内容简介

本书结合CC2530、ZigBee、STM32和Contiki操作系统等多种技术介绍物联网开发技术，由浅入深地对企业级物联网系统的开发进行了详细的介绍。本书采用项目式开发的学习方法，给出了28个贴近社会和生活的物联网应用案例，每个案例均有完整的开发过程，分别是明确的开发目标、详细的系统设计过程、深入浅出的原理学习、详细的开发内容和完整的开发验证，最后进行总结和拓展，将理论学习和开发实践结合起来。每个案例均给出了完整的开发代码，读者可以在源代码的基础上快速地进行二次开发。

作者简介

廖建尚，男，副教授，毕业于广东工业大学通信与信息系统专业，现任职于广东交通职业技术学院，长期从事物联网技术的开发和教学工作。

目录

第1章 物联网概论 1
1．1 物联网及其发展概况 1
1．1．1 物联网概念与基本特征 1
1．1．2 我国物联网产业发展现状 3
1．1．3 我国物联网产业面临的形势和发展目标 5
1．1．4 我国物联网发展任务 6
1．2 物联网系统架构模型 12
1．3 物联网开发预备知识 12
第2章 物联网项目应用开发基础 14
2．1 认识物联网项目应用平台 14
2．1．1 应用开发平台总体概述 14
2．1．2 无线传感节点 14
2．2 物联网通信协议 19
2．2．1 通信协议 19
2．2．2 定义与分析 19
2．3 项目开发调试工具 22
2．3．1 Lite节点开发工具的安装与调试 22
2．3．2 Plus节点开发工具的安装与调试 32
2．3．3 Android开发环境 38
2．3．4 HTML5 Web开发环境 43
2．4 物联网项目应用平台配置与调试 45
2．4．1 云平台配置 45
2．4．2 ZCloodTools调试工具 47
2．4．3 FwsTools调试工具 49
2．5 CC2530节点硬件驱动开发 52
2．5．1 ZigBee协议栈分析 52
2．5．2 ZStack的结构 52
2．5．3 ZStack中的寻址 55
2．5．4 ZStack OSAL调度管理 56
2．5．5 ZStack配置信道 58
2．5．6 ZStack硬件驱动分析 59
2．6 STM32节点硬件驱动开发 70
2．6．1 Contiki操作系统分析 70
2．6．2 Contiki操作系统的数据结构 73
2．6．3 硬件驱动分析 76
2．7 云平台开发应用接口 82
2．7．1 Android开发应用接口 82
2．7．2 Web开发应用接口 87
第3章 基于CC2530和ZigBee的物联网应用系统开发 92
3．1 环境温湿度信息采集系统设计与开发（案例1） 92
3．1．1 开发目标 93
3．1．2 系统设计 93
3．1．3 开发内容 96
3．1．4 开发验证 107
3．1．5 总结与拓展 110
3．2 室内空气PM质量监测系统设计与开发（案例2） 110
3．2．1 开发目标 111
3．2．2 系统设计 112
3．2．3 开发内容 114
3．2．4 开发验证 129
3．2．5 总结与拓展 130
3．3 农作物光照度监测系统设计与开发（案例3） 130
3．3．1 开发目标 131
3．3．2 系统设计 131
3．3．3 开发内容 134
3．3．4 开发验证 143
3．3．5 总结与拓展 144
3．4 农业大棚CO2监测系统设计与开发（案例4） 145
3．4．1 开发目标 146
3．4．2 系统设计 146
3．4．3 开发内容 149
3．4．4 开发验证 157
3．4．5 总结与拓展 159
3．5 厨房燃气安全监测与报警系统设计与开发（案例5） 159
3．5．1 开发目标 160
3．5．2 系统设计 160
3．5．3 开发内容 161
3．5．4 开发验证 173
3．5．5 总结与拓展 175
3．6 仓储仓库火焰监测与报警系统设计与开发（案例6） 175
3．6．1 开发目标 175
3．6．2 系统设计 175
3．6．3 开发内容 177
3．6．4 开发验证 189
3．6．5 总结与拓展 191
3．7 室内人员入侵监测与防护系统设计与开发（案例7） 191
3．7．1 开发目标 191
3．7．2 系统设计 191
3．7．3 开发内容 193
3．7．4 开发验证 204
3．7．5 总结与拓展 206
3．8 门窗非法闯入监测与报警系统设计与开发（案例8） 206
3．8．1 开发目标 206
3．8．2 系统设计 206
3．8．3 开发内容 207
3．8．4 开发验证 216
3．8．5 总结与拓展 217
3．9 无线智能遥控器系统设计与开发（案例9） 217
3．9．1 开发目标 217
3．9．2 系统设计 218
3．9．3 开发内容 219
3．9．4 开发验证 236
3．9．5 总结与拓展 237
3．10 无线智能LED灯控制系统设计与开发（案例10） 237
3．10．1 开发目标 238
3．10．2 系统设计 238
3．10．3 开发内容 239
