisWare軟件、睡眠模塊、ADC、帶死區PWM、模擬比較器、UART、SSI、通用定時器、I2S、I2C、CCP、高精度振蕩器、DMA等外設。實驗系統資源豐富,不僅可以完成LM3S9B96、LM3S811的所有資源實驗,而且配合傳感器模塊跟ZIGBEE模塊后,還可以完成物聯網數據的采集及傳送。
三、硬件資源:
物聯網綜合實驗實訓系統硬件資源如下所示:
☆ 協調器CPU:采用TI公司LM3S9B96;CORTEX
M3內核;主頻為80MHz ;
☆ 采集節點模塊CPU:采用TI公司LM3S811;CORTEX
M3內核;LM3S811主頻為50 MHz;本實驗系統底板自帶兩個采集節點模塊,可擴展傳感器模塊。
☆ 時鐘:LM3S9B96主時鐘16MHz,以太網時鐘25MHz,LM3S811主時鐘6MHz;
☆ 電源:由外接電源提供,可提供+5V、+3.3V兩種電源,由指示燈指示;
☆ JTAG接口:3個標準20針下載接口;
☆ REST&KEY&LED&Vref:復位鍵、外接按鍵LED燈以及AD參考電壓3V;
☆ SD卡接口單元:SPI通信方式;
☆ 1M flash:SPI通信方式,芯片W25X80AVSSIG-ND;
☆ 8M SDRAM單元:外部總線EPI接口的8M SDRAM,芯片MT48LC4M16A2;
☆ 語音處理單元:I2S通信方式,采用TI公司的TLV320AIC23BPW芯片,內置耳機輸出放大器,支持MIC和LINE IN兩種輸入方式,可以在8K到96K的頻率范圍內提供16Bit、20Bit、24Bit和32Bit的采樣,ADC和DAC的輸出信噪比分別可以達到90dB和100dB;胤拍J较鹿β蕛H為23mW,省電模式下更是小于15μW;
☆ ETHERNET接口:芯片內部集成以100MHz以太網,網絡接口芯片為HR911105A,HR911105A自帶網絡變壓器;
☆ USB接口:芯片內部集成了USB控制器,支持HOST、DEVICE以及OTG三種模式,USB2.0傳輸協議;
☆ UART接口:芯片SP3232EEN;
☆ CAN總線接口:芯片內部集成CAN控制器,只需外接電平轉換芯片,電平轉換芯片為SN65HVD1050D;
☆ E-WS總線接口:六組?赏瑫r擴展三個ZIGBEE模塊和三個傳感器模塊;
☆ QVGA LCD液晶顯示單元:3.5寸26萬色320*240TFT液晶,帶4線電阻觸摸屏;
☆ 鍵盤和LED數碼管顯示電路(HD7279);
☆ WIFI模塊擴展單元:可擴展WIFI模塊;串行通訊方式;
☆ 板載18B20溫度傳感器:精度0.5℃;
四、開設的實驗項目:
1、LM3S811硬件實驗
l LM3S811 IO實驗
l LM3S811串口實驗
l LM3S811 ADC實驗
l LM3S811 I2C實驗
l LM3S811 SPI實驗
l LM3S811 CC2420/2520接口實驗
2、LM3S9B96硬件實驗
l LM3S9B96 IO實驗
l LM3S9B96中斷實驗
l LM3S9B96定時器實驗
l LM3S9B96看門狗實驗
l LM3S9B96液晶顯示類實驗
l LM3S9B96串口實驗
l LM3S9B96的I2S類實驗
l LM3S9B96的USB類實驗
l LM3S9B96的以太網類實驗
l LM3S9B96的圖形顯示類實驗
l LM3S9B96的SD卡實驗
l LM3S9B96的UDMA卡實驗
l LM3S9B96的bitband實驗
l LM3S9B96與CC2420/2520接口實驗
l LM3S9B96的WIFI模塊模塊
3、ZigBee組網實驗
l 物理層PHY編程實驗
l 介質訪問層MAC編程實驗
l 網絡層編程實驗
l 應用層之支持子層框架編程實驗
l 應用層之服務編程實驗
4、上位機實驗
l 編程環境搭建實驗
l 界面編寫實驗
l 通訊接口程序編寫實驗
5、ZigBee組網綜合實驗
l 溫度采集實驗
l 濕度采集實驗
l 可燃氣體濃度采集實驗
l 煙霧濃度采集采集
l CO2濃度采集實驗
l 氧濃度采集實驗
l 光照度采集實驗
l 紅外測溫實驗
l 紅外線防盜信號采集實驗*
l 加速度采集實驗
l 電源電壓檢測實驗
l RFID身份識別實驗*
l 遠程無線抄表實驗*
五、系統特點:
1、外設模塊獨立,所有的外設模塊都由跳線帽短接來選擇;方便二次開發進行課程設計、畢業設計。
2、硬件資源豐富:系統提供豐富的外設電路,包括按鍵和LED燈、AD信號輸入、QVGA LCD、UART接口、傳感器接口、SD卡、SPI串行flash、外擴SDRAM、USB
OTG接口、以太網接口,CAN總線接口、WIFI模塊、8位LED數碼管顯示、4x2掃描鍵盤等。
