第6章無線傳感器網絡及其應用6.1無線SoC片上系統CC2530概述

6.2CC2530芯片

6.3CC2530芯片功能結構

6.48051CPU介紹

6.5CC2530的主要外部設備

6.6案例應用——基于物聯網的交通流仿真平臺

6.7物聯網智能家庭實景系統

6.8本章小結

6.1無線SoC片上系統CC2530概述

CC2530是TI公司推出的用于2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統解決方案。它能夠以非常低的成本建立強大的網絡節點。它在CC2430的基礎上，對實際應用中存在的問題進行了改進，增大了緩存，存儲容量最大支持256KB。它結合了先進RF收發器的優良性能，通信距離可達400m，不用像CC2430一樣外加功放來擴展距離。另外，它支持最新的2007ZigBee協議棧。

CC2530有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。它具有不同的運行模式，尤其適應超低功耗要求的系統，運行模式之間的轉換時間短，進一步確保了低能耗。CC2530F256結合了TI在業界領先的ZigBee協議棧(Z-Stack)，提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案。CC2530F64則結合了TI的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個強大和完整的ZigBeeRF4CE遠程控制解決方案。表6-1給出了CC2530和CC2430的具體參數比較。表6-1CC2530與CC2430參數比較

6.2CC2530芯片

CC2530采用增強型8051MCU，內置了ZigBee協議棧，加上超低功耗，使得它可以用很低的費用構成ZigBee節點。它結合了一個高性能2.4GHzDSSS核心射頻收發器和工業級的8051控制器。CC2530能夠提高系統性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4GHzISM波段應用對低成本、低功耗的要求。

CC2530芯片結構圖如圖6-1所示，芯片上除了ZigBee射頻(RF)前端、8位增強型8051MCU，32/64/128/256KB可編程閃存和8KB的SRAM外，還包含模擬數字轉換器(ADC)、4個定時器(Timer)、AES加密解密內核、看門狗定時器(WatchDogTimer)、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(PowerOnReset)等，具有21個可編程I/O引腳。圖6-1CC2530芯片結構示意圖

CC2530芯片引腳示意圖如圖6-2所示。CC2530芯片采用0.18μmCMOS工藝生產，6mm?×?6mm的QFN40封裝模式，工作時電流損耗為24mA。它由休眠模式轉換到主動模式只需要4μs(供電模式一)，電流損耗只有0.2mA，這種轉換的快速性及低功耗特性特別適合某些要求電池壽命非常長的場合。圖6-2CC2530引腳示意圖

6.3CC2530芯片功能結構

1.?I/O端口線引腳功能

CC2530芯片有21個數字輸入/輸出引腳，可以配置為通用數字I/O或外設I/O信號線，用于連接到ADC、定時器或USART等外部設備。這些I/O口可以通過相應的寄存器進行配置。用作通用I/O時，引腳可以組成3個8位端口，即端口0、端口1和端口2，分別表示為P0、P1和P2。其中，P0和P1是完全的8位端口，而P2僅有5位可用。所有的端口均可以通過SFR寄存器P0、P1和P2位尋址和字節尋址。每個端口引腳都可以單獨設置為通用I/O或外部設備I/O。

