面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的工程實訓平臺的構建

肖迎元 溫顯斌 王法玉 王曉曄

摘要：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的廣泛應用而催生的一門新興學科專業(yè)，目前，國內(nèi)許多高校都相繼增設這一本科專業(yè)。作為由工程應用的驅(qū)動而建立起來的本科專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)對學生實踐能力的培養(yǎng)就顯得尤為重要。本文針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學的需求，探討了面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學的工程實訓平臺的搭建方案。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；實踐教學；實訓平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）09-0256-02

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化三個重要特征[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術作為一個新的技術領域，融合了計算機科學、電子信息、網(wǎng)絡及通信、自動控制等諸多學科，是典型的多學科交叉和融合。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應用的原則，可以將物聯(lián)網(wǎng)劃分為如下四個層次：感知識別層、網(wǎng)絡構建層、管理服務層和綜合應用層，其中感知識別層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶。感知識別層主要包括射頻識別（RFID）、無線傳感器等信息感知采集設備以及由它們構建的無線感知網(wǎng)絡[2]。

二、工程實訓平臺的整體架構

我們構建的物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學工程實訓平臺的整體架構如圖1所示：包括一個無線路由器、一個M4-ZigBee網(wǎng)關、5個傳感器節(jié)點、一個繼電器控制器以及其控制的三個外部設備（風扇、LED燈和窗簾推拉桿）。M4-ZigBee網(wǎng)關和傳感器節(jié)點一起構成基于ZigBee通信協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡；M4-ZigBee網(wǎng)關內(nèi)置WiFi模塊，通過無線路由器連入Internet。

三、軟件開發(fā)環(huán)境的配置

為了對傳感器節(jié)點進行相關設置并讓其完成相應功能，需要構建面向傳感器節(jié)點的嵌入式開發(fā)環(huán)境。為此，我們?yōu)橛脩舸罱嘶赑C機或筆記本電腦的嵌入式開發(fā)環(huán)境，包括一臺筆記本電腦（也可以是PC機）、一個2530仿真器、一根USB線和一根10芯仿真調(diào)試線。PC機或筆記本電腦安裝C/C++交叉編譯器用來完成代碼的編輯和編譯；2530仿真器充當代碼燒寫器，它跟PC機或筆記本電腦通過USB線連接，將編譯好的代碼寫入傳感器節(jié)點的存儲芯片中；2530仿真器通過10芯仿真調(diào)試線與傳感器節(jié)點連接，具體的硬件連接方式如下圖2所示。

在本文的本實訓平臺中，用戶PC機或筆記本電腦安裝了IAR Embedded Workbench（簡稱IAR）的C/C++交叉編譯器。IAR的安裝同一般的Windows應用軟件安裝一樣，單擊setup.exe按提示逐步進行安裝。

使用IAR開發(fā)環(huán)境來開發(fā)基于實訓平臺（圖1所示）的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，首先應建立一個新的工作區(qū)，選擇File＼＼New＼＼Workspace來創(chuàng)建用戶的工作區(qū)。在一個工作區(qū)中可創(chuàng)建一個或多個工程。用戶打開IAR Embedded Workbench時，已經(jīng)建好了一個工作區(qū)，可選擇打開最近使用的工作區(qū)或向當前工作區(qū)添加自己的工程。建立一個新工程的方法如下：（1）單擊Project菜單，選擇Greate New Project，在彈出的建立新工程對話框中，確認Tool chain欄已選擇8051，在Project templates欄選擇Empty project，然后單擊下方OK按鈕；（2）根據(jù)需要選擇工程保存的位置，更改工程名，如sample，單擊Save來保存，這樣便建立了一個空的工程。

工程創(chuàng)建好后用戶可以在工程中創(chuàng)建和開發(fā)所需要程序文件。在工程中創(chuàng)建程序文件的方法如下：（1）若程序文件已編輯好并保存在指定目錄下，則只需要將程序文件添加到工程中即可。具體方法：選擇菜單Project＼＼Add File或在工作區(qū)窗口中，在工程名上點右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Add File，彈出文件打開對話框，選擇需要的文件單擊“打開”；（2）如果沒有建好的程序文件，可單擊工具欄上的或選擇菜單File＼＼New＼＼File新建一個空文本文件，然后可以編寫程序代碼。

編寫好程序文件后，需對相應的工程進行編譯與鏈接來生成最終的可執(zhí)行文件。在編譯和鏈接前需要設置工程選項參數(shù)，具體設置過程如下：（1）選中左側Files選項卡下的工程名，點擊Project菜單下的Options，配置與CC2530相關的選項；（2）配置Target標簽：按下圖3所示配置；

（3）單擊Derivative information欄后邊的按鈕，選擇程序安裝位置；（4）選擇Data Pointer標簽：選擇數(shù)據(jù)指針1個，16位，如圖4所示；（5）設置Stack/Heap標簽，改變XDATA棧大小到0x1FF；（6）單擊Options對話框左側Category下拉列表中的Linker選項，配置相關的選項；（7）配置Config標簽，單擊Linker command file欄文本框右邊的按鈕，選擇正確的鏈接命令文件；

完成上述配置后，就可選擇Project＼＼Make或按F7鍵編譯和鏈接工程，再將編譯好的代碼寫入傳感器模塊前還需安裝2530仿真器的驅(qū)動程序。2530仿真器的驅(qū)動程序安裝方法如下：（1）將CC2530多功能仿真器通過USB線連接到PC機；（2）在Windows XP系統(tǒng)下，系統(tǒng)找到新硬件后提示如下圖5所示對話框，選擇“從列表或指定位置安裝”，點擊下一步；（3）設置好驅(qū)動安裝選項，單擊右邊的“瀏覽”按鈕選擇驅(qū)動所在路徑。驅(qū)動文件在IAR程序安裝目錄下，默認為“C：＼＼Program Files＼＼IAR Systems＼＼Embedded Workbench 5.3＼＼8051＼＼drivers＼＼Texas Instruments”；（4）系統(tǒng)安裝完驅(qū)動后提示完成對話框，單擊“完成”結束安裝。

到此為止，開發(fā)環(huán)境的軟、硬件配置完成，在IAR中編譯好的代碼可通過2530仿真器寫入傳感器模塊。

四、總結與展望

本文針對物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)實踐教學的需求，設計了面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的工程實訓平臺的整體架構；在此基礎上，搭建了軟件開發(fā)環(huán)境。下一步的工作，我們將依托此實訓平臺來開發(fā)具體的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京：科學出版社，2013.

[2]Yingyuan Xiao，Xinrong Zhao，Hongya Wang，Ching-Hsien Hsu. Energy-Aware Multipath Routing for Data Aggregation in Wireless Sensor Networks[C].Proceedings of ICPADS workshop，2014.