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图书信息

物联网技术应用开发

中国水利水电出版社
    【作 者】主编 王浩 浦灵敏 【I S B N 】978-7-5170-2683-9 【责任编辑】陈 洁 【适用读者群】本专通用 【出版时间】2015-03-01 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】232 【千字数】319 【印 张】14.5 【定 价】30 【丛 书】物联网工程专业系列教材 【备注信息】
图书详情

    本书按照无线传感网络控制系统的开发流程分成七章,分别为物联网与智能家居,ZigBee软硬件开发平台,ZigBee无线网络开发基础,ZigBee无线数据通信的设计与实现,基于ZigBee的温湿度采集、灯光及风扇控制系统,基于ZigBee的光照采集、窗帘控制系统,基于ZigBee的烟雾、红外检测远程短信报警系统。

    本书内容体系完整,案例详实,叙述风格平实、通俗易懂,书中的程序实例已全部通过了苏州创健电子科技有限公司生产的物联网ZigBee开发套件的测试。通过对本书的学习,读者可以快速掌握和提高无线传感网络ZigBee协议栈应用层的开发能力和Qt上位机软件的实际应用水平,进而能够独立动手进行无线传感网络的设计与开发。

    本书可作为工程技术人员进行物联网、无线传感网络应用与开发,Qt图形界面设计,ZigBee技术等项目应用与开发的参考用书,也可作为高等院校物联网、电子、计算机、自动化、无线通信等专业相关课程的教材。

    本书配有电子教案,读者可以从中国水利水电出版社网站以及万水书苑下载,网址为:http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.wsbookshow.com。

    立足当前无线传感网络技术的发展趋势、核心技术及其在智能家居领域中的典型应用,将技术热点与实践应用紧密结合,按照无线传感网络控制系统的开发流程编写。

    以实际应用为中心,按照实际项目的开发流程,并结合智能家居典型开发项目案例,由浅入深、循序渐进地讲解无线传感网络控制系统的开发流程和实用技术。

    书中的程序实例已全部通过了苏州创健电子科技有限公司生产的物联网ZigBee开发套件的测试。

    前 言

    物联网是新一代信息技术的重要组成部分,随着信息科学和计算机的飞速发展,“物联网”被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。这使得物联网无线传感网络领域的相关人才成为了当今较为紧缺的人才。同时国内市场上有关无线传感网络开发方面的书籍也不少,但几乎没有一本是集物联网感知层、传输层和应用层三大技术于一体进行完整讲解和设计实现的。

    物联网的一个基本特征就是无处不在、无所不知。物联网的目标是发展绿色全无线技术,包括感知、通讯等。不仅要求功耗极低,而且要求具备全无线覆盖、高可靠连接、强安全通讯、大组网规模、能自我修复等功能。具体到智能家居系统应用就是要求安装非常简单,维护和使用非常方便,扩展随心所欲。

    ZigBee是一种网络容量大、节点体积小、架构简单、低速率、低功耗的无线通信技术。由于其节点体积小,且能自动组网,所以布局十分方便;又因其强调由大量的节点进行群体协作,网络具有很强的自愈能力,任何一个节点的失效都不会对整体任务的完成造成严重影响,所以特别适合用来组建无线传感网络。

    用ZigBee技术来实现无线传感网络,主要需要考虑通信节点的硬件设计,以及实现相应功能所需要的软件开发。德州仪器公司(TI)的CC2530无线单片机是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案,同时完全符合ZigBee技术对节点“体积小”的要求。此外,TI还提供了Z-Stack协议栈,尽可能地减轻了软件开发的工作量。在上位机系统方面,Qt提供了简单易用且功能强大的跨平台开发环境。

    本书立足当前无线传感网络技术的发展趋势、核心技术及其在智能家居领域中的典型应用,将技术热点与实践应用紧密结合,以实际应用为中心,按照实际项目的开发流程,并结合智能家居典型开发项目案例,由浅入深、循序渐进地讲解无线传感网络控制系统的开发流程和实用技术。