I/O端口具備如下重要特性：

(1)輸入口具備上拉或下拉能力。

(2)具有外部中斷能力。21個I/O引腳都可以用作于外部中斷源輸入口。因此如果需要外部設備可以產生中斷。外部中斷功能也可以從睡眠模式喚醒設備。

(3)除了兩個高驅動輸出口P1.0(11腳)和P1.1(9腳)各具備20mA的輸出驅動能力之外，所有的輸出均具備4mA的驅動能力。

2.電源線引腳功能

(1)?AVDD引腳具有2V～3.6V模擬電源連接功能。

(2)?DCOUPL為1.8V數字電源去耦引腳。

(3)?DVDD為2V～3.6V數字電源連接引腳。

(4)?GND為接地引腳，必須連接到一個堅固的接地面。

3.控制線引腳功能

(1)?RBIAS30腳：模擬I/O，參考電流的外部精密偏置電阻。

(2)?RESET_N20腳：數字輸入復位，活動到低電平。

(3)?RF_N26腳：RFI/ORX期間負RF輸入信號到LNA。

(4)?RF_P25腳：RFI/ORX期間正RF輸入信號到LNA。

(5)?XOSC_Q122腳：模擬I/O32MHz晶振引腳1或外部時鐘輸入。

(6)?XOSC_Q223腳：模擬I/O32MHz晶振引腳2。

6.48051CPU介紹

針對協議棧、網絡和應用軟件對MCU處理能力的要求，CC2530中包含了一個增強型工業標準的8位8051微控制器內核，其時鐘頻率為32MHz。通過縮短執行時間和取消某些被浪費掉的總線狀態，在同樣使用標準8051指令集的情況下，CC2530增強型8051內核具有8倍于標準8051內核的性能。

CC2530包含一個DMA控制器，8KBSRAM，其中4KB是超低功耗SRAM。32/64/128/256KB的片內Flash塊提供了電路可編程非易失性存儲器。

CC2530集成了4個振蕩器用于系統時鐘和定時操作：一個32MHz晶體振蕩器，一個16MHzRC振蕩器，一個可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個可選的32.768kHzRC振蕩器。

CC2530中集成的AES協處理器可支持IEEE802.15.4MAC安全所需要的(128位關鍵字)AES的運行，并且盡可能少地占用微控制器。

CC2530中斷控制器為18個中斷源提供服務，每個中斷源都可賦予4個中斷優先級中的一個。CC2530的調試接口采用兩線串行接口，該接口用于電路調試和外部Flash編程，其I/O控制器的職責是對21個通用I/O端口進行靈活分配和可靠控制。大部分單指令的執行時間為一個系統時鐘周期。除了速度的提高，CC2530增強型8051內核還增加了兩個部分：一個數據指針和擴展的18個中斷源。

CC2530的8051內核的目標代碼兼容標準的8051的微處理器，可以使用標準8051的匯編器和編譯器進行軟件開發，所有CC2530的8051指令在目標碼和功能上與同類的標準8051產品完全等價。由于它的內核使用不同于標準8051的指令時鐘，因此在編程時與標準的8051代碼略有不同。

6.4.1存儲器

8051CPU有4個不同的存儲空間。

(1)代碼(CODE)：16位只讀存儲空間，用于程序存儲(如圖6-3所示)。圖6-3程序存儲空間及其映射

(2)數據(DATA)：8位可存取存儲空間，可以直接或間接被單個的CPU指令訪問。該空間的低128字節可以直接或間接訪問，而高128字節只能夠間接訪問。

(3)外部數據(XDATA)：16位可存取存儲空間，通常需要4～5個CPU指令周期來訪問(如圖6-4所示)。圖6-4片內數據存儲空間及其映射

(4)特殊功能寄存器(SFR)：7位可存取寄存器存儲空間，可以被單個的CPU指令訪問。

存儲器映射圖與標準的8051存儲器映射圖的不同之處有兩個方面：

(1)為了使得DMA控制器能夠訪問全部物理存儲空間，全部物理存儲器都映射到XDATA存儲空間；

(2)代碼存儲器空間可以選擇，因此全部物理存儲器可以通過使用代碼存儲器空間統一映射到代碼空間。6.4.2特殊功能寄存器

特殊功能寄存器(SFR)用于控制8051CPU的核心和外部設備。一部分8051CPU核心寄存器與標準8051特殊功能寄存器的功能相同；另一部分寄存器則與之不同，它們用作外部設備單元接口，以及控制RF收發器。

特殊功能寄存器控制CC2530的8051內核及其外設的各種重要功能。大部分的CC2530特殊功能寄存器與標準的8051特殊功能寄存器功能相同，只有少部分不同。不同的特殊功能寄存器主要是用于控制外設以及射頻發射。

