传感器与传感网技术应用

本书为传感网应用开发职业技能等级证书的书证融通教材，以智能交通灯系统、楼道灯光系统、智能防盗系统、农业大棚监测系统、基于Wi-Fi技术的智能热水器、基于RS485总线的商超环境监测系统、基于CAN总线的汽车监测系统、深井水位监测系统这八个当代物联网领域的典型应用的设计与实现为目标，聚焦物联网领域紧缺的中等技能型人才的培养。八个项目基于实用、够用、系统、有效的原则，由浅入深地将常用的传感网理论与构建方法、传感器原理及应用等知识和技能与职业能力、工作任务相对接，形成可操作性强的知识和技能体系，以真实的体验激发学生的兴趣，以“行动导向教学法”有效开展“做中学、做中教”的教学活动，培养学生的岗位职业能力，快速提升学生的物联网设计与装调技能。本书内容丰富，结构新颖，文字通俗易懂，所有项目均设有配套资源。本书适合作为中等职业院校电子信息类专业传感器与传感网技术应用课程的教材，也可作为相关领域科技工作者和工程技术人员的参考书。

项目一智能交通灯系统1
引导案例1
任务一CC2530开发环境搭建2
【职业能力目标】2
【任务描述与要求】2
【任务分析与计划】2
【知识储备】3
1．单片机的概念、应用领域及发展趋势3
2．CC25305
3．以CC2530为核心的ZigBee模块6
4．交通灯测试应用设计7
5．控制程序的编辑、调试与下载7
【任务实施】8
【任务检查与评价】17
【任务小结】17
任务二按键控制交通灯17
【职业能力目标】17
【任务描述与要求】17
【任务分析与计划】18
【知识储备】18
1．CC2530引脚说明18
2．CC2530的GPIO端口的配置与应用19
3．CC2530中断系统24
4．数字I/O端口配置31
5．正常通行模式和限行模式的实现31
6．按键检测与响应方式32
【任务实施】34
【任务检查与评价】37
【任务小结】37
任务三定时器控制交通灯37
【职业能力目标】37
【任务描述与要求】37
【任务分析与计划】37
【知识储备】38
1．定时/计数器概述38
2．定时/计数器相关寄存器及配置40
3．系统搭建与硬件电路分析44
4．交通灯时序控制44
【任务实施】46
【任务检查与评价】48
【任务小结】48
任务四串口控制交通灯48
【职业能力目标】48
【任务描述与要求】49
【任务分析与计划】49
【知识储备】50
1．CC2530与外设间的串行通信50
2．CC2530与主机的连接及信号转换52
3．CC2530串口相关寄存器及串行通信配置53
4．系统搭建及串行通信连接58
5．串口通信初始化58
6．数据发送与接收59
7．主函数设计60
【任务实施】61
【任务检查与评价】63
【任务小结】63
任务五实现智能交通灯系统63
【职业能力目标】63
【任务描述与要求】63
【任务分析与计划】64
【知识储备】64
1．前期方案归纳分析64
2．系统结构及功能整合65
3．系统控制变量设计65
4．延时函数66
5．系统工作模式设计66
6．GPIO端口初始化67
7．正常通行模式的实现67
8．主机与交通灯模块间的串行通信68
9．按键检测与模式切换控制69
10．多路中断的优先级设置及总中断使能70
11．主函数设计71
【任务实施】72
【任务检查与评价】73
【任务小结】73
项目二楼道灯光系统74
引导案例74
任务一使用声音传感器控制楼道灯75
【职业能力目标】75
【任务描述与要求】75
【任务分析与计划】76
【知识储备】76
1．传感器76
2．声音传感器79
3．声音传感模块83
4．楼道灯光系统结构分析84
5．楼道灯光系统硬件连接84
6．楼道灯光系统程序设计与分析85
【任务实施】86
【任务检查与评价】88
【任务小结】88
任务二使用光照传感器控制楼道灯89
【职业能力目标】89
【任务描述与要求】89
【任务分析与计划】89
【知识储备】90
1．光照度90
2．光照传感器90
3．数据采集系统94
4．温度/光照传感模块97
5．光控楼道灯光系统结构分析98
6．光控楼道灯光系统程序设计与分析98
7．光控楼道灯光系统程序100
【任务实施】101
【任务检查与评价】104
【任务小结】104
任务三使用声音、光照传感器实现楼道灯光控制104
【职业能力目标】104
【任务描述与要求】105
【任务分析与计划】105
【知识储备】106
1．声光控楼道灯光系统结构分析106
2．声光控楼道灯光系统程序设计与分析106
【任务实施】110
【任务检查与评价】112
【任务小结】112
项目三智能防盗系统113
引导案例113
任务一红外传感器114
【职业能力目标】114
【任务描述与要求】114
【任务分析与计划】114
【知识储备】115
1．红外传感器115
2．红外传感模块116
【任务实施】118
【任务检查与评价】121
【任务小结】121
任务二霍尔传感器121
【职业能力目标】121
【任务描述与要求】122
【任务分析与计划】122
【知识储备】123
1．霍尔效应123
2．霍尔元件的测量误差及补偿方法124
3．霍尔集成电路124
4．霍尔传感模块125
【任务实施】127
【任务检查与评价】130
【任务小结】131
任务三红外传感器与霍尔传感器的综合应用131
【职业能力目标】131
【任务描述与要求】131
【任务分析与计划】132
【知识储备】132
1．电信号的形式与转换132
2．智能防盗系统结构分析133
3．传感器作用分析及GPIO端口分配134
【任务计划与决策】134
【任务实施】136
【任务检查与评价】142
