內容簡介

本書結閤CC2530、ZigBee、STM32和Contiki操作係統等多種技術介紹物聯網開發技術，由淺入深地對企業級物聯網係統的開發進行瞭詳細的介紹。本書采用項目式開發的學習方法，給齣瞭28個貼近社會和生活的物聯網應用案例，每個案例均有完整的開發過程，分彆是明確的開發目標、詳細的係統設計過程、深入淺齣的原理學習、詳細的開發內容和完整的開發驗證，最後進行總結和拓展，將理論學習和開發實踐結閤起來。每個案例均給齣瞭完整的開發代碼，讀者可以在源代碼的基礎上快速地進行二次開發。

作者簡介

廖建尚，男，副教授，畢業於廣東工業大學通信與信息係統專業，現任職於廣東交通職業技術學院，長期從事物聯網技術的開發和教學工作。

目錄

第1章 物聯網概論 1
1．1 物聯網及其發展概況 1
1．1．1 物聯網概念與基本特徵 1
1．1．2 我國物聯網産業發展現狀 3
1．1．3 我國物聯網産業麵臨的形勢和發展目標 5
1．1．4 我國物聯網發展任務 6
1．2 物聯網係統架構模型 12
1．3 物聯網開發預備知識 12
第2章 物聯網項目應用開發基礎 14
2．1 認識物聯網項目應用平颱 14
2．1．1 應用開發平颱總體概述 14
2．1．2 無綫傳感節點 14
2．2 物聯網通信協議 19
2．2．1 通信協議 19
2．2．2 定義與分析 19
2．3 項目開發調試工具 22
2．3．1 Lite節點開發工具的安裝與調試 22
2．3．2 Plus節點開發工具的安裝與調試 32
2．3．3 Android開發環境 38
2．3．4 HTML5 Web開發環境 43
2．4 物聯網項目應用平颱配置與調試 45
2．4．1 雲平颱配置 45
2．4．2 ZCloodTools調試工具 47
2．4．3 FwsTools調試工具 49
2．5 CC2530節點硬件驅動開發 52
2．5．1 ZigBee協議棧分析 52
2．5．2 ZStack的結構 52
2．5．3 ZStack中的尋址 55
2．5．4 ZStack OSAL調度管理 56
2．5．5 ZStack配置信道 58
2．5．6 ZStack硬件驅動分析 59
2．6 STM32節點硬件驅動開發 70
2．6．1 Contiki操作係統分析 70
2．6．2 Contiki操作係統的數據結構 73
2．6．3 硬件驅動分析 76
2．7 雲平颱開發應用接口 82
2．7．1 Android開發應用接口 82
2．7．2 Web開發應用接口 87
第3章 基於CC2530和ZigBee的物聯網應用係統開發 92
3．1 環境溫濕度信息采集係統設計與開發（案例1） 92
3．1．1 開發目標 93
3．1．2 係統設計 93
3．1．3 開發內容 96
3．1．4 開發驗證 107
3．1．5 總結與拓展 110
3．2 室內空氣PM質量監測係統設計與開發（案例2） 110
3．2．1 開發目標 111
3．2．2 係統設計 112
3．2．3 開發內容 114
3．2．4 開發驗證 129
3．2．5 總結與拓展 130
3．3 農作物光照度監測係統設計與開發（案例3） 130
3．3．1 開發目標 131
3．3．2 係統設計 131
3．3．3 開發內容 134
3．3．4 開發驗證 143
3．3．5 總結與拓展 144
3．4 農業大棚CO2監測係統設計與開發（案例4） 145
3．4．1 開發目標 146
3．4．2 係統設計 146
3．4．3 開發內容 149
3．4．4 開發驗證 157
3．4．5 總結與拓展 159
3．5 廚房燃氣安全監測與報警係統設計與開發（案例5） 159
3．5．1 開發目標 160
3．5．2 係統設計 160
3．5．3 開發內容 161
3．5．4 開發驗證 173
3．5．5 總結與拓展 175
3．6 倉儲倉庫火焰監測與報警係統設計與開發（案例6） 175
3．6．1 開發目標 175
3．6．2 係統設計 175
3．6．3 開發內容 177
3．6．4 開發驗證 189
3．6．5 總結與拓展 191
3．7 室內人員入侵監測與防護係統設計與開發（案例7） 191
3．7．1 開發目標 191
3．7．2 係統設計 191
3．7．3 開發內容 193
3．7．4 開發驗證 204
3．7．5 總結與拓展 206
3．8 門窗非法闖入監測與報警係統設計與開發（案例8） 206
3．8．1 開發目標 206
3．8．2 係統設計 206
3．8．3 開發內容 207
3．8．4 開發驗證 216
3．8．5 總結與拓展 217
3．9 無綫智能遙控器係統設計與開發（案例9） 217
3．9．1 開發目標 217
3．9．2 係統設計 218
3．9．3 開發內容 219
3．9．4 開發驗證 236
3．9．5 總結與拓展 237
3．10 無綫智能LED燈控製係統設計與開發（案例10） 237
3．10．1 開發目標 238
3．10．2 係統設計 238
3．10．3 開發內容 239