6.5CC2530的主要外部設備

6.5.1I/O端口

CC2530的I/O寄存器有P0、P1、P2、PERCFG、P0SEL、P1SEL、P2SEL、P0DIR、P1DIR、P2DIR、P0INP、P0INP、P1INP、P2INP、P0IFG、P1IFG、P2IFG、PICTL、P1IEN。PERCFG為外設控制寄存器，PXSEL(X為0，1，2)為端口功能選擇寄存器，PXDIR(X為0，1，2)為端口用法寄存器，PXINP(X為0，1，2)為端口模式寄存器，PXIFG(X為0，1，2)為端口中斷狀態標志寄存器，PICTL為端口中斷控制，P1IEN端口1為中斷使能寄存器。

1.通用I/O

當用作通用I/O時，引腳可以組成3個8位端口(0～2)，定義為P0，P1，P2。其中，P0，P1為完全的8位口，而P2僅有5位可以用。所有的口均可以位尋址，或通過特殊功能寄存器由P0、P1和P2字節尋址。每個端口都可以單獨設置為通用I/O或外部設備I/O。除了兩個高端輸出口P1_0和P1_1之外，所有的端口用作輸出均具備4mA的驅動能力；而P1_0和P1_1具備20mA的驅動能力。寄存器PXSEL(X為0，1，2)為端口功能選擇寄存器，用來設置I/O端口為8位通用I/O或者是外部設備I/O。任何一個I/O端口在使用之前，必須首先對寄存器PXSEL賦值。作為缺省的狀況，每當復位之后，所有的I/O引腳都設置為8位通用I/O，而且，所有的通用I/O都設置為輸入。在任何時候，要改變一個引腳口的方向，使用寄存器PXDIR即可。只要設置PXDIR中的指定位為1，其對應的引腳口就被設置為輸出。用作輸入時，每個通用I/O端口的引腳都可以設置為上拉、下拉或三態模式。缺省狀態下，復位之后，所有的口均設置為上拉輸入。要將輸入口的某一位取消上拉或下拉，就要將PXINP中的對應位置1。

2.通用I/O中斷

通用I/O引腳設置為輸入后，可用于產生中斷。中斷可以設置在外部信號的上升或下降沿觸發。每個P0、P1和P2口的各位都可以中斷使能，整個端口中所有的位也可以中斷使能。

P0、P1和P2口對應的寄存器為IEN1和IEN2。

(1)?IEN1P0IE：P0中斷使能；

(2)?IEN2P1IE：P1中斷使能；

(3)?IEN2P2IE：P2中斷使能。除了所有的位中斷使能之外，每個口的各位都可以通過位于I/O端口的特殊功能寄存器實現中斷使能。P1中的每一位都可以單獨使能，P0中的低4位可以各自使能，P2_0～P2_4可以共同使能。

用于中斷的I/O口特殊功能寄存器，其中斷功能如下：

(1)?P1IEN：P1中斷使能；

(2)?PICTL：P0/P2中斷使能，P0～P2中斷觸發沿設置；

(3)?P0IFG：P0中斷標志；

(4)?P1IFG：P1中斷標志；

(5)?P2IFG：P2中斷標志。

3.通用I/ODMA

當用作通用I/O引腳時，每個P0和P2口都關聯一個DMA觸發。對于P0中的任何一個引腳，當輸入傳送發生時，DMA的觸發為IOC_0。同樣，對于P1中的任何一個引腳，當輸入傳送發生時，DMA的觸發為IOC_1。

4.外部設備I/O

數字I/O引腳可以配置為外部設備I/O。通常選擇數字I/O引腳上的外部設備I/O功能，需要將對應的寄存器位PXSEL置1。注意，該外部設備具有兩個可以選擇的位置對應它們的I/O引腳。

SFR寄存器位PERCFG。U0CGF選擇計數器上I/O的位置，確定是位置1或者位置2的口將設置為模擬模式。

5.未使用的引腳

未使用的引腳應當定義電平，而不能懸空。一種方法是：該引腳不連接任何元器件，將其配置為具有上拉電阻的通用輸入端口。這也是所有引腳在復位期間的狀態。這些引腳也可以配置為通用輸出端口。為了避免額外的能耗，無論引腳配置為輸入接口還是輸出接口，都不可以直接與VDD或者GND連接。