    本书按照无线传感网络控制系统的开发流程分成七章,分别为物联网与智能家居,ZigBee软硬件开发平台,ZigBee无线网络开发基础,ZigBee无线数据通信的设计与实现,基于ZigBee的温湿度采集、灯光及风扇控制系统,基于ZigBee的光照采集、窗帘控制系统,基于ZigBee的烟雾、红外检测远程短信报警系统。

    第1章主要介绍了物联网的技术框架、智能家居的发展前景及与ZigBee技术的联系。

    第2章主要对ZigBee开发平台进行了全面的讲解,包括ZigBee通信节点开发板、IAR集成开发环境、相关驱动和协议栈的安装、Qt跨平台开发环境等。

    第3章主要分析了ZigBee技术的概念、特点、原理、发展前景及应用领域,重点介绍了TI Z-Stack协议栈的软件架构和开发基础。

    第4章主要介绍了如何利用Z-Stack协议栈进行实际的无线数据通信实验,重点讲解了ZigBee协议栈数据通信中几个重要的函数和协议栈串口通信的实现方法。

    第5、6、7章是本书的技术重点和难点,主要介绍了无线传感网络控制系统的设计和实现过程,重点以温湿度传感器节点、光敏传感器节点、烟雾传感器节点和红外热释电传感器节点为例,介绍了节点的工作原理、步进电机、GPRS模块等执行机构的驱动设计方法,以及协调器和终端节点协议栈程序的具体开发过程。此外,每章的最后一节都配有详细的PC端Qt人机界面控制系统的编程设计实现方法。

    本书内容体系完整,案例详实,叙述风格平实、通俗易懂,书中的程序实例已全部通过了苏州创健电子科技有限公司生产的物联网ZigBee开发套件的测试,在此特别感谢宋林桂老师在硬件平台的搭建和测试中给予的帮助。通过对本书的学习,读者可以快速掌握和提高无线传感网络ZigBee协议栈应用层的开发能力和Qt上位机软件的实际应用水平。希望每位读者在学习完本书后能独立动手进行无线传感网络的设计与开发。

