面向物聯網工程專業的工程實訓平臺的構建

肖迎元 溫顯斌 王法玉 王曉曄

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

關鍵詞：物聯網工程；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

物聯網（Internet of Things）是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化三個重要特征[1]。物聯網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。根據信息生成、傳輸、處理和應用的原則，可以將物聯網劃分為如下四個層次：感知識別層、網絡構建層、管理服務層和綜合應用層，其中感知識別層是物聯網的核心，是聯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絡[2]。

二、工程實訓平臺的整體架構

我們構建的物聯網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網關、5個傳感器節點、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網關和傳感器節點一起構成基于ZigBee通信協議的無線傳感器網絡；M4-ZigBee網關內置WiFi模塊，通過無線路由器連入Internet。

三、軟件開發環境的配置

為了對傳感器節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點的嵌入式開發環境。為此，我們為用戶搭建了基于PC機或筆記本電腦的嵌入式開發環境，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點的存儲芯片中；2530仿真器通過10芯仿真調試線與傳感器節點連接，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開發環境來開發基于實訓平臺（圖1所示）的物聯網應用系統，首先應建立一個新的工作區，選擇File＼＼New＼＼Workspace來創建用戶的工作區。在一個工作區中可創建一個或多個工程。用戶打開IAR Embedded Workbench時，已經建好了一個工作區，可選擇打開最近使用的工作區或向當前工作區添加自己的工程。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。

工程創建好后用戶可以在工程中創建和開發所需要程序文件。在工程中創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行文件。在編譯和鏈接前需要設置工程選項參數，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：選擇數據指針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仿真器的驅動程序。2530仿真器的驅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系統下，系統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）設置好驅動安裝選項，單擊右邊的“瀏覽”按鈕選擇驅動所在路徑。驅動文件在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）系統安裝完驅動后提示完成對話框，單擊“完成”結束安裝。

到此為止，開發環境的軟、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

本文針對物聯網工程本科專業實踐教學的需求，設計了面向物聯網工程專業的工程實訓平臺的整體架構；在此基礎上，搭建了軟件開發環境。下一步的工作，我們將依托此實訓平臺來開發具體的物聯網應用系統。

參考文獻：

[1]劉云浩.物聯網導論[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.