6.?I/O寄存器

I/O寄存器有19個，分別是P0(端口0)、P1(端口1)、P2(端口2)、PERCFG(外部設備控制寄存器)、ADCCFG(ADC輸入配置寄存器)、P0SEI(端口0功能選擇寄存器)、P1SEI

(端口1功能選擇寄存器)、P2SEI(端口2功能選擇寄存器)、P0DIR(端口0方向寄存器)、P1DIR(端口1方向寄存器)、P2DIR(端口2方向寄存器)、P0INP(端口0輸入模式寄存器)、P1INP(端口1輸入模式寄存器)、P2INP(端口2輸入模式寄存器)、P0IFG(端口0中斷狀態標志寄存器)、P1IFG(端口1中斷狀態標志寄存器)、P2IFG(端口2中斷狀態標志寄存器)、P1CTL(端口1中斷控制寄存器)、P1IEN(端口1中斷屏蔽寄存器)。6.5.2DMA控制器

CC2530內置一個存儲器直接存取(DMA)控制器。該控制器可以用來減輕8051CPU內核傳送數據時的負擔，使CC2530能夠高效利用電源。只需要CPU極少的干預，DMA控制器就可以將數據從ADC或RF收發器傳送到存儲器。DMA控制器控制所有的DMA傳送，確保DMA請求和CPU存取之間按照優先等級協調、合理地運行。DMA控制器含有若干可編程設置的DMA信道，用來實現存儲器到存儲器的數據傳送。

DMA控制器控制數據傳送可以超過整個外部數據存儲器空間。由于SFR寄存器映射到DMA存儲器空間，使得DMA信道的操作能夠減輕CPU的負擔。例如，從存儲器傳送數據到USART，按照規定的周期在ADC和存儲器之間傳送數據；通過從存儲器中傳送一組參數到I/O端口的輸出寄存器，產生需要的I/O波形。使用DMA可以保持CPU在休眠狀態(即低能耗模式下)下與外部設備之間傳送數據，降低了整個系統的能耗。

DMA控制器的主要性能如下：

(1)?5個獨立的DMA信道；

(2)?3個可以配置的DMA信道優先級；

(3)?31個可以配置的傳送觸發事件；

(4)?對源地址和目標地址獨立控制；

(5)?3種傳送模式：單獨傳送、數據塊傳送和重復傳送；

(6)支持數據從可變長度域傳送到固定長度域；

(7)既可工作在字(WordSize)模式，又可工作在字節(ByteSize)模式。6.5.3AES(高級加密標準)協處理器

CC2530數據加密是由支持高級加密標準的協處理器完成的。AES協處理器的加密/解密操作極大地減輕了CC2530內置CPU的負擔。

AES協處理器具有下列特性：

(1)支持IEEE802.15.4的全部安全機制；

(2)具有ECB(電子編碼加密)、CBC(密碼防護鏈)、CBF(密碼反饋)、OFB(輸出反饋加密)、CTR(計數模式加密)和CBC-MAC(密碼防護鏈消息驗證代碼)模式；

(3)硬件支持CCM(CTR+CBC-MAC)模式；

(4)?128位密鑰和初始化向量(IV)/當前時間(Nonce)；

(5)?DMA傳送觸發能力。

1.?AES操作

加密一條消息的步驟如下：①裝入密碼；②裝入初始化向量(IV)；③為加密/解密而下載/上傳數據。

AES協處理器中運行128位的數據塊。數據塊一旦裝入AES協處理器，就開始加密。在處理下一個數據塊之前，必須將加密好的數據塊讀出。每個數據塊裝入前，必須將專用的開始命令送入協處理器。

