物聯網導論

課程設計課題名稱 物聯網導論所在院系 XXXXX學院班級 14級物聯網學號 1413XXXXXX姓名 XXX指導老師 XXX時間 2016年3月分數

《物聯網導論課程設計任務書》姓名：XXX班級：14級物聯網 指導老師：XXX課題名稱：自由設計M2M的物聯網體系設計任務與要求1熟悉掌握物聯網概念。2了解物聯網的支撐技術。3自行設計一套M2M的物聯網應用。4編寫此套應用的論文，字數不少于1000-20000論文應該圖文并茂，貼近日常應用。充分發揮，自由想象。論文中應著重介紹一種物聯網支撐技術。設計步驟1課前調查2確定方向3著手編寫4及時修正概念介紹M2M定義：M2M是machine-to-machine的簡稱，即“機器對機器”的縮寫，也有人理解為人對機器(man-to-machine)、機器對人(machine-to-man)等，旨在通過通信技術來實現人、機器和系統三者之問的智能化、交互式無縫連接。M2M設備是能夠回答包含在一些設備中的數據的請求或能夠自動傳送包含在這些設備中的數據的設備。M2M通信與物聯網的核心理念一致，不同之處是物聯網的概念、所采用的技術及應用場景更寬泛。而M2M則聚焦在無線通信網絡應用上，是物聯網應用的一種主要方式。設計的物聯網應用：智能手環一產品設計1概述:智能手環是一種穿戴式智能設備。通過這款手環，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、飲食還有健康等實時數據，并將這些數據與手機、平板同步，起到通過數據指導健康生活的作用；并且還具備通話，接收短信，SOS緊急報警系統，GPS系統。2設計理念：在當今社會，老齡化越來越嚴重，年輕人因為工作比較忙，所以一些老人得不到很好的照顧。當我們一個人在家出現一些突發病癥時，會因為不能及時呼救，而錯過最佳治療時機。當我們跟朋友出去玩不小心失散的時候，可能會因為手機沒有信號而找不到隊友。我們常常不能合理健康的搭配食物而到導致我們遇到一些疾病，比如：急性腸胃炎。在我們運動的時候想要找到適合自己的運動方式。現在都是智能機，當他們想給我們打電話的時候常常有很多老人無法適應并且正確使用智能機。因此，我非常聰明的設計了這款智能手環。3設計原理：智能手環通過一個主控芯片來控制，通過一個運動傳感器來跟蹤你的運動狀態和睡眠活動，通過重力加速傳感器判斷人運動的動作得到一些基礎數據傳送給主控芯片。由數據連接模塊運動傳感器，三軸加速度傳感器等傳感器，以及一些電池、藍牙通訊模塊、震動馬達、指示燈，GPS等基本部件組成。并且為它嵌入一個獨立的操作系統，以及利用與物聯網有關的技術，如：射頻識別來完成我們想要達到的效果。4產品功能：①當家里的老人一個人在家出現突發病癥時，這款手環就會啟動報警系統，自動撥打”120”，且提供自己的位置，讓病人及時得到治療，向跟它連接的手機發送報告。②當你踉朋友出去玩走散的時候，在偏遠的山區沒有信號，可以通過定位系統向朋友報告你的位置。③可以每天監控你的睡眠質量，讓你清晰地看到你的生活狀態，讓你可以得到很好地休息，有一個好的狀態。④當你每天鍛煉的時候，它可以幫你計數，及時反映你的情況，比如：燃燒了多少卡路里。并且根據你的身體健康狀況為你制定一套適合你的運動。