3．10．4 開發驗證 250
3．10．5 總結與拓展 251
3．11 智能無綫門禁係統設計與開發（案例11） 251
3．11．1 開發目標 252
3．11．2 係統設計 252
3．11．3 開發內容 254
3．11．4 開發驗證 270
3．11．5 總結與拓展 271
3．12 智能無綫門鎖係統設計與開發（案例12） 271
3．12．1 開發目標 271
3．12．2 係統設計 272
3．12．3 開發內容 273
3．12．4 開發驗證 287
3．12．5 總結與拓展 288
3．13 智能無綫報警係統設計與開發（案例13） 288
3．13．1 開發目標 288
3．13．2 係統設計 289
3．13．3 開發內容 290
3．13．4 開發驗證 300
3．13．5 總結與拓展 301
3．14 無綫排氣扇的遠程控製係統設計與開發（案例14） 301
3．14．1 開發目標 301
3．14．2 係統設計 302
3．14．3 開發內容 303
3．14．4 開發驗證 313
3．14．5 總結與拓展 314
3．15 無綫控製器係統設計與開發（案例15） 314
3．15．1 開發目標 314
3．15．2 係統設計 315
3．15．3 開發內容 316
3．15．4 開發驗證 328
3．15．5 總結與拓展 329
3．16 遠程無綫智能電錶係統設計與開發（案例16） 329
3．16．1 開發目標 330
3．16．2 係統設計 330
3．16．3 開發內容 332
3．16．4 開發驗證 348
3．16．5 總結與拓展 349
3．17 智能無綫插座係統設計與開發（案例17） 349
3．17．1 開發目標 350
3．17．2 係統設計 350
3．17．3 開發內容 351
3．17．4 開發驗證 356
3．17．5 總結與拓展 357
第4章 基於STM32和Contiki的物聯網應用係統開發 358
4．1 自助健康醫療信息采集係統設計與開發（案例18） 358
4．1．1 開發目標 359
4．1．2 係統設計 359
4．1．3 開發內容 362
4．1．4 開發驗證 391
4．1．5 總結與拓展 393
4．2 流水綫分揀係統設計與開發（案例19） 393
4．2．1 開發目標 394
4．2．2 係統設計 394
4．2．3 開發內容 395
4．2．4 開發驗證 407
4．2．5 總結與拓展 408
4．3 智能無綫可控電磁閥係統設計與開發（案例20） 408
4．3．1 開發目標 408
4．3．2 係統設計 409
4．3．3 開發內容 410
4．3．4 開發驗證 415
4．3．5 總結與拓展 416
4．4 遠程傳送帶控製係統設計與開發（案例21） 417
4．4．1 開發目標 417
4．4．2 係統設計 417
4．4．3 開發內容 419
4．4．4 開發驗證 425
4．4．5 總結與拓展 426
4．5 智能無綫電機控製係統設計與開發（案例22） 426
4．5．1 開發目標 427
4．5．2 係統設計 427
4．5．3 開發內容 429
4．5．4 開發驗證 441
4．5．5 總結與拓展 442
4．6 智能無綫水泵控製係統設計與開發（案例23） 442
4．6．1 開發目標 443
4．6．2 係統設計 443
4．6．3 開發內容 444
4．6．4 開發驗證 449
4．6．5 總結與拓展 450
4．7 智能無綫氣泵控製係統設計與開發（案例24） 450
4．7．1 開發目標 450
4．7．2 係統設計 451
4．7．3 開發內容 452
4．7．4 開發驗證 457
4．7．5 總結與拓展 458
4．8 智能無綫土壤溫濕度監測係統設計與開發（案例25） 458
4．8．1 開發目標 458
4．8．2 係統設計 459
4．8．3 開發內容 461
4．8．4 開發驗證 475
4．8．5 總結與拓展 476
4．9 智能無綫水體pH值監測係統設計與開發（案例26） 477
4．9．1 開發目標 477
4．9．2 係統設計 477
4．9．3 開發內容 479
4．9．4 開發驗證 490
4．9．5 總結與拓展 492
4．10 智能無綫水位水溫測量係統設計與開發（案例27） 492
4．10．1 開發目標 493
4．10．2 係統設計 493
4．10．3 開發內容 495
4．10．4 開發驗證 509
4．10．5 總結與拓展 510
4．11 室外風速風嚮檢測係統設計與開發（案例28） 511
4．11．1 開發目標 512
4．11．2 係統設計 512
4．11．3 開發內容 515
4．11．4 開發驗證 535
4．11．5 總結與拓展 536
附錄A 常見硬件及問題 537
附錄A．1 Android網關 537
附錄A．2 無綫節點鏡像固化 539
附錄A．3 無綫節點修改網絡信息 539
附錄A．4 無綫節點讀取IEEE地址 541
參考文獻 542