2.密鑰和初始化向量

密鑰或初始化向量(IV)/當前時間裝入之前，應當發送裝入密鑰或IV/當前時間的命令給協處理器。裝入密鑰或初始化向量，將取消任何協處理器正在運行的程序。密鑰一旦裝入，除非重新裝入，否則一直有效。在每條消息之前，必須下載初始化向量。通過CC2530復位，可以清除密鑰和初始化向量值。

3.填充輸入數據

AES協處理器運行128位數據塊，最后一個數據塊少于128位，因此必須在寫入協處理器時填充0到該數據塊中。

4.?CPU接口

CPU與協處理器之間利用三個特殊功能寄存器進行通信：ENCCS(加密控制和狀態寄存器)、ENCDI(加密輸入寄存器)以及ENCDO(加密輸出寄存器)。

狀態寄存器通過CPU直接讀/寫，而輸入/輸出寄存器則必須使用存儲器直接存取(DMA)。有兩個DMA信道必須使用，其中一個用于數據輸入，另一個用于數據輸出。在開始命令寫入寄存器ENCCS之前，DMA信道必須初始化。寫入一條開始命令會產生一個DMA觸發信號，傳送開始。當每個數據塊處理完畢時，產生一個中斷。該中斷用于發送一個新的開始命令到寄存器ENCCS。

5.操作模式

當使用CFB、OFG和CTR模式時，128位數據塊分為4個32位的數據塊。每32位裝入AES協處理器，加密后再讀出，直到128位加密完畢。注意，數據是直接通過CPU裝入和讀出的。當使用DMA時，就由AES協處理器產生的DMA觸發自動進行。實現加密和解密的操作類似。

CBC-MAC模式與CBC模式不同。運行CBC-MAC模式時，除了最后一個數據塊，每次以128位的數據塊下載到協處理器。最后一個數據塊裝入之前，運行的模式必須改變為CBC。當最后一個數據塊下載完畢后，上傳的數據塊就是MAC值了。CCM是CBC-MAC和CTR的結合模式。因此有部分CCM必須由軟件完成。兩種運行模式的具體操作細節請參考相關手冊。6.6案例應用——基于物聯網的交通流仿真平臺

6.6.1系統總體介紹

本節將具體介紹CHD1807型基于物聯網的交通流仿真系統(以下簡稱CHD1807仿真系統)。整個CHD1807仿真系統由速度、車距、循跡等傳感器群、車車通信節點和RFID貨物信息管理芯片以及監控終端上位機組成，其系統結構框圖如圖6-5所示。在整個交通流仿真系統中，由多個貨物裝載小車在規定跑道范圍內完成自組網，各小車搭載的循跡、速度等傳感器能夠實時準確地檢測到各輛車的狀態，并且能夠相互通信交換數據。在自組網的基礎上，各車可以將采集到的數據進行實時處理，然后通過單跳或者多跳的方式發送到Coordinator節點，經過該節點將數據傳送給監控上位機，上位機對數據進行處理后決定是否抬起欄桿給相關小車放行。圖6-5CHD1807仿真系統結構框圖

CHD1807仿真系統中，集合了速度、循跡、車距檢測傳感器和RFID貨物信息芯片的模擬貨運小車是整個物聯網模擬系統的基本單元，構成了整個無線傳感器交通流監測系統的基礎支撐平臺，整個系統包括兩大模塊：

(1)?RFID貨物信息管理系統：實現貨物信息的管理。

(2)?物流定位系統：實現貨運車輛的定位及跟蹤功能。

RFID貨物信息管理系統的主要功能包括管理員賬戶管理、貨物信息管理和欄桿機控制三部分。該系統能夠根據模擬小車實時傳回的數據進行分析，并能夠以圖文形式顯示相應指標。物流定位系統主要實現貨運車輛的實時位置跟蹤，以便隨時掌握車輛信息并進行實時控制。另外，各模擬小車節點可以自組網，具有無線收發功能。傳感器節點要求功耗低，具有開啟、睡眠、休眠等多種工作方式，并且能夠支持ZigBee協議。