3、例程序豐富:包括簡單的IO、定時器、串口、以及復雜的USB、以太網、數碼管顯示、鍵盤掃描、WIFI數據傳輸等實驗;
4、zigbee收發與組網:外擴傳感器模塊跟zigbee模塊可以實現數據的采集及zigbee組網傳輸;
5、系統自帶協調器和兩個采集節點,單個系統即可完成星型組網方案。
6、資料豐富詳盡:實驗指導書敘述詳盡,開發資料全面,軟件免費升級。提供開放的ZigBee協議棧源碼以及相關的軟、硬件學習速查資料,使用戶以最短的時間,掌握Cortex-M3的核心技術。
六、系統配置:
表1:實驗箱配置
設備名稱 |
型號或說明 |
備注 |
物聯網綜合實驗實訓系統 |
EL-IOT-II |
系統自帶ZIGBEE模塊3個,含M3-LINK 1個 傳感器模塊選配,底板可同時支持3個傳感器模塊 |
仿真器 |
M3-LINK |
和協調器CPU,采集節點CPU配套使用 |
擴展模塊系列 |
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參見下表 |
表2:物聯網產品擴展模塊
物聯網模塊系列參數 |
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名稱 |
型號 |
備注 |
ZIGBEE采集節點模塊 |
EL-IOTM |
含ZIGBE模塊,采用TI公司的CC2420芯片。頻率為2.4GHz ;主控CPU為TI公司的 LM3S811,最大主頻50M;板載資源含RS232接口、USB接口、JTAG接口、蜂鳴器、兩組E-WS總線接口 (一組擴展ZIGBEE模塊,一組擴展傳感器模塊)、三個按鍵、可擴展傳感器模塊,鋰電池供電 ;
|
WIFI模塊 |
E-WS-WIFI |
采用WIZ610wi開發模塊,內含802.11b/g無線網絡,支持Access Point,Client,Gateway工作模式,以太網到無線的橋梁,具有64/128 bit WEP、WPA、WPA2安全的加密技術,具有MII、UART、GPIO、U.FL(WLAN)接口,支持串口到無線的應用,最大25Mbps數據流,符合RoHS標準; 與EL-IOT-II配套使用 |
溫濕度傳感器模塊 |
E-WS-TH |
1、芯片SHT11,內部集成了可配置的14位A/D轉換器,可以配置成8位或者是12位模式 2、濕度分辨率:0.03%RH(0-100%RH范圍) 3、溫度分辨率:0.01℃(-40-123.8℃范圍) 4、接口輸出:兩線數字輸出。 與EL-IOTM配套使用 |
光照度傳感器模塊 |
E-WS-PH |
1、芯片TSL230,將光信號轉換為脈沖輸出,然后由CPU采集脈沖信號 2、靈敏度和滿量程輸出頻率可編程; 3、精度±5% 4、寬電壓供電范圍:2.7-6V,具備掉電功能 與EL-IOTM配套使用 |
加速度傳感器模塊 |
E-WS-AC |
1、芯片MMA7260Q,該芯片可以檢測X、Y、Z三個方向的加速度值,可以實現三維的測量 2、靈敏度可編程,有4種模式:1.5g、2g、4g、6g 3、低電流,正常模式為:500uA;睡眠模式為:3uA 與EL-IOTM配套使用 |
可燃氣體傳感器模塊 |
E-WS-GAS |
1、芯片MQ-2,可以檢測多種氣體的濃度,例如:氫氣、甲烷、液化氣和丙烷、一氧化碳、煙霧等 2、測量范圍:100-10000ppm 與EL-IOTM配套使用 |
煙霧傳感器模塊 (硬件與可燃氣體傳感器模塊相同,只是程序不同) |
E-WS-GAS |
1、芯片MQ-2,可以檢測多種氣體的濃度,例如:氫氣、甲烷、液化氣和丙烷、一氧化碳、煙霧等 2、測量范圍:100-10000ppm 與EL-IOTM配套使用 |
紅外測溫模塊 |
E-WS-IT |
1、芯片MLX90614ESF-BAA,該芯片內部集成了一個17位的AD轉換器,采用紅外測溫的方式來測量被測物體的溫度,測量距離為10cm左右, 2、測量范圍:-40-85℃ 3、分辨率0.02℃ 4、接口輸出:I2C接口 與EL-IOTM配套使用 |
濕敏電阻傳感器模塊 |
E-WS-HR |
1、芯片HR202 2、測量范圍:20-95%RH 3、分辨率:5%RH 與EL-IOTM配套使用 |
氧氣傳感器模塊 |
E-WS-O2 |
1、芯片O2-A2,該芯片的工作原理是傳感器遇到氧氣后經過化學反應長生電流 2、使用壽命為兩年 3、測量范圍:0-21% 4、分辨率:1% 與EL-IOTM配套使用 |
二氧化碳傳感器模塊 |
E-WS-CO2 |
1、芯片TGS4161,該芯片是電化學傳感器,根據輸出電壓的變化來測量二氧化碳的濃度 2、測量范圍:350-5000ppm 3、分辨率:50ppm 與EL-IOTM配套使用 |
紅外防盜模塊 |