    由于时间仓促及作者水平有限,书中错误和不妥之处在所难免,敬请广大读者批评指正。

    作 者

    2015年1月

    前言

    第1章 物联网与智能家居 1
    1.1 物联网技术基础 1
    1.1.1 物联网技术简介 1
    1.1.2 物联网的应用前景 3
    1.2 智能家居概述 6
    1.2.1 什么是智能家居 6
    1.2.2 智能家居发展的特点和方向 7
    1.3 智能家居的功能、结构和特点 8
    1.3.1 智能家居的功能 8
    1.3.2 智能家居的网络结构 9
    1.3.3 智能家居主要子系统功能描述 10
    本章小结 12
    第2章 ZigBee软硬件开发平台 13
    2.1 ZigBee硬件开发平台 13
    2.1.1 核心板硬件资源 15
    2.1.2 底板硬件资源 16
    2.2 ZigBee物联网软件开发平台的搭建 19
    2.2.1 IAR集成开发环境简介 19
    2.2.2 IAR操作指南 25
    2.2.3 驱动程序的安装 34
    2.2.4 TI Z-Stack协议栈的安装、编译和
    下载 37
    2.2.5 Qt Creator跨平台开发环境的安装 39
    本章小结 44
    第3章 ZigBee无线网络开发基础 45
    3.1 无线通信基础 45
    3.2 ZigBee概念与特点 48
    3.3 ZigBee无线传感网络 49
    3.4 几种短距离无线通信技术 50
    3.5 ZigBee技术应用领域 54
    3.6 TI Z-Stack软件架构 57
    3.6.1 系统初始化 58
    3.6.2 操作系统的执行 60
    3.6.3 Z-Stack项目文件组织架构 64
    3.7 TI Z-Stack开发基础 68
    3.7.1 ZigBee设备和网络通信类型 68
    3.7.2 ZigBee协议体系结构 69
    3.7.3 ZigBee网络基本概念 71
    3.7.4 应用层开发基本概念 73
    3.7.5 网络层开发基本概念 75
    本章小结 80
    第4章 ZigBee无线数据通信的设计与实现 81
    4.1 ZigBee协议栈应用层关键函数解析 81
    4.2 ZigBee协议栈串口通信功能的实现 86
    4.2.1 串行通信简介 86
    4.2.2 串行数据传输 88
    4.2.3 ZigBee协议栈串口功能的应用实现 89
    4.3 ZigBee无线数据通信的实现 94
    4.3.1 实验原理解析 95
    4.3.2 ZigBee单播通信的实现 102
    4.3.3 ZigBee串口无线透传功能的实现 106
    本章小结 111
    第5章 基于ZigBee的温湿度采集、灯光及
    风扇控制系统 112
    5.1 系统基本原理及硬件设计 112
    5.1.1 DHT11数字温湿度传感器简介 112
    5.1.2 DHT11硬件设计 113
    5.1.3 DHT11传感器驱动程序的设计 115
    5.2 ZigBee协调器程序功能实现 121
    5.3 ZigBee终端节点程序功能实现 123
    5.4 下载和调试通信程序 128
    5.5 PC端Qt图形交互ZigBee采集控制
    系统设计 128
    5.5.1 ZigBee采集控制系统功能设计 128
    5.5.2 ZigBee采集控制系统串口编程 130
    5.6 PC端Qt图形交互ZigBee采集控制
    系统实现 133
    5.6.1 ZigBee采集控制系统窗体界面设计 133
    5.6.2 ZigBee采集控制系统窗体界面
    功能实现 143
    本章小结 148
    第6章 基于ZigBee的光照采集、窗帘控制
    系统 149
    6.1 系统基本原理及硬件设计 149
    6.1.1 光敏传感器简介 149
    6.1.2 光敏传感器驱动电路设计 151
    6.1.3 步进电机简介 152
    6.1.4 步进电机控制接口电路 155
    6.2 ZigBee协调器程序功能实现 155
    6.3 ZigBee终端节点程序功能实现 157
    6.3.1 ZigBee光敏终端节点程序功能
    实现 157
    6.3.2 ZigBee步进电机终端节点程序
    功能实现 159
    6.4 下载和调试通信程序 161
    6.5 PC端Qt图形交互ZigBee光照度采集
    控制系统实现 162
    6.5.1 ZigBee光照度采集控制系统窗体
    界面设计 162
    6.5.2 ZigBee光照度采集控制系统窗体
    界面功能实现 173
    本章小结 180
    第7章 基于ZigBee的烟雾、红外检测远程
    短信报警系统 181
    7.1 系统基本原理及硬件设计 181
    7.1.1 气敏传感器简介 181
    7.1.2 气敏传感器驱动电路设计 183
    7.1.3 红外热释电传感器简介 183
    7.1.4 红外热释电传感器模块连接电路 184
    7.2 GSM与GPRS 185
    7.2.1 GSM 185
    7.2.2 GPRS 186
    7.2.3 GPRS模块 186
    7.3 短信编解码 187
    7.3.1 AT指令简介 187
    7.3.2 UCS2短信编码 188
    7.3.3 UCS2短信解码 189
    7.3.4 通过超级终端进行GPRS通信测试 190
    7.4 ZigBee协调器程序功能实现 192
    7.5 ZigBee终端节点程序功能实现 194
    7.5.1 ZigBee气敏终端节点程序功能
    实现 195
    7.5.2 ZigBee红外热释电终端节点程序
    功能实现 197
    7.6 下载和调试通信程序 198
    7.7 PC端Qt图形交互ZigBee安防监测
    短信报警控制系统实现 199
    7.7.1 ZigBee安防监测短信报警控制
    系统窗体界面设计 199
    7.7.2 ZigBee烟雾红外采集控制系统
    窗体界面功能实现 210
    本章小结 224
    参考文献 225
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