⑤當人受到外界傷害時，他會自動開啟錄像動能，及時記錄你的受傷情況。就不會出現“扶不扶”的討論，家人也能清楚地了解情況。⑥早上讓你遠離鬧鐘的吵擾，用微振動把你從睡夢中喚醒；可以根據你的飲食習慣和身體情況做出對比分析，替你指定一套科學合理的健康飲食；可以用語音操作，還可以手動控制。它還可以實現坐姿提醒，防盜等功能。5總結：有了這款智能手環，老人能得到很好地照顧，家人也能及時了解情況，不用在每天擔心父母。也不會在孤身一人發生危險的時候，無法向外界求救。有了這款手環，可以讓你擁有一套適合自己的運動方式以及一套科學合理的健康飲食，及時反映你的身體情況，讓你有一個健康的身體。二設計電路設計電路：主芯片用Atmal328P，芯片引腳及各個形狀如下:U1ATME<jA32即PC5/KESET/PCINT14PDO/'RXD-PCINTiePC5/KESET/PCINT14PDO/'RXD-PCINTiePDl.TXD：TCrNT17PD31NTOPCINTI&PD3/CNT1OC2BPCTNT19PD4.T0/XCK.-PCTXT20VCCGNDPB6，TOSC1/XTAL1TCTNT6PBr，TOSCIXTALNTCZT『PD5/TIOCflB.PCIXT21PDS'AINO『OCUAVCINT22PD7/ArN?TCrNT23PBO/lCPl/CLKO/TCLNTOPC5VADC5/Sa-PCIXTUPC4/ADC4/SDArI>CTXT12PC3/ADC3/PCINT1]PC）為DC3PCINT10PCPADC]TCINT9PCO/ADCQ.TCrNTSGNDAREFAVCCPB5/SCK.'TCrNT5PB4/\nSO.TCINT4PB3/MOSI；JOC2A.TCINT3

PB2/^S；OC]B/TCINT2PBl/OClA^CrNTl1最小系統一個嵌入式處理器自己是不能獨立工作的，必須給它供電、加上時鐘信號、提供復位信號

如果芯片沒有片內程序存儲器，則還要加上存儲器系統，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。時鐘系統供電系統

（電源）存修器系統復位及其

配置系統①模擬電源圖1-1模擬開關電路時鐘系統供電系統

（電源）存修器系統復位及其

配置系統①模擬電源圖1-1模擬開關電路②時鐘電路目前所有的微控制器均為時序電路，需要一個時鐘信號才能工作，大多數微控制器具有晶體振蕩器。利用微控制器內部的晶體振蕩器來提供時鐘信號。如圖1-2所示。

圖1-2時鐘電路③復位電路復位電路可以使用簡單的阻容復位，這個電路成本低廉，但不能保證任何情況產生穩定可靠的復位信號，所以一般場合需要使用專門的復位芯片。如圖1-3圖1-2時鐘電路PCQ/ADC0/PCINT8PC1/.ADC1/PCINT9PC2/ADC2/PCINT1。PC3/ADC3/PCIISrTl1PC4/ADC4/SDA/PCITMT12FCj/ADC^/SCL/PCIMT13pcg/rkseT/pciistt14Z_3Z4T5T6Z7zsTRIZ_3Z4T5T6Z7zsTRI10K47u④電源去震蕩電路由五個電容、接地跟電源組成為芯片去除電源中的一些毛刺跟震蕩。如圖1-4所示。圖1-4電源去震蕩電路外接設備：通過一個運動傳感器與一個語音識別系統把接收到的信息輸入到主芯片Atmal328P中，在通過主芯片Atmal328P中的嵌入式程序運行后輸出一個結果在手環上顯現出來。2傳感器接收電路（運放、A/D）①A/D轉換器A/D轉換器的基本時鐘由VPB時鐘提供。可編程分頻器可將時鐘調整至逐步逼近轉換所需的4.5MHz（最大）。如要要得到10位精度的結果，需要11個A/D轉換時鐘。A/D轉換器的引腳描述如圖2-1所示引腳名稱類型引腳描述AIN7?AIN0輸入模擬輸入。A/D轉換器單元可分時測量這8個引腳上的輸入信號電壓。即使這些引腳設置為GPIO功能，仍可以使用A/D轉換器部件。V3A,VSSA電源模擬電源和地。它們分別與標稱的V3和VSSD的電壓相同，但為了降低噪聲和出錯幾率，兩者應當隔離。轉換器的VrefP和VrefN信號在內部與這兩個電源信號相連。圖2-1A/D引腳描述A/D轉換器的內部結構如圖2-2所示。AINOAIN1AIN7AZD控制寄存器.FpclkADCRAD轉換時鐘*VICAINOAIN1AIN7AZD控制寄存器.FpclkADCRAD轉換時鐘*VIC圖2-2A/D轉換器的內部結構②運算放大器運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合反圖2-3A/D轉換電路3鍵盤①獨立式按鍵輸入原理：根據io□的狀態了解外部按鍵是否按下;優點：編程簡單；缺點：口線利用率不高②行列式按鍵輸入原理：行線逐個輸出，列線讀入，循環一次可以了解外部按鍵狀態;優點：可以連接較多按鍵；缺點：編程較復雜。4報警器、蜂鳴器①報警器原理：當IO口輸出高電平時LED熄滅，輸出低電平時LED點亮。使用時要注意IO口的驅動能力；優點：編程簡單；缺點：信息簡單；【當發生意外時，報警燈亮起并且震動，或者當被盜時報警燈自動亮起】電路圖如幽-1所圖4-1報警器電路②蜂鳴器如果為直流蜂鳴器，那么只需提供額定電壓就可以鳴叫。如果為交流蜂鳴器，那么需要提供一定頻率的交流信號，蜂鳴器才能鳴叫。通過IO口控制蜂鳴器的供電。【當發生意外或者被盜時蜂鳴器自動響起】電路圖如圖4-2所示。