3．10．4 开发验证 250
3．10．5 总结与拓展 251
3．11 智能无线门禁系统设计与开发（案例11） 251
3．11．1 开发目标 252
3．11．2 系统设计 252
3．11．3 开发内容 254
3．11．4 开发验证 270
3．11．5 总结与拓展 271
3．12 智能无线门锁系统设计与开发（案例12） 271
3．12．1 开发目标 271
3．12．2 系统设计 272
3．12．3 开发内容 273
3．12．4 开发验证 287
3．12．5 总结与拓展 288
3．13 智能无线报警系统设计与开发（案例13） 288
3．13．1 开发目标 288
3．13．2 系统设计 289
3．13．3 开发内容 290
3．13．4 开发验证 300
3．13．5 总结与拓展 301
3．14 无线排气扇的远程控制系统设计与开发（案例14） 301
3．14．1 开发目标 301
3．14．2 系统设计 302
3．14．3 开发内容 303
3．14．4 开发验证 313
3．14．5 总结与拓展 314
3．15 无线控制器系统设计与开发（案例15） 314
3．15．1 开发目标 314
3．15．2 系统设计 315
3．15．3 开发内容 316
3．15．4 开发验证 328
3．15．5 总结与拓展 329
3．16 远程无线智能电表系统设计与开发（案例16） 329
3．16．1 开发目标 330
3．16．2 系统设计 330
3．16．3 开发内容 332
3．16．4 开发验证 348
3．16．5 总结与拓展 349
3．17 智能无线插座系统设计与开发（案例17） 349
3．17．1 开发目标 350
3．17．2 系统设计 350
3．17．3 开发内容 351
3．17．4 开发验证 356
3．17．5 总结与拓展 357
第4章 基于STM32和Contiki的物联网应用系统开发 358
4．1 自助健康医疗信息采集系统设计与开发（案例18） 358
4．1．1 开发目标 359
4．1．2 系统设计 359
4．1．3 开发内容 362
4．1．4 开发验证 391
4．1．5 总结与拓展 393
4．2 流水线分拣系统设计与开发（案例19） 393
4．2．1 开发目标 394
4．2．2 系统设计 394
4．2．3 开发内容 395
4．2．4 开发验证 407
4．2．5 总结与拓展 408
4．3 智能无线可控电磁阀系统设计与开发（案例20） 408
4．3．1 开发目标 408
4．3．2 系统设计 409
4．3．3 开发内容 410
4．3．4 开发验证 415
4．3．5 总结与拓展 416
4．4 远程传送带控制系统设计与开发（案例21） 417
4．4．1 开发目标 417
4．4．2 系统设计 417
4．4．3 开发内容 419
4．4．4 开发验证 425
4．4．5 总结与拓展 426
4．5 智能无线电机控制系统设计与开发（案例22） 426
4．5．1 开发目标 427
4．5．2 系统设计 427
4．5．3 开发内容 429
4．5．4 开发验证 441
4．5．5 总结与拓展 442
4．6 智能无线水泵控制系统设计与开发（案例23） 442
4．6．1 开发目标 443
4．6．2 系统设计 443
4．6．3 开发内容 444
4．6．4 开发验证 449
4．6．5 总结与拓展 450
4．7 智能无线气泵控制系统设计与开发（案例24） 450
4．7．1 开发目标 450
4．7．2 系统设计 451
4．7．3 开发内容 452
4．7．4 开发验证 457
4．7．5 总结与拓展 458
4．8 智能无线土壤温湿度监测系统设计与开发（案例25） 458
4．8．1 开发目标 458
4．8．2 系统设计 459
4．8．3 开发内容 461
4．8．4 开发验证 475
4．8．5 总结与拓展 476
4．9 智能无线水体pH值监测系统设计与开发（案例26） 477
4．9．1 开发目标 477
4．9．2 系统设计 477
4．9．3 开发内容 479
4．9．4 开发验证 490
4．9．5 总结与拓展 492
4．10 智能无线水位水温测量系统设计与开发（案例27） 492
4．10．1 开发目标 493
4．10．2 系统设计 493
4．10．3 开发内容 495
4．10．4 开发验证 509
4．10．5 总结与拓展 510
4．11 室外风速风向检测系统设计与开发（案例28） 511
4．11．1 开发目标 512
4．11．2 系统设计 512
4．11．3 开发内容 515
4．11．4 开发验证 535
4．11．5 总结与拓展 536
附录A 常见硬件及问题 537
附录A．1 Android网关 537
附录A．2 无线节点镜像固化 539
附录A．3 无线节点修改网络信息 539
附录A．4 无线节点读取IEEE地址 541
参考文献 542

