传感网应用开发(高级)

前言 学习单元1 数据采集1 1.1 模拟量传感数据采集2 1.1.1 光照度数据采集2 1.1.2 气体浓度数据采集7 1.1.3 模拟量转换为数字量的方法12 1.2 数字量传感数据采集13 1.2.1 温度数据采集14 1.2.2 湿度数据采集19 1.2.3 心率采集21 1.3 开关量传感数据采集23 1.3.1 红外信号数据采集23 1.3.2 声音信号数据采集27 1.4 误差分析30 1.4.1 真实值、平均值与中位数30 1.4.2 误差31 1.4.3 精密度与偏差32 1.4.4 误差产生原因分析33 1.4.5 减小误差的方法34 1.4.6 传感数据优化34 1.5 传感数据采集结果处理35 1.5.1 传感数据统计35 1.5.2 传感数据常见分布及抽样 方法36 1.5.3 传感数据常用统计工具36 单元总结39 学习单元2 RS-485总线通信应用开发41 2.1 总线概述42 2.2 串行通信的基础知识42 2.2.1 串行通信42 2.2.2 常见的电平信号及其电气 特性42 2.3 RS-485与RS-422/RS-232 通信标准43 2.4 RS-485收发器45 2.5 Modbus通信协议46 2.5.1 Modbus概述46 2.5.2 Modbus通信的请求与响应47 2.5.3 Modbus寄存器48 2.5.4 Modbus的串行消息帧格式48 2.5.5 Modbus功能码50 2.6 应用案例：智能安防系统构建55 2.6.1 任务1 案例分析55 2.6.2 任务2 完善工程代码59 2.6.3 任务3 系统搭建67 2.6.4 任务4 在云平台上创建项目70 单元总结75 学习单元3 CAN总线通信应用开发77 3.1 CAN总线基础知识78 3.1.1 CAN总线概述78 3.1.2 CAN技术规范与标准78 3.1.3 CAN总线的报文信号电平80 3.1.4 CAN总线的网络拓扑与节点 硬件构成80 3.1.5 CAN总线的传输介质81 3.1.6 CAN通信帧介绍82 3.1.7 CAN优先级与位时序87 3.2 CAN控制器与收发器89 3.2.1 CAN节点的硬件构成89 3.2.2 CAN控制器90 3.2.3 CAN收发器98 3.3 应用案例：生产线环境监测 系统的构建100 3.3.1 任务1 案例分析100 3.3.2 任务2 系统搭建102 3.3.3 任务3 完善工程代码与 编译下载102 3.3.4 任务4 CAN通信数据抓包 与解析112 3.3.5 任务5 云平台远程监测114 单元总结120 学习单元4 ZigBee协议栈组网开发121 4.1 基础知识122 4.1.1 ZigBee技术概述122 4.1.2 ZigBee网络中的设备类型122 4.1.3 Z-Stack协议栈124 4.2 任务1 基于Z-Stack的串口 通信129 4.2.1 任务要求129 4.2.2 知识链接129 4.2.3 任务实施137 4.3 任务2 基于Z-Stack的点对点 通信145 4.3.1 任务要求145 4.3.2 知识链接146 4.3.3 任务实施153 4.4 任务3 基于Z-Stack的点对 多点通信166 4.4.1 任务要求166 4.4.2 知识链接166 4.4.3 任务实施166 4.5 任务4 ZigBee节点入网和 退网控制175 4.5.1 任务要求175 4.5.2 知识链接175 4.5.3 任务实施176 单元总结178 学习单元5 蓝牙通信应用开发179 5.1 基础知识180 5.1.1 蓝牙技术简介180 5.1.2 蓝牙通讯模块简介180 5.1.3 BLE协议栈简介180 5.2 项目分析181 5.3 任务1 基于BLE协议栈的 串口通信181 5.3.1 任务要求181 5.3.2 知识链接181 5.3.3 任务实施183 5.4 任务2 主从机建立连接与 数据传输187 