6.6.2交通流仿真系統布設

CHD1807仿真系統的布設主要用于模擬實際道路行駛環境。系統跑道外觀如圖6-6所示，尺寸為長5.5mm，寬3m，包含四個環形車道和一個服務區，每個車道寬18cm；車道中央為一環形區域，寬80cm，主要用于放置相關設備及備用車輛停車；環形跑道為整個平臺的基礎，智能小車可以沿著跑道上的循跡引導線自動行駛。每條車道中心有一條黑色引導線，作為小車循跡引導線。圖6-6CHD1807仿真平臺布設圖6.6.3系統硬件研制

CHD1807仿真平臺的硬件部分主要由兩部分組成，即循跡小車和RFID貨物管理信息管理系統。其中，循跡小車是本系統的重要組成部分。

1.循跡小車研制

循跡小車是CHD1807仿真平臺中模擬交通流的主要工具，共包括控制模塊、電源管理模塊、通信模塊、循跡模塊、避障模塊、導航模塊等6部分。循跡小車控制部分采用ATMEL公司的8位ATmega16單片機為控制核心，圖6-7為ATmega16單片機的引腳圖。循跡小車的速度、姿態檢測、障礙信息的檢測等信號處理都是通過此控制部分完成的，可以說該部分是整個循跡小車的“大腦”。

循跡車采用7.4V可充電式鋰電池為車載各部分設備供電，電池預留充電接口。鋰電池電壓絕對不能低于7.4V，否則會對鋰電池造成永久性損害，所以在使用小車前請檢查電池電壓(使用萬用表測量電池電壓)，及時為電池充電。電源管理模塊的主要功能是為循跡小車其他部分提供電源，其電路如圖6-8所示。圖6-7ATmega16單片機引腳圖圖6-8循跡小車電源管理模塊電路圖循跡小車上所加載的通信模塊采用本章介紹的CC2530基于ZigBee協議的無線通信模塊，這里不再贅述。圖6-9為本系統采用的實際CC2530通信模塊。圖6-9CC2530通信模塊循跡小車通信模塊的主要功能是控制小車按照規定軌道行進。圖6-10給出了CHD1807仿真系統循跡示意圖，在該系統中地面背景為灰色，虛線框表示機器人底盤，Q為事先隨意規劃的黑色路徑引導線，L和R為循跡小車行走的左、右電機，A、B、C為3個相同的巡線反饋模塊，給系統提供反饋信號表明對應模塊下方是否有黑色軌跡線。在機器人前進過程中，系統不斷掃描A、B、C這3個巡線反饋模塊，得到引導線Q和A、B、C的相對位置，循跡小車的控制模塊程序結合場地其他信息及預定行走路徑，向左、右電機的發出相應的姿態調整指令，分別改變左、右電機的轉速，使循跡小車能夠按照規定的線路行進。圖6-10循跡小車前進示意圖循跡小車的避障模塊主要有兩個功能，一是保持前后車之間的距離，防止追尾；二是在車輛左右側傳感器的協助下完成超車動作，超車完成后回歸車道。避障模塊的傳感器配置如圖6-11所示。

循跡小車的導航模塊為北斗導航系統。視用戶需求也可以采用GPS定位導航系統。

循跡小車的研制是整個系統的重中之重，CHD1807仿真系統研制的循跡小車如圖6-12所示。圖6-11避障模塊傳感器配置示意圖圖6-12循跡小車

2.貨物信息管理系統硬件研制

貨物信息管理系統主要通過對RFID產品進行開發，定制一套專用的運輸貨物信息管理系統，實現對貨物信息的日常管理。基本功能包括貨物信息采集、存儲、查詢、車輛放行控制、報警提示等。