前言/序言

近年来，物联网、大数据和云计算的迅猛发展，正在改变着社会的生产方式，大大提高了生产效率和社会生产力。工业和信息化部在《物联网发展规划（2016—2020年）》中提出了物联网发展的六大任务、四大关键技术和六大重点领域应用示范工程，为下一步的物联网发展指出了一条鲜明的道路。其中，六大任务分别是强化产业生态布局、完善技术创新体系、推动物联网规模应用、构建完善标准体系、完善公共服务体系、提升安全保障能力；四大关键技术分别是传感器技术、体系架构共性技术、操作系统，以及物联网与移动互联网、大数据融合关键技术；六大重点领域应用示范工程分别是智能制造、智慧农业、智能家居、智能交通和车联网、智慧医疗和健康养老、智慧节能环保。由此可以看出我国在推动物联网广泛应用的坚定决心，相信物联网规模会越来越大。

物联网系统涉及的技术很多，从感知层到应用层都有不同的开发技术。相关从业人员需要掌握处理器外围接口和相应传感器的驱动开发技术，能开发Web应用程序和Android移动互联网程序。本书将详细分析基于CC2530、ZigBee、STM32和Contiki操作系统的传感器的驱动方法，以及和ZigBee无线传感网络结合技术，基于HTML5的Web应用开发技术，基于Android的移动互联网和物联网高级应用技术。本书具有理论知识点清晰，实践案例丰富的特点，可带领读者快速掌握物联网开发技术。

本书采用任务式开发的学习方法，采用了28个贴近社会和生活的企业级应用案例，由浅入深地介绍物联网感知层驱动和应用层功能的开发。每个案例均有完整的开发过程，分别是明确的开发目标、详细的系统设计过程、深入浅出的原理学习、详细的开发内容和完整的开发验证，最后进行总结和拓展，将理论学习和开发实践结合起来。每个案例均给出了完整的开发代码，可以为工程技术开发人员和科研工作人员进行科研项目开发提供较好的参考资料。读者可以在源代码的基础上快速地进行二次开发，将其转化为各种比赛和创新创业的案例。

第1章首先引导读者初步认识物联网的发展概况、概念与基本特征，然后结合我国目前的物联网发展战略，阐述了我国物联网产业的发展现状、面临的形势和发展目标，进一步描述了当前我国物联网发展的六大任务，最后建立了物联网系统架构模型，并就物联网开发所需的基本知识进行了介绍。

第2章详细介绍了本书的物联网开发平台、物联网通信协议、项目开发与调试工具，并介绍了物联网开发平台的基本配置和调试，分析了ZigBee架构，以及基于CC2530微处理器和ZigBee的硬件驱动开发方法；也分析了Contiki操作系统架构，以及基于STM32微处理器和Contiki操作系统的硬件驱动开发，最后学习Android和Web应用开发接口。本章的写作目的是使读者快速掌握物联网开发的基础知识，从而具备物联网的基本开发能力。