5.4.1 任务要求187 5.4.2 知识链接188 5.4.3 任务实施197 5.5 任务3 基于BLE协议栈的 无线点灯200 5.5.1 任务要求200 5.5.2 知识链接200 5.5.3 任务实施207 5.6 任务4 基于BLE协议栈的 串口透传214 5.6.1 任务要求214 5.6.2 知识链接214 5.6.3 任务实施221 5.7 任务5 蓝牙采集心率数据231 5.7.1 任务要求231 5.7.2 知识链接231 5.7.3 任务实施234 单元总结247 学习单元6 Wi-Fi通信应用开发249 6.1 基础知识250 6.1.1 Wi-Fi技术简介250 6.1.2 ESP8266 Wi-Fi通信 模块简介251 6.1.3 LwIP协议栈简介251 6.2 项目分析252 6.3 任务1 搭建Wi-Fi开发环境252 6.3.1 任务要求252 6.3.2 知识链接252 6.3.3 任务实施253 6.4 任务2 Wi-Fi工作模式开发269 6.4.1 任务要求269 6.4.2 知识链接269 6.4.3 任务实施271 6.5 任务3 基于LwIP的TCP Socket 开发274 6.5.1 任务要求274 6.5.2 知识链接274 6.5.3．任务实施274 6.6 任务4 Wi-Fi接入云平台281 6.6.1 任务要求281 6.6.2 知识链接281 6.6.3 任务实施282 单元总结294 学习单元7 NB-IoT通信应用开发295 7.1 NB-IoT技术简介296 7.1.1 LPWAN296 7.1.2 NB-IoT标准发展演进298 7.1.3 NB-IoT网络体系架构299 7.1.4 NB-IoT关键技术304 7.2 利尔达NB-IoT模组介绍308 7.2.1 NB86-G系列模块主要特性309 7.2.2 NB86-G模块引脚描述309 7.2.3 NB86-G系列模块工作模式312 7.2.4 NB86-G系列模块功能电路312 7.3 CoAP314 7.3.1 CoAP帧格式314 7.3.2 CoAP的URL315 7.3.3 CoAP观察模式315 7.3.4 CoAP块传输316 7.4 任务1 用UDP工具来调试 CoAP316 7.4.1 任务要求316 7.4.2 知识链接316 7.4.3 任务实施317 7.5 任务2 使用STM32CubeMX 生成基础工程320 7.5.1 任务要求320 7.5.2 任务实施320 7.6 任务3 在工程中添加代码包326 7.6.1 任务要求326 7.6.2 任务实施327 7.7 任务4 在源文件中添加代码333 7.7.1 任务要求333 7.7.2 任务实施334 7.8 任务5 烧写NB-IoT模块程序342 7.8.1 任务要求342 7.8.2 任务实施342 7.9 任务6 NB-IoT接入云平台346 7.9.1 任务要求346 7.9.2 任务实施346 单元总结349 学习单元8 LoRaWAN组网通信应用开发351 8.1 基础知识352 8.1.1 LoRaWAN网络简介352 8.1.2 LoRaWAN网络的节点 设备类型353 8.1.3 LoRaWAN终端设备激活354 8.1.4 LoRaWAN网络设备的数据 传递流程355 8.1.5 LoRaMac-node简介359 8.1.6 LoRaWAN通信协议360 8.2 项目分析360 8.2.1 项目介绍360 8.2.2 方案设计361 8.3 任务1 LoRaWAN协议栈移植361 8.3.1 任务要求361 8.3.2 任务实施362 8.4 任务2 温湿度传感器节点应用 程序开发376 8.4.1 任务要求376 8.4.2 任务实施376 8.5 任务3 LoRaWAN网关汇聚 节点数据到上位机392 8.5.1 任务要求392 8.5.2 任务实施392 单元总结399 参考文献400