前言/序言

近年來，物聯網、大數據和雲計算的迅猛發展，正在改變著社會的生産方式，大大提高瞭生産效率和社會生産力。工業和信息化部在《物聯網發展規劃（2016—2020年）》中提齣瞭物聯網發展的六大任務、四大關鍵技術和六大重點領域應用示範工程，為下一步的物聯網發展指齣瞭一條鮮明的道路。其中，六大任務分彆是強化産業生態布局、完善技術創新體係、推動物聯網規模應用、構建完善標準體係、完善公共服務體係、提升安全保障能力；四大關鍵技術分彆是傳感器技術、體係架構共性技術、操作係統，以及物聯網與移動互聯網、大數據融閤關鍵技術；六大重點領域應用示範工程分彆是智能製造、智慧農業、智能傢居、智能交通和車聯網、智慧醫療和健康養老、智慧節能環保。由此可以看齣我國在推動物聯網廣泛應用的堅定決心，相信物聯網規模會越來越大。

物聯網係統涉及的技術很多，從感知層到應用層都有不同的開發技術。相關從業人員需要掌握處理器外圍接口和相應傳感器的驅動開發技術，能開發Web應用程序和Android移動互聯網程序。本書將詳細分析基於CC2530、ZigBee、STM32和Contiki操作係統的傳感器的驅動方法，以及和ZigBee無綫傳感網絡結閤技術，基於HTML5的Web應用開發技術，基於Android的移動互聯網和物聯網高級應用技術。本書具有理論知識點清晰，實踐案例豐富的特點，可帶領讀者快速掌握物聯網開發技術。

本書采用任務式開發的學習方法，采用瞭28個貼近社會和生活的企業級應用案例，由淺入深地介紹物聯網感知層驅動和應用層功能的開發。每個案例均有完整的開發過程，分彆是明確的開發目標、詳細的係統設計過程、深入淺齣的原理學習、詳細的開發內容和完整的開發驗證，最後進行總結和拓展，將理論學習和開發實踐結閤起來。每個案例均給齣瞭完整的開發代碼，可以為工程技術開發人員和科研工作人員進行科研項目開發提供較好的參考資料。讀者可以在源代碼的基礎上快速地進行二次開發，將其轉化為各種比賽和創新創業的案例。

第1章首先引導讀者初步認識物聯網的發展概況、概念與基本特徵，然後結閤我國目前的物聯網發展戰略，闡述瞭我國物聯網産業的發展現狀、麵臨的形勢和發展目標，進一步描述瞭當前我國物聯網發展的六大任務，最後建立瞭物聯網係統架構模型，並就物聯網開發所需的基本知識進行瞭介紹。

第2章詳細介紹瞭本書的物聯網開發平颱、物聯網通信協議、項目開發與調試工具，並介紹瞭物聯網開發平颱的基本配置和調試，分析瞭ZigBee架構，以及基於CC2530微處理器和ZigBee的硬件驅動開發方法；也分析瞭Contiki操作係統架構，以及基於STM32微處理器和Contiki操作係統的硬件驅動開發，最後學習Android和Web應用開發接口。本章的寫作目的是使讀者快速掌握物聯網開發的基礎知識，從而具備物聯網的基本開發能力。

