關(guān)鍵字：無線傳感器,教學(xué)儀器,實(shí)驗儀器
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5.2.1 概述
針對學(xué)校的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗室的建設(shè)需求，我們提供了一套完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗室的解決方案，為高等院校計算機(jī)、電子信息等相關(guān)專業(yè)進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及科研提供一個完整的、一體化的軟硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實(shí)驗的系統(tǒng)。
本方案提倡教師在詳細(xì)介紹無線傳感器理論和實(shí)驗室設(shè)備使用方法之后，由學(xué)生組隊進(jìn)行項目的創(chuàng)意。并將創(chuàng)意以項目的形式提交至G-Forge系統(tǒng)，以文檔的形式提出項目的目標(biāo)、原理、構(gòu)架和所需要的資源，并提交項目開發(fā)計劃。開發(fā)的全程全部使用G-Forge軟件進(jìn)行版本的控制，工程的管理以及軟件的測試。開發(fā)完成后，由教師、學(xué)生共同完成對于項目的答辯。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗的實(shí)驗室由一臺應(yīng)用服務(wù)器來進(jìn)行學(xué)生機(jī)管理和服務(wù)。遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)服務(wù)器提供G-Forge軟件生命周期管理，進(jìn)行項目的控制和管理。整個實(shí)驗室與互聯(lián)網(wǎng)或校園網(wǎng)相連。工作站作為學(xué)生進(jìn)行無線傳感設(shè)備的編程調(diào)試平臺。
5.2.2 實(shí)驗?zāi)康?/b>
1、行業(yè)領(lǐng)先的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，2.4GHz（zigbee）和433MHz，可配置為基站或節(jié)點(diǎn)；
2、采用Sun Fire X4200服務(wù)器（選配），并預(yù)裝了Solaris操作系統(tǒng)及G-Forge系統(tǒng)；
3、創(chuàng)新的自主項目研究型教學(xué)方案，深入淺出的配套教材；
4、豐富的傳感器配套種類，具有極大的延伸性與可擴(kuò)展性；
5、為客戶量身定制、全方位覆蓋諸多科研領(lǐng)域的新型創(chuàng)新實(shí)驗室解決方案；
5.2.3 實(shí)驗項目
1、Tinyos基礎(chǔ)實(shí)驗
1）學(xué)習(xí)TinyOS的安裝步驟以及各種開發(fā)工具（如：AVRStdio）的安裝和使用方法，學(xué)會如何定制開發(fā)環(huán)境和驗證系統(tǒng)軟件和硬件。
2) 學(xué)習(xí)如何做網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)定、檢查系統(tǒng)設(shè)定、及使用執(zhí)行并以范例程序建立一個project 、Compile 、燒錄及測試無線傳感器節(jié)點(diǎn)。
3) 學(xué)習(xí)建立利用MyEclipse6.0.建立nesC語言的IDE開發(fā)環(huán)境。
4) 學(xué)習(xí)nesC的結(jié)構(gòu)(Configuration、Component、Implementation)、進(jìn)一步學(xué)習(xí)如何以范例程序撰寫一個nesC程序、以NCC Compile程序、以及控制節(jié)點(diǎn) LED閃爍狀態(tài)。
5) 學(xué)習(xí)如何以事件方式從傳感器讀取數(shù)據(jù)。
6) 學(xué)習(xí)如何以nesC程序設(shè)定及做多任務(wù)、多點(diǎn)讀取無線傳感器節(jié)點(diǎn)的輸入。
7) 學(xué)習(xí)如何以范例程序撰寫做兩節(jié)點(diǎn)、增加變量、并讀取射頻RF場強(qiáng)發(fā)射值并顯示之。
8）學(xué)習(xí)在計算機(jī)端以范例程序使用Linux指令，以Cygwin在Ms-Windows環(huán)境下做模擬(Emulation),再由傳感器節(jié)點(diǎn)送數(shù)據(jù)給傳基站(Base Station)并傳給計算機(jī)端，學(xué)習(xí)如何將傳感器數(shù)據(jù)在計算機(jī)屏幕上顯示。
9）了解計算機(jī)與基站之間串聯(lián)式傳輸。執(zhí)行Oscilloscope RF、TOSbase，學(xué)習(xí)如何將傳感器數(shù)據(jù)在計算機(jī)屏幕上顯示。(將TOSbase程序下載到Base Station,將Oscilloscope RF程序下載到節(jié)點(diǎn))同時接收多路傳感器數(shù)據(jù)并顯示在計算機(jī)屏幕上。
2、網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)驗進(jìn)階（RF433）
1）組包發(fā)送實(shí)驗 ； 5）點(diǎn)對點(diǎn)無線通信實(shí)驗；
2）接收和地址譯碼實(shí)驗； 6）射頻休眠實(shí)驗；
3）應(yīng)答ACK幀實(shí)驗； 7）星狀網(wǎng)通信實(shí)驗；
4）無線信道監(jiān)聽實(shí)驗； 8）多跳通信實(shí)驗；
3、各種傳感器的應(yīng)用
