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传感器是将物理参数转换为电输出的设备。 传感器是换能器的一种。 传感器可分为模拟传感器和数字传感器。 模拟传感器以电压和电流的形式提供输出。 微控制器需要 ADC#xff08;模数转换器#xff09;读取来自模拟传感器的数据。 许多较新的传感器都是数字传…传感器和执行器
传感器是将物理参数转换为电输出的设备。 传感器是换能器的一种。 传感器可分为模拟传感器和数字传感器。 模拟传感器以电压和电流的形式提供输出。 微控制器需要 ADC模数转换器读取来自模拟传感器的数据。 许多较新的传感器都是数字传感器即它们使用 I2C内部集成电路、SPI串行外设接口和 UART通用异步接收器等协议以数字格式提供输出。
执行器是将电信号转换为物理输出即运动的设备。 执行器可以通过电压或电流、气动或液压、甚至人力来控制。 在嵌入式系统中执行器主要由电力控制。 当接收到控制信号时执行器将电能转换为机械运动。 执行器可以产生线性运动、旋转运动或振荡运动。 执行器的示例包括电动机、压电致动器、气动致动器、步进电机和门锁致动器等。
通讯
除了以太网、WiFi、蓝牙等传统通信技术外还有许多其他技术可用于物联网通信。
RFID 和 NFC近场通信低功耗蓝牙 (BLE)光保真 (LiFi)6LoWPANZigBeeZ‐WaveLoRa Standard Frequency Range Data Rate LiFi Similar to 802.11 400 − 800 T H z 10 m 224 G b p s WiFi 802.11 a / b / g / n / a c 2.4 G H z and 5 G H z ∼ 50 m 1 G b p s Cellular GSM/GPRS/EDGE 900 , 1800 , 1900 , and 200 k m 500 k p s ( 2 G ) , (2G), UMTS/HSPA 2100 M H z 2 M b p s ( 3 G ) , (3G), LTE (4G), 5G 2.3 , 2.6 , 5.25 , 26.4 , and 10 M b p s ( 4 G ) 58.68 G H z 100 M b p s ( 5 G ) Bluetooth Bluetooth 4.2 2.4 G H z 50 − 150 m 1 M b p s RFID/NFC ISO/IEC 18000 − 3 13.56 M H z 10 c m 100 − 420 k b p s 6LowPAN RFC6282 2.4 G H z and ∼ 1 G H z 20 m 20 − 250 k b p s ZigBee ZigBee 3.0 based on 2.4 G H z 10 − 100 m 250 k b p s IEEE802.15.4 Z-Wave Z-Wave Alliance 868.42 M H z and 100 m 100 k b p s ZAD12837 / ITU-T 908.42 M H z LoRa G.9959 LoRaWAN 868 M H z and 915 M H z 15 k m 0.3 − 50 k b p s \begin{array}{lllll} \hline \text { Standard } \text { Frequency } \text { Range } \text { Data Rate } \\ \hline \text { LiFi } \text { Similar to } 802.11 400-800 \mathrm{THz} 10 \mathrm{~m} 224 \mathrm{Gbps} \\ \text { WiFi } 802.11 \mathrm{a} / \mathrm{b} / \mathrm{g} / \mathrm{n} / \mathrm{ac} 2.4 \mathrm{GHz} \text { and } 5 \mathrm{GHz} \sim 50 \mathrm{~m} 1 \mathrm{Gbps} \\ \text { Cellular } \text { GSM/GPRS/EDGE } 900,1800,1900 \text {, and } 200 \mathrm{~km} 500 \mathrm{kps}(2 \mathrm{G}), \\ \text { (2G), UMTS/HSPA } 2100 \mathrm{MHz} 2 \mathrm{Mbps}(3 \mathrm{G}), \\ \text { (3G), LTE (4G), 5G } 2.3,2.6,5.25,26.4, \text { and } 10 \mathrm{Mbps}(4 \mathrm{G}) \\ 58.68 \mathrm{GHz} 100 \mathrm{Mbps}(5 \mathrm{G}) \\ \text { Bluetooth } \text { Bluetooth } 4.2 2.4 \mathrm{GHz} 50-150 \mathrm{~m} 1 \mathrm{Mbps} \\ \text { RFID/NFC } \text { ISO/IEC } 18000-3 13.56 \mathrm{MHz} 10 \mathrm{~cm} 100-420 \mathrm{kbps} \\ \text { 6LowPAN } \text { RFC6282 } 2.4 \mathrm{GHz} \text { and } \sim 1 \mathrm{GHz} 20 \mathrm{~m} 20-250 \mathrm{kbps} \\ \text { ZigBee } \text { ZigBee } 3.0 \text { based on } 2.4 \mathrm{GHz} 10-100 \mathrm{~m} 250 \mathrm{kbps} \\ \text { IEEE802.15.4 } \\ \text { Z-Wave } \text { Z-Wave Alliance } 868.42 \mathrm{MHz} \text { and } 100 \mathrm{~m} 100 \mathrm{kbps} \\ \text { ZAD12837 / ITU-T } 908.42 \mathrm{MHz} \\ \text { LoRa } \text { G.9959 } \\ \text { LoRaWAN } 868 \mathrm{MHz} \text { and } 915 \mathrm{MHz} 15 \mathrm{~km} 0.3-50 \mathrm{kbps} \\ \hline \end{array} LiFi WiFi Cellular Bluetooth RFID/NFC 6LowPAN ZigBee Z-Wave LoRa Standard Similar to 802.11802.11a/b/g/n/ac GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G), 5G Bluetooth 4.2 ISO/IEC 18000−3 RFC6282 ZigBee 3.0 based on IEEE802.15.4 Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959 LoRaWAN Frequency 400−800THz2.4GHz and 5GHz900,1800,1900, and 2100MHz2.3,2.6,5.25,26.4, and 58.68GHz2.4GHz13.56MHz2.4GHz and ∼1GHz2.4GHz868.42MHz and 908.42MHz868MHz and 915MHz Range 10 m∼50 m200 km50−150 m10 cm20 m10−100 m100 m15 km Data Rate 224Gbps1Gbps500kps(2G),2Mbps(3G),10Mbps(4G)100Mbps(5G)1Mbps100−420kbps20−250kbps250kbps100kbps0.3−50kbps
