物联网

1 物联网概述

1.1 物联网简介

概念：

1. 物联网概念：万物互联构成网络，实现彼此信息互通及信息应用。

2. 常规物联网：通过感知万物的传感设备互联构成网络，实现信息互通及信息应用。

3. 广义物联网：泛在系统的互联互通，包括人、物、环境等。

物联网系统构建过程：

1. 选择智能设备：根据需求，目标获取数据。

2. 智能设备互联：有线、无线连接。

3. 设备交互软件编程：编程向设备发送请求命令，接收设备数据。

4. 应用软件开发：数据存储、分析和检索。

5. 应用软件互联：提供访问接口，避免信息孤岛。

应用领域：

• 工业：电冰箱性能监测。

• 农业：农业大棚监测。

• 家居：照明、窗帘、空调、安防等。

• 海洋：海底观测（海床基）、海面观测（海洋浮标）、剖面观测（Argo漂流浮标）。

• 医疗：远程控制、机器人手术。

1.2 设备互联

智能设备互联：

1. 无线通信

   • 通信协议一致（wifi、NB-IoT等）

   • 增加协议转换器（网关）

2. 有线通信

   • 接口类型一致（以太网、USB等）

   • 增加接口转换器

2 传感设备

2.1 主要种类

传感设备种类：

• 模拟量输出：

  • 标准电压输出

  • 标准电流输出

  • 非标准模拟量输出（热电偶输出毫伏信号/转速转换器输出频率信号）

• 开关量输出：

  • TTL电平输出

  • 继电器输出（传感设备正常：COM和NC闭合，NO断开；传感设备异常：COM和NC断开，NO闭合）（如烟雾、火焰传感设备）

• 通信接口输出：数字量接口传感设备与计算机连接

  • 串行接口

  • 并行接口

  • 有线网络接口

  • 无线网络接口

2.2 通信接口

主要通信接口：

1. RS-232：串行接口，全双工通信

引脚定义

引脚	信号	功能
2	RXD	接收数据
3	TXD	发送数据
5	GND	信号地

引脚互联

• 2-3

• 3-2

• 5-5

重要

计算机与多个RS-232接口的设备通信时，通信周期等于一个设备的通信周期。

2. RS-485：串行接口，半双工通信

重要

计算机与多个RS-485接口的设备通信时，通信周期等于一个设备的通信周期的N倍。

3. Ethernet：以太网

4. WiFi

5. NBIoT：适合低功耗、低传输频次、低成本的场景

6. 5G：高速率、低延时、广连接

3 通信协议及解析

通信协议：计算机和传感设备之间信息交互过程和信息交互格式的约定。

多字节型通信协议：modbus协议。

以数据查询命令为例：

查询命令.png

返回数据格式：

返回数据.png

4 校验及通信工具

4.1 求和校验

• 分割：按8位（1字节）分割。

• 求和：将各个分割单元相加。

• 处理：溢出（和超过8位置）：丢弃最高位（溢出部分），保留低8位。

• 补码：将和取反加一。

4.2 CRC校验/循环冗余校验

• 发送方

  • 校验数据除以规定的除数

  • 将余数作为校验结果附加在校验数据后

• 接收方

  • 接收数据除以规定的除数

  • 余数为0则校验通过

中间结果使用异或运算（同0异1）。

4.3 串口助手

参数设置：

• 串口号

• 波特率

• 校验位

• 数据位

• 停止位

4.4 网络助手

参数设置

• 协议类型：UDP/TCP（Client/Server）

• 本机主机地址：192.168.10.202 / 192.168.10.200

• 本机主机端口号/远程主机端口号：192.168.10.200:8080 / 8080

重要

若利用网口助手模拟一个通信单元的 TCP 客户端， 需设置的网络参数包括（ACD）。A．本地主机 IP B．本地端口号 C．远程主机 IP D．远程主机端口号。

若利用网口助手模拟一个通信单元的 TCP 服务端， 需设置的网络参数包括（AB）。A．本地主机 IP B．本地端口号 C．远程主机 IP D．远程主机端口号。

5 设备交互软件编程

过程：

1. 初始化通信接口

2. 发送获取数据命令

3. 等待定长

4. 获取返回数据

5. 解析返回数据

6 节点应用软件

软件功能结构：

软件功能结构.png