第3章介绍了利用CC2530和ZigBee实现的物联网系统节点的数据采集和设备控制的案例，包括环境温湿度信息采集系统设计与开发（案例1）、室内空气PM质量监测系统设计与开发（案例2）、农作物光照度监测系统设计与开发（案例3）、农业大棚CO2监测系统设计与开发（案例4）、厨房燃气安全监测与报警系统设计与开发（案例5）、仓储仓库火焰监测与报警系统设计与开发（案例6）、室内人员入侵监测与防护系统设计与开发（案例7）、门窗非法闯入监测与报警系统设计与开发（案例8）、无线智能遥控器系统设计与开发（案例9）、无线智能LED灯控制系统设计与开发（案例10）、智能无线门禁系统设计与开发（案例11）、智能无线门锁系统设计与开发（案例12）、智能无线报警系统设计与开发（案例13）、无线排气扇的远程控制系统设计与开发（案例14）、无线控制器系统设计与开发（案例15）、远程无线智能电表系统设计与开发（案例16）、智能无线插座系统设计与开发（案例17）。读者可利用这些案例掌握基于ZigBee和CC2530的物联网系统开发。

为了能在单个节点实现更多、更强大的物联网系统节点数据采集和设备控制，第4章介绍了利用STM32处理器和Contiki操作系统实现节点的数据采集和设备控制的案例，包括自助健康医疗信息采集系统设计与开发（案例18）、流水线分拣系统设计与开发（案例19）、智能无线可控电磁阀系统设计与开发（案例20）、传送带远程控制系统设计与开发（案例21）、无线电机控制系统设计与开发（案例22）、智能无线水泵控制系统设计与开发（案例23）、智能无线气泵控制系统设计与开发（案例24）、智能无线土壤温湿度监测系统设计与开发（案例25）、智能无线水体pH值监测系统设计与开发（案例26）、智能无线水位水温测量系统设计与开发（案例27）、室外风速风向检测系统设计与开发（案例28）。读者可以利用这些案例掌握基于ZigBee和STM32的物联网系统开发，涉及感知层的环境信息采集和控制，实现了更为复杂的应用层功能，构建了更为完整的物联网知识框架。

本书的特色如下所述。

（1）任务式开发。本书选取合适的案例，将理论与实践结合起来，通过理论学习和项目开发，快速入门，由浅入深地掌握物联网开发技术。

（2）多种知识点的融合。本书将嵌入式系统的开发技术、CC2530与STM32处理器基本接口驱动技术、传感器驱动技术、ZigBee无线传感网络无线技术、Android移动互联网开发技术和Web开发技术等结合在一起，实现了物联网数据采集、传输和处理等功能和应用。

（3）为了使单个节点能在工业应用中实现更为强大的物联网系统节点数据采集和设备控制功能，本书采用了STM32处理器和Contiki操作系统，实现节点的数据采集和设备控制，再通过ZigBee无线传感网络实现更为复杂的应用层功能，从而构建强大的物联网系统。

本书既可作为高等院校相关专业师生的教学参考书、自学参考书，也可供相关领域的工程技术人员查阅。对于物联网开发爱好者，本书是一本深入浅出的技术读物。

本书在编写过程中，借鉴和参考了国内外专家、学者、技术人员的相关研究成果，我们尽可能按学术规范予以说明，但难免会有疏漏之处，在此谨向有关作者表示深深的敬意和谢意，如有疏漏请及时通过出版社与作者联系。

本书的编写得到了广东省科技计划项目（2017ZC0358）、广州市科学研究计划（2018-1002-SF-0140）、广东交通职业技术学院校级重点科研项目（2017-1-001）和广东省高等职业教育品牌专业建设项目（2016GZPP044）的资助。感谢中智讯（武汉）科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助，特别感谢电子工业出版社在本书出版过程中给予大力支持。

由于本书涉及的知识面广，时间仓促，限于作者的水平和经验，疏漏之处在所难免，恳请专家和读者批评指正。

作者

2018年1月