第3章介紹瞭利用CC2530和ZigBee實現的物聯網係統節點的數據采集和設備控製的案例，包括環境溫濕度信息采集係統設計與開發（案例1）、室內空氣PM質量監測係統設計與開發（案例2）、農作物光照度監測係統設計與開發（案例3）、農業大棚CO2監測係統設計與開發（案例4）、廚房燃氣安全監測與報警係統設計與開發（案例5）、倉儲倉庫火焰監測與報警係統設計與開發（案例6）、室內人員入侵監測與防護係統設計與開發（案例7）、門窗非法闖入監測與報警係統設計與開發（案例8）、無綫智能遙控器係統設計與開發（案例9）、無綫智能LED燈控製係統設計與開發（案例10）、智能無綫門禁係統設計與開發（案例11）、智能無綫門鎖係統設計與開發（案例12）、智能無綫報警係統設計與開發（案例13）、無綫排氣扇的遠程控製係統設計與開發（案例14）、無綫控製器係統設計與開發（案例15）、遠程無綫智能電錶係統設計與開發（案例16）、智能無綫插座係統設計與開發（案例17）。讀者可利用這些案例掌握基於ZigBee和CC2530的物聯網係統開發。

為瞭能在單個節點實現更多、更強大的物聯網係統節點數據采集和設備控製，第4章介紹瞭利用STM32處理器和Contiki操作係統實現節點的數據采集和設備控製的案例，包括自助健康醫療信息采集係統設計與開發（案例18）、流水綫分揀係統設計與開發（案例19）、智能無綫可控電磁閥係統設計與開發（案例20）、傳送帶遠程控製係統設計與開發（案例21）、無綫電機控製係統設計與開發（案例22）、智能無綫水泵控製係統設計與開發（案例23）、智能無綫氣泵控製係統設計與開發（案例24）、智能無綫土壤溫濕度監測係統設計與開發（案例25）、智能無綫水體pH值監測係統設計與開發（案例26）、智能無綫水位水溫測量係統設計與開發（案例27）、室外風速風嚮檢測係統設計與開發（案例28）。讀者可以利用這些案例掌握基於ZigBee和STM32的物聯網係統開發，涉及感知層的環境信息采集和控製，實現瞭更為復雜的應用層功能，構建瞭更為完整的物聯網知識框架。

本書的特色如下所述。

（1）任務式開發。本書選取閤適的案例，將理論與實踐結閤起來，通過理論學習和項目開發，快速入門，由淺入深地掌握物聯網開發技術。

（2）多種知識點的融閤。本書將嵌入式係統的開發技術、CC2530與STM32處理器基本接口驅動技術、傳感器驅動技術、ZigBee無綫傳感網絡無綫技術、Android移動互聯網開發技術和Web開發技術等結閤在一起，實現瞭物聯網數據采集、傳輸和處理等功能和應用。

（3）為瞭使單個節點能在工業應用中實現更為強大的物聯網係統節點數據采集和設備控製功能，本書采用瞭STM32處理器和Contiki操作係統，實現節點的數據采集和設備控製，再通過ZigBee無綫傳感網絡實現更為復雜的應用層功能，從而構建強大的物聯網係統。

本書既可作為高等院校相關專業師生的教學參考書、自學參考書，也可供相關領域的工程技術人員查閱。對於物聯網開發愛好者，本書是一本深入淺齣的技術讀物。

本書在編寫過程中，藉鑒和參考瞭國內外專傢、學者、技術人員的相關研究成果，我們盡可能按學術規範予以說明，但難免會有疏漏之處，在此謹嚮有關作者錶示深深的敬意和謝意，如有疏漏請及時通過齣版社與作者聯係。

本書的編寫得到瞭廣東省科技計劃項目（2017ZC0358）、廣州市科學研究計劃（2018-1002-SF-0140）、廣東交通職業技術學院校級重點科研項目（2017-1-001）和廣東省高等職業教育品牌專業建設項目（2016GZPP044）的資助。感謝中智訊（武漢）科技有限公司在本書編寫過程中提供的幫助，特彆感謝電子工業齣版社在本書齣版過程中給予大力支持。

由於本書涉及的知識麵廣，時間倉促，限於作者的水平和經驗，疏漏之處在所難免，懇請專傢和讀者批評指正。

作者

2018年1月