【任务小结】143
项目四农业大棚监测系统144
引导案例144
任务一光照度数据采集145
【职业能力目标】145
【任务描述与要求】146
【任务分析与计划】146
【知识储备】146
1．光照传感器146
2．ZigBee和BasicRF协议147
3．“串口调试小助手”软件148
【任务实施】148
【任务检查与评价】151
【任务小结】151
任务二有害气体数据采集151
【职业能力目标】151
【任务描述与要求】151
【任务分析与计划】152
【知识储备】152
1．气体传感器152
2．比较器153
【任务实施】154
【任务检查与评价】156
【任务小结】156
任务三实现农业大棚监测系统156
【职业能力目标】156
【任务描述与要求】157
【任务分析与计划】157
【知识储备】158
【任务实施】158
【任务检查与评价】160
【任务小结】160
项目五基于Wi-Fi技术的智能热水器161
引导案例161
任务一Wi-Fi模块设置162
【职业能力目标】162
【任务描述与要求】162
【任务分析与计划】162
【知识储备】163
1．短距离无线通信技术163
2．Wi-Fi技术及ESP8266163
3．蓝牙164
4．ZigBee164
5．AT指令164
【任务实施】165
【任务检查与评价】177
【任务小结】177
任务二实现智能热水器177
【职业能力目标】177
【任务描述与要求】177
【任务分析与计划】178
【知识储备】178
1．Android178
2．AndroidStudio180
【任务实施】180
【任务检查与评价】200
【任务小结】200
项目六基于RS485总线的商超环境监测系统201
引导案例201
任务一RS485总线环境搭建202
【职业能力目标】202
【任务描述与要求】202
【任务分析与计划】202
【知识储备】203
1．RS485总线的概念和工作原理203
2．RS485接口和MAX485芯片功能205
3．RS485总线故障检测方法205
4．温度传感器工作原理206
5．湿度传感器工作原理209
【任务实施】211
【任务检查与评价】212
【任务小结】212
任务二RS485总线节点烧写和配置213
【职业能力目标】213
【任务描述与要求】213
【任务分析与计划】213
【知识储备】214
1．RS485总线节点烧写方法214
2．RS485总线节点配置方法220
【任务实施】221
【任务检查与评价】221
【任务小结】222
任务三RS485总线数据抓包和解析222
【职业能力目标】222
【任务描述与要求】222
【任务分析与计划】222
【知识储备】223
1．Modbus协议概述223
2．Modbus寄存器与功能码223
3．Modbus串行消息帧格式224
4．部分RTU模式公共功能码报文解析225
【任务实施】226
【任务检查与评价】231
【任务小结】231
项目七基于CAN总线的汽车监测系统232
引导案例232
任务一CAN总线环境搭建233
【职业能力目标】233
【任务描述与要求】234
【任务分析与计划】234
【知识储备】234
1．CAN总线的概念和工作原理234
2．CAN接口236
3．CAN总线常见故障238
4．CAN总线故障检测工具239
5．使用示波器进行CAN总线故障检测239
6．使用万用表进行CAN总线故障检测241
7．压电传感器242
8．基于CAN总线的汽车监测系统结构分析246
【任务实施】247
【任务检查与评价】252
【任务小结】252
任务二CAN总线节点烧写和配置252
【职业能力目标】252
【任务描述与要求】252
【任务分析与计划】252
【知识储备】253
1．串口通信的基础知识253
2．CAN控制器和收发器253
3．CAN总线节点烧写方法255
【任务实施】256
【任务检查与评价】260
【任务小结】260
任务三CAN总线数据抓包与解析260
【职业能力目标】260
【任务描述与要求】261
【任务分析与计划】261
【知识储备】261
1．CAN通信帧261
2．数据帧261
3．遥控帧263
4．错误帧264
5．过载帧264
6．帧间隔264
7．CAN总线节点数据传输设置方法265
【任务实施】266
【任务检查与评价】268
【任务小结】268
项目八深井水位监测系统269
引导案例269
任务一NB-IoT模块初始化270
【职业能力目标】270
【任务描述与要求】270
【任务分析与计划】271
【知识储备】271
1．LoRa技术272
2．NB-IoT技术273
3．LoRa与NB-IoT的对比278
4．lierdaNB86-G模组279
5．AT指令简介281
6．本任务使用的NB-IoT模块简介282
【任务实施】283
【任务检查与评价】286
【任务小结】286
任务二超声波传感器的应用287
【职业能力目标】287
【任务描述与要求】287
【任务分析与计划】287
【知识储备】288
1．超声波传感器288
2．本任务使用的超声波传感模块及相关电路292
3．NB-IoT模块的烧写294
【任务实施】294
【任务检查与评价】298
【任务小结】299
任务三将系统采集数据接入云平台299
【职业能力目标】299
【任务描述与要求】299
【任务分析与计划】299
【知识储备】300
1．深井水位监测系统网络架构300
2．深井水位检测终端的设计301
3．云平台项目创建和设备添加301
【任务实施】302
【任务检查与评价】306
【任务小结】306