該系統的主要硬件包括RFID標簽、RFID一體機、欄桿機控制器、欄桿機等。

本系統采用的RFID一體機主要性能指標如下：

(1)工作頻段：902～928MHz；

(2)讀距離：5～6m(與標簽有關系)；

(3)支持協議：ISO18000-6B，ISO18000-6C(EPCGEN2)。

RFID標簽性能指標如下：

(1)工作頻率：902～928MHz；

(2)工作溫度：－15℃～55℃；

(3)識別距離：1～10m(與讀寫器及天線有關系)；

(4)儲存容量：96bit；

(5)支持協議：ISO18000-6C、ISO18000-6B；

(6)適應車速：60km/h。6.6.4系統調試

CHD1807仿真系統在搭建時，根據實際情況，進行了4輛循跡小車的組網運行實驗。上位機的控制系統軟件采用VC++編寫，數據庫采用SQLServer2005。系統中欄桿機及RFID讀寫裝置的數據線都要連接到計算機串口。

CHD1807仿真系統仿真實驗是先打開4輛循跡小車，使得小車每兩個一組在特定軌道上運行,每個小車都載有RFID標簽。4輛小車開始運行后首先完成自動組網，并向系統控制計算機發回車輛狀態信息，完成和控制中心的信息交互。當循跡小車載著RFID標簽通過RFID一體機天線下方時，系統自動讀取并判斷標簽信息是否合法。如果合法，則自動控制欄桿機抬起，放行車輛。如果不是合法車輛則自動攔停車輛。

CHD1807仿真系統控制軟件主要功能如下：

(1)貨物信息采集：每張RFID標簽與指定運輸貨物綁定，標簽內存儲貨物唯一的ID信息，存儲在數據庫中。RFID標簽貼在貨物表面，當貨物跟隨車輛進入RFID系統天線的磁場感應范圍內時，系統軟件對RFID標簽上的信息進行自動讀取采集。

(2)信息存儲：對采集到的貨物信息進行存儲，自動錄入到數據庫中。

(3)信息查詢：對已經入庫的貨物進行查詢。

(4)車輛放行控制：系統對讀取到的標簽信息進行判斷,若運輸貨物信息合法，則控制欄桿機抬起，讓車輛通過。若運輸貨物信息不合法，將給出報警提示軟件界面。

(5)其他功能：賬戶信息管理、系統參數設置、統計結果顯示、列表顯示等。

(6)系統包含模塊：登錄、菜單、貨物信息管理、RFID參數配置等模塊。

系統調試主要步驟如下。

1．系統控制軟件登錄

系統控制軟件登錄界面如圖6-13所示。

系統超級用戶名：admin，密碼：888888，服務器IP：127.0.0.1或本機局域網IP。本機局域網IP可通過命令行ipconfig指令查詢，如圖6-14所示。圖6-13控制系統登錄界面圖6-14IP地址查詢將查到的本機IP填入登錄界面中的服務器IP一欄，點擊“登錄”按鈕即可進入控制系統。如果需要查詢當前用戶，可單擊用戶列表按鈕，彈出當前系統存在的賬戶列表，如圖6-15所示，雙擊賬戶進行登錄。圖6-15系統管理員列表登錄成功后會彈出登錄成功窗口。如果在登錄系統前沒有連接好設備的串口線，會出現如圖6-16所示的提示。使用時，將欄桿機和RFID讀寫器的串口線與計算機連接即可。

登錄成功后系統主界面如圖6-17所示。圖6-16登錄錯誤提示圖6-17控制系統主界面

2．RFID及欄桿機配置

由于CHD1807仿真系統的RFID讀寫裝置及欄桿機控制都需要連接到計算機的RS232串口上進行工作，所以在進入控制系統后首先要對系統串口進行配置，以使控制系統能夠正常工作。

進入主界面后，首先單擊“欄桿機控制”區域的按鈕，如果設備連接正常，可以看到串口號列表出現兩個可用串口號，如圖6-18、圖6-19所示。其中一個為欄桿機控制串口，另一個為讀寫器串口。圖6-18串口配置圖6-19串口參數對讀寫器所用設備的串口COM3、波特率等參數進行設定后，點擊圖6-18中的“連接”按鈕。如果連接成功則會出現如圖6-20所示的信息。圖6-20串口配置成功提示信息如果不能正常進行讀寫器連接，原因可能有兩個：