协议
HTTPWebSocketMQTTCoAPXMPP
Node-RED
Node-RED是IBM开发的基于Web的开源软件工具可用于通过互联网连接硬件设备。借助 Node-RED您可以将 mbed 开发板连接到互联网读取传感器值将其显示在图表、网页、电子邮件等消息中。 您还可以将命令发送回开发板以执行一些控制。 它是一种基于图形的编程工具使用称为节点的功能块来构建程序。 您所需要做的就是连接节点并配置它们。 这使得许多编程任务变得非常简单且易于实现。 下图显示了在 Node-RED 中实现的一个简单的基于 WebSocket 的聊天程序。
嵌入式代码开发
初始代码闪烁 LED拓展代码 控制继电器屏载 QWERTY 触摸键盘的 TFT 显示屏演示SDFileSystem 替代 LocalFileSystem 写入 SD 卡挤出机/热床PID控制使用 Steinhart-Hart 方程进行热敏电阻到温度转换的演示光传感器示例温湿度传感器示例USB HID 鼠标/键盘示例HTTP SD 卡文件服务器使用整流器和低通滤波器对数字包络检波器进行测试使用 Python 编写的 GUI 软件从电脑控制 FRDM-K64F板2 个线程的矩阵乘法光和温度控制使用 mbed websocket 发送由字母和数字组成的消息控制RGB LED有限状态机数据记录器每隔几秒读取一次温度、湿度和光照水平并将数据存储在 microSD 卡中
数字输入输出
使用按钮和 PIR 传感器
数字输入示例
#include mbed.hDigitalIn mypin(SW2); // change this to the button on your board
DigitalOut myled(LED1);int main()
{// check mypin object is initialized and connected to a pinif (mypin.is_connected()) {printf(mypin is connected and initialized! \n\r);}// Optional: set mode as PullUp/PullDown/PullNone/OpenDrainmypin.mode(PullNone);// press the button and see the console / led changewhile (1) {printf(mypin has value : %d \n\r, mypin.read());myled mypin; // toggle led based on value of buttonThisThread::sleep_for(250);}
}#include mbed.hDigitalIn a(D0);
DigitalIn b(D1);
DigitalOut z_not(LED1);
DigitalOut z_and(LED2);
DigitalOut z_or(LED3);
DigitalOut z_xor(LED4);int main()
{while (1) {z_not !a;z_and a b;z_or a || b;z_xor a ^ b;}
}
数字输出示例
#include mbed.hDigitalOut myled(LED1);int main()
{// check that myled object is initialized and connected to a pinif (myled.is_connected()) {printf(myled is initialized and connected!\n\r);}// Blink LEDwhile (1) {myled 1; // set LED1 pin to highprintf(myled %d \n\r, (uint8_t)myled);ThisThread::sleep_for(500);myled.write(0); // set LED1 pin to lowprintf(myled %d \n\r, myled.read());ThisThread::sleep_for(500);}
}批量输入示例
#include mbed.hBusIn nibble(D0, D1, D2, D3); // Change these pins to buttons on your board.int main()
{// Optional: set mode as PullUp/PullDown/PullNone/OpenDrainnibble.mode(PullNone);while (1) {// check bits set in nibbleswitch (nibble nibble.mask()) { // read the bus and mask out bits not being usedcase 0x0:printf(0b0000, D3,D2,D1,D0 are low \n\r);break;case 0x1:printf(0b0001, D0 is high \n\r);break;case 0x2:printf(0b0010, D1 is high \n\r);break;case 0x3:printf(0b0011, D1,D0 are high \n\r);break;case 0x4:printf(0b0100, D2 is high \n\r);break;case 0x5:printf(0b0101, D2, ,D0 are high \n\r);break;case 0x6:printf(0b0110, D2,D1 are high \n\r);break;case 0x7:printf(0b0111, D2,D1,D0 are high \n\r);break;case 0x8:printf(0b1000, D3 is high \n\r);break;// ...case 0xF:printf(0b1111, D3,D2,D1,D0 are high \n\r);break;}ThisThread::sleep_for(1000);}
}
模拟输入输出
使用温度传感器和 LDR(光敏电阻) 传感器
脉冲宽度调制
加速度计和磁力计
SD卡读写
本地文件系统
中断
数字接口
串口、SPI、I2C、CAN
网络通讯
以太网、以太网网络客户端和服务器、TCP和UDP套接字、WebSocket、WiFi
数字信号处理
低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和陷波滤波器、快速傅里叶变换、PID控制器
多线程和实时编程
物联网开发项目示例
网络监控温度、智能灯控、声控门禁、RFID读取器、云端数据分析和可视化示例、实时信号处理
参考一亚图跨际
参考二亚图跨际