E-WS-IM |
1、模塊采用Z8FS040XSB20EG+SDA02-54熱釋電紅外傳感器+透鏡的形式組成,程序里面包含了算法,以提高報警的范圍。 2、可以安裝到墻上或這是天花板上。 3、安裝到墻上的測量范圍:角度:180°,最大距離9m; 4、安裝到天花板上的測量范圍:角度:180°距離3.7m; 與EL-IOTM配套使用 |
125KHZ RFID模塊 |
EL-IOTM-RFID-125KHz |
該模塊由讀卡模塊、RFID卡以及底板組成,底板上自帶zigbee模塊,主要實現卡號的接收與無線發送,ZIGBE模塊采用TI公司的CC2420芯片。頻率為2.4GHz ;主控CPU為TI公司的 LM3S811,最大主頻50M;板載資源含RS232接口、USB接口、JTAG接口、蜂鳴器、兩組E-WS總線接口 (一組擴展ZIGBEE模塊,一組擴展傳感器模塊)、三個按鍵、可擴展傳感器模塊,鋰電池供電
;讀卡模塊的頻率為125KHz,讀卡距離為:3-5cm。 |
13.56MHZ RFID模塊 |
E-WS-RFID-13.56MHz |
1、芯片為FM1702,支持ISO14443 typeA typeB 15693 協議,包含512byte 的EEPROM,包含64byte 的FIFO,支持MIFARE 和SH 標準的加密算法 2、頻率為13.56MHz 3、讀卡距離為1-10cm 4、包含卡片一張 必須與EL-IOTM模塊配套使用。 |
2.45GHZ RFID模塊 |
NRF24L01 |
1、芯片為NRF24L01頻率為:2.45G,可以實現點對點以及點對多點的傳輸 2、傳輸距離為:10m左右(空曠地) 3、125個信號通道 4、接口方式:SPI(傳輸速率為0-10Mbps) 5、寬電壓范圍:1.9-3.6V 必須與EL-IOTM模塊配套使用。 |
900 MHZ RFID模塊 |
E-WS-RFID-900MHz |
該模塊由讀卡模塊、RFID卡以及底板組成,底板上自帶zigbee模塊,主要實現卡號的接收與無線發送,ZIGBE模塊采用TI公司的CC2420芯片。頻率為2.4GHz ;主控CPU為TI公司的 LM3S811,最大主頻50M;板載資源含RS232接口、USB接口、JTAG接口、蜂鳴器、兩組E-WS總線接口 (一組擴展ZIGBEE模塊,一組擴展傳感器模塊)、三個按鍵、可擴展傳感器模塊,外部電源供電
;讀卡模塊的頻率為900MHz,讀卡距離為:20cm左右。 |
電表模塊 |
E-WS-EMC |
1、該模塊采用的芯片為:ADE7755。 2、工作電壓:AC220V,50Hz 3、額定電流:5A 4、精度:0.01° 必須與EL-IOTM模塊配套使用。 |
水(氣)表模塊 |
EL-IOTM-WGM |
1、該模塊主控CPU為TI公司的 LM3S811和MSP430FW427, 2、LM3S811最大主頻50M,模塊資源含RS232接口、USB接口、JTAG接口、蜂鳴器、ZigBee模塊、三個按鍵、一個8段液晶、IC卡座(含IC卡)以及水氣表實物模型。 3、模塊上的MSP430FW427主要負責采集數據,LM3S811和zigbee負責數據的發送,模塊上的IC卡可以實現購買水或者是煤氣的功能。 4、通信方式:LM3S811和MSP430FW427采用串口通信方式 5、分辨率:0.1 |
物聯網實物控制模型 |
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名稱 |
型號 |
備注 |
物聯網電動窗簾模型 |
E-WS-EC |
1.該模塊通過zigbee接收協調器發來的控制信號,控制窗簾馬達實現相應的動作,完成窗簾的開、關、停止動作 2.功率為45W,移動距離為20cm/s,扭矩0.8Nm,承重50Kg 3. 與EL-IOTM模塊配套使用。 |
物聯網燈光控制模型 |
E-WS-LAMP |
該模塊通過zigbee接收協調器發來的控制信號,控制燈的亮滅。實物燈為普通家用電燈。 |
物聯網風扇控制模型 |
E-WS-FAN |
該模塊通過zigbee接收協調器發來的控制信號,控制風扇的啟動或停止。實物風扇為家用風扇。 |
物聯網濕度控制模型 |
E-WS-HC |
該模塊通過zigbee接收協調器發來的控制信號,控制實物加濕器的啟動或停止。 |
物聯網門鎖控制模型 |
E-WS-DL |
該模塊通過zigbee接收協調器發來的控制信號,控制門鎖的開鎖和解鎖。實物電磁門鎖,不銹鋼材質,控制電壓為12V,啟動電流900mA,工作電流100mA。 與EL-IOTM模塊配套使用。 |
七、其他參數:
外型尺寸(mm):385x300
工作電壓: 220v ± 10%,50Hz ± 1Hz