(1)串口未選擇正確，可通過改變正確的串口號重新連接；

(2)軟件系統未正常關閉。此時可先關閉RFID讀寫器，重啟，重新連接后便可正常連接。

3．貨物信息管理

貨物信息管理菜單項包含貨物信息設置、貨物信息查詢、貨物信息列表、貨物通過記錄等四項子菜單。

貨物信息設置子菜單包含貨物信息的增加、修改、刪除、查詢、更換圖片、預覽大圖等功能。其界面如圖6-21所示。圖6-21貨物信息設置界面圖6-21中各按鈕對應功能介紹如下：

(1)增加：增加貨品信息。注意，序列號必須為12位長度的數字。在使用新標簽時，需先增加標簽中12位數字ID信息，如100000000009，綁定指定的貨物，并可添加圖片等。這樣，系統在讀寫信息時才能在主界面自動更新顯示該標簽對應的貨物信息，否則會提示貨物不存在。

(2)修改：修改貨物信息。

(3)查詢：查詢時要先輸入要查詢貨物的序列號，否則會出現查詢內容為空的提示。

(4)刪除：刪除指定貨物信息。

(5)更換圖片：更換貨品對應的圖片。

(6)預覽大圖：顯示大尺寸預覽圖片。貨物信息查詢子菜單主要提供已有貨物信息查詢功能。查詢按鈕需要輸入12位序列號來查詢具體貨物，而模糊查詢只需要輸入關鍵詞就可以查詢貨物了。貨物查詢系統界面如圖6-22所示。用戶也可以在列表中選中某一行然后雙擊，也可以查看相關貨物的具體信息，如圖6-23所示。圖6-22貨物信息查詢列表圖6-23相應貨物信息圖6-24所示為貨物通過記錄子菜單，該菜單可以隨時記錄各種貨物通過欄桿機的時間和次數，方便對貨物運輸進行控制。圖6-24貨物通過記錄

4．導航模塊

導航系統分為導航終端和PC端兩部分，終端通過GPS或者北斗定位模塊獲得目前所處的位置，然后通過4輛小車的組網傳遞至PC接收端，繼而將定位信息接入GoogleEarth完成定位顯示功能。

CHD1807仿真系統中的導航終端采用北斗系統收集循跡小車位置信息，該芯片直接安裝在循跡小車上。收集到的信息經過CC2530傳輸至接收端控制PC，PC根據接收到的信息調用地圖以顯示循跡小車的實時位置。圖6-25所示為PC接收循跡小車位置信息的CC2530設備，圖6-26所示為循跡小車實時位置顯示。圖6-25位置接收設備圖6-26循跡小車實時位置

6.7物聯網智能家庭實景系統

6.7.1物聯網智能家庭實景實訓系統

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、智能家居-系統設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術等集成家居生活有關的設施，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，以提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

通過在實驗室搭建一個包括基于2.4?G無線傳感器網絡的各類監測設備以及家庭電器在內的智能家庭實景，了解物聯網技術在現實生活中的實際應用。了解各類傳感器及家庭電器智能化的使用及改造方法，使讀者掌握物聯網技術在智能家庭、智能電器控制、智能樓宇等領域的工程改造方法以及技術開發方法。6.7.2家庭室內監控部分

智能家庭實景系統如圖6-27所示。

(1)室內防盜監測：在室內布置無線節點及人體紅外傳感器，對非法入侵行為進行有效監測。

(2)室內溫、濕度監測：在室內布置無線節點及溫、濕度傳感器，實時顯示室內溫度、濕度數據及溫濕度場。

(3)室內光照度監測：在室內布置無線節點及光敏傳感器，實時監測光照強度并可根據預設程序控制窗簾開關及燈光強度。

(4)雨滴監測：在室內布置無線節點及雨滴傳感器，實時監測降雨信息并可控制自動晾衣桿伸縮。

(5)火災監測：在室內布置無線節點及煙霧傳感器，實時監測家庭中可能出現的火災并報警。

(6)可燃氣體泄漏監測：在室內布置無線節點及可燃氣體傳感器，實時監測室內天然