1）超聲波測量傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗； 5) 光強(qiáng)測量傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗；
2) 磁場傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗； 6）直流電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗；
3) 繼電器控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗； 7）步進(jìn)電機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗；
4) 熱釋電傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗； 8）RFID應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗；
9）利用節(jié)點(diǎn)n個節(jié)點(diǎn)組成一個溫濕度傳感網(wǎng)絡(luò)，可以對某處（如：倉庫等）的環(huán)境進(jìn)行檢測，并以定時采樣的方式將環(huán)境參數(shù)存儲到上位機(jī)，亦可利用上位機(jī)實(shí)時觀察網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)，并設(shè)置報警等。
4、網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)驗進(jìn)階（zigbee）
1） 建立zigbee開發(fā)環(huán)境
·編譯器IAR7.30B安裝；
·zigbee協(xié)議棧安裝；
·EEE地址燒寫軟件以及TI提供的工具軟件的安裝；
2）CC2430單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗。
·LED點(diǎn)亮、熄滅和周期閃爍實(shí)驗；
·按鍵控制實(shí)驗；
·定時器T1的使用實(shí)驗；
·定時器T2的使用實(shí)驗；
·定時器T3的使用實(shí)驗；
·定時器T4的使用實(shí)驗；
·外部中斷實(shí)驗；
·片內(nèi)溫度傳感器實(shí)驗；
·串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)實(shí)驗；
·電源管理實(shí)驗；
·看門狗實(shí)驗。
3）CC2430無線通訊實(shí)驗
·CC2430點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)驗；
·CC2430一點(diǎn)對多點(diǎn)實(shí)驗；
4）Zstack-1.4.3-1.2.1協(xié)議的使用
·Zstack協(xié)議棧編譯；
·使用SmartRF04在線下載調(diào)試；
·64位IEEE地址的讀出和寫入；
·分析協(xié)議棧中重要的API；
5）zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗
·利用多個節(jié)點(diǎn)組成星形網(wǎng)；
·利用多個節(jié)點(diǎn)組成樹形網(wǎng)；
·利用多個節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)狀網(wǎng)；
6）利用上位機(jī)軟件觀察空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
·根據(jù)拓?fù)渚�路描繪狀況得到所有節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)狀況；
·設(shè)置上位機(jī)軟件來獲取網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)的傳感器值（如：溫度，適度，光照等）；
5.2.4 應(yīng)用實(shí)驗項目（選配）
該系統(tǒng)由一個基于嵌入式系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井人員定位環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組成。移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和固定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各自均具備探測環(huán)境各種指數(shù)的功能(根據(jù)要求,也可加入溫度、濕度和各種有害氣體的探測)和超限警報提示的能力。它們自動組成網(wǎng)絡(luò), 在監(jiān)測區(qū)域形成一個探測網(wǎng)。并將探測到的信息通過基站接收機(jī)節(jié)點(diǎn)輸入信息收集和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。服務(wù)器負(fù)責(zé)綜合、處理信息并將它們存入數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控臺以圖形方式實(shí)時監(jiān)測井下全部無線傳感器節(jié)點(diǎn)，并且把檢測數(shù)據(jù)實(shí)時顯示。在圖上能夠看到每個節(jié)點(diǎn)當(dāng)時的各種環(huán)境指標(biāo)的大小，具有環(huán)境指數(shù)超標(biāo)報警功能和信息中斷的顯示。 |
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