1：-ZZEE圖4-2蜂鳴器電路5數碼管①定義為單工、半雙工和全雙工三種。②同步串行通信方式數碼管是一類價格便宜使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發亮，從而顯示出數字能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數的器件。電路圖如圖5-1所示。3?Tn-SEG-ZP1：-ZZEE圖4-2蜂鳴器電路5數碼管①定義為單工、半雙工和全雙工三種。②同步串行通信方式數碼管是一類價格便宜使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發亮，從而顯示出數字能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數的器件。電路圖如圖5-1所示。3?Tn-SEG-ZP二Fl圖5-1數碼管電路6串口串行接口(SerialInterface)是指數據一位一位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現雙向通信(可以直接利用電話線作為傳輸線)。串行通訊可以進一步分PC3-.ADC5S.CLpermsPCiADC4.SDAPC1XTL?.pcsadds-perm1PC2.ADC2.PCCT10PCl.-MXIPCDIT^PCJADCOPCDITS0X3AREFAVCCP35SCKPCDIT5PB4XnS0..PCINl4PB3MQSIOC2APCDIT3PB2S?OC13PCINnFBI0C1APCDTT1vcc同步串行是指SPI(SerialPeripheralinterface)的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。SPI總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息，TRM450是SPI接口。③異步串行通信方式異步串行是指UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，通用異步接收/發送。UART是一個并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL電平的串口和RS232電平的串口。7I2C①定義I2C(Inter-IntegratedCircuit)總線是由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。是微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。圖7-1圖7-1I紀接口電路②串行數據傳送在總線備用時SDA和SCL都必須保持高電平狀態，只有關閉I2C總線時才能使SCL鉗位在低電平。在I2C總線數據傳輸時，在時鐘線高電平期間，數據線上必須保持有穩定的邏輯電平(也就是說在數據傳輸期間只有時鐘線低電平期間，才允許數據線上的電平發生變化)。如圖7-2所示。SCLSDA時日line?SCLSDA時日line?changeIjtable： |of-datadatavalidallowed圖圖7-2串行數據傳送③開始和結束SCL線是高電平時，SDA線從高電平向低電平切換，這個情況表示起始條件；SCL線是高電平時，SDA線由低電平向高電平切換，這個情況表示停止條件。如圖7-3所圖7-3圖7-3開始和結束④I2C數據傳送I2C總線數據傳送時，每傳送一個字節數據后都必須有應答信號（A）。主控器接收數據時，如果要結束通信時，將在停止位之前發送非應答信號（A非）。如圖7-4所示。非應答信號非應答信號圖7-4數據傳送8傳感器應用①三軸加速度傳感器三軸加速度傳感器是運動監測設備普遍具備的基本傳感器，通常被用來記錄行進步數。通過測量方向和加速度力量，能夠測量空間中X軸、Y軸、Z軸的加速度，能夠感應人體在各個方向的振動，從而達到計步操作。②皮電反應傳感器皮電反應傳感器是一種更高級的生物傳感器，通常配備在一些可以監測汗水水平的設備上。簡單來說，人類的皮膚是一種導電體，當我們開始出汗，皮電反應傳感器便可以檢測出汗水率，配合加速度計及先進的軟件算法，有利于更準確地監測用戶的運動水平。③光學心率傳感器光學心率傳感器是目前運動監測設備逐漸流行的配置，使用LED發光照射皮膚、血液吸收光線產生的波動來判斷心率水平。9GPS定位①定義利用GPS定位衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統，稱為全球衛星定位系統，簡稱GPS。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，GPS可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監控及呼叫指揮等功能。要實現以上所有功能必須具備GPS終端、傳輸網絡和監控平臺三個要素。②應用通過GPS定位和監控管理系統