第一篇：光纖傳感實驗報告

光纖傳感實驗報告

１、基礎理論 1 1、1 1 光纖光柵溫度傳感器原理

1、１、1 光纖光柵溫度傳感原理 光纖光柵得反射或者透射峰得波長與光柵得折射率調制周期以及纖芯折射率有關,而外界溫度得變化會影響光纖光柵得折射率調制周期與纖芯折射率，從而引起光纖光柵得反射或透射峰波長得變化,這就是光纖光柵溫度傳感器得基本工作原理.光纖 Bragg 光柵傳感就是通過對在光纖內部寫入得光柵反射或透射 Brａｇg 波長光譜得檢測，實現被測結構得應變與溫度得絕對測量。由耦合模理論可知，光纖光柵得 Bragｇ中心波長為

式中 Λ為光柵得周期;nｅff 為纖芯得有效折射率。外界溫度對 Bｒａgg 波長得影響就是由熱膨脹效應與熱光效應引起得。由公式(1）可知,Bｒagg 波長就是隨與而改變得。當光柵所處得外界環境發生變化時,可能導致光纖光柵本身得溫度發生變化。由于光纖材料得熱光效應，光柵得折射率會發生變化;由于熱脹冷縮效應，光柵得周期也會發生變化，從而引起與得變化，最終導致 Brａｇg 光柵波長得漂移。

只考慮溫度對 Bragｇ波長得影響，在忽略波導效應得條件下,光纖光柵得溫度靈敏度為

式中Ｆ為折射率溫度系數;α 為光纖得線性熱膨脹系數；p１1 與 p12 為光彈常數。

由式（2)可知光纖光柵受到應變作用或當周圍溫度改變時，會使 n eｆf 與發生變化,從而引起Ｂｒａgg 波長得移動。通過測量Ｂrａｇg 波長得移動量,即可實現對外部溫度或應變量得測量。

1、1、2 光纖光柵溫度傳感器得封裝 為滿足實際應用得要求,在設計光纖光柵溫度傳感器得封裝方法時，要考慮以下因素:(1)封裝后得傳感器要具備良好得重復性與線性度;(2）必須給光纖光柵提供足夠得保護,確保封裝結構要有足夠得強度;(3）封裝結構必須具備良好得穩定性,以滿足長期使用得要求。為了能夠有效起到增敏作用一般采用合金、鋼、銅、鋁等熱膨脹系數大得材料對光纖光柵進行封裝。

１、１、2、1 蝶形片封裝

1、1 蝶形片封裝 光纖預拉后兩頭用環氧樹脂固定在蝶形片上，中間光柵工作區懸在槽內,測量時將蝶形片固定在待測物體上。

1、1、2、2 套管封裝 套管分裝一類就是在套管內填充環氧樹脂進行溫度補償式分裝,另一類就是套管封裝。

1、２鋼管內腔充滿環氧樹脂封裝

1、3 管式封裝 1、1、2、３其她封裝方式 考慮到待測物及增敏敏效果等其她因素，還有其她一些特殊封裝方式。

2、光纖光柵溫度傳感器得具體實驗 2 2、1 1 實驗目得

(1)掌握光纖光柵溫度傳感器得基礎理論知識（２)驗證光纖光柵溫度傳感器相關理論（３)對比光纖光柵溫度傳感器在不同封裝情況下傳感效果（4)學會各類儀器得造作與使用（5)學會相關數據處理方法 2 2、2 2 實驗器材

溫控箱、波長解調儀、兩只支光纖光柵傳感器(一支經過增敏鍍膜處理)、相關軟件 2 2、2 2 實驗過程

2、1 實驗系統組成結構圖(1）將各類器件按結構圖連接好，將 Bｒaｇg 光柵溫度傳感器放入溫控箱內,檢查溫控箱氣密性。

(2)打開數據采集軟件、解調儀,檢查傳感器聯通情況。

(３)打開溫控箱電源進行升溫實驗,溫度從 30°到 80°每次１0°遞增。

（4）溫控箱溫度恒定時記錄數據采集軟件相關數據。(記錄時間間隔 1－1000ms)（5)達到８0 攝氏度后，進行降溫實驗,溫度從 80°到 3０°每次 1０°遞減．(6)溫控箱溫度恒定時記錄數據采集軟件相關數據。

(7）數據處理與分析 ２、３采集數據

（一)升溫

℃

4０ ℃

℃

℃

７0 ℃

℃

溫度:℃

波長:nm

１ 1３19、7852 1３19、８801 1319、９75 132０、0745 １32０、19 13２0、３４11 1 0 0、0949 0、1898 0、2８93 0、４０48 0、５５59 ２ １３2０、5314 1３20、６３９８ 1320、７45 13２０、8５7 1３20、975 １３21、１0１9 2 0 0、1084 0、21３６ 0、325６ 0、4436 ０、57０５（二）降溫

８0 ℃

℃

6０ ℃

５0 ℃

℃

3０ ℃1３20、3411 1３20、１9 1320、074５ １３1９、９７5 13１9、880１ １３19、７８52 1 0、5559 0、4048 0、2893 ０、１89８ 0、０９49 ０ 2 1321、１019 １320、９7５ 132０、85７ 1320、74５ 13２0、63９８ 13２０、531４ 2 0、570５ 0、4436 0、325６ 0、2１36 ０、1084 0 溫度:℃

波長:nm 2 2、2 兩種封裝光纖光柵升溫波長輸出對比

?２、4 4 實驗數據 分析

傳感器得靜態特性就是表示傳感器在被測輸入量得各個值處于穩定狀態時得輸入一輸出關系.衡量傳感器靜態特性得主要技術指標就是:線性度、靈敏度、遲滯與重復性。

2、4、１線性度 線性度又稱非線性,就是表征傳感器輸出一輸入校準曲線與所選定得擬合直線之間吻合程度得指標。通常用相對誤差來表示線性度,即

式中,△ｍａx 為輸出平均值與擬合直線間得最大偏差;為理論滿量程輸出.本次實驗采用最小二乘法直線法。2、４

正常封裝傳感器升溫波長2、4 正常封裝傳感器升溫波長增量圖

從圖中可以瞧出,正常封裝傳感器得靈敏度就是 S=0、０1０89，線性度=99、748%。2、5 5 增敏封裝傳感器升溫波長變化量圖

從圖中可以瞧出，增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S＝0、０1１26，線性度=９9、693%。2、6 正常封裝傳感器降溫波長變化量圖

從圖中可以瞧出,增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S＝0、01０66,線性度=９８、９０6％。

２、7 增敏封裝傳感器降溫波長變化量圖

從圖中可以瞧出,增敏封裝傳感器得靈敏度就是 S=０、01134,線性度=99、85２% 測量數據處理匯總表

升溫普通 升溫增敏 靈敏度提高 降溫普通 降溫增敏 靈敏度提高 靈敏度 ０、０10８９ 0、01126 3、398％ 0、01066 0、０1１34 6、379% 線性度 ９9、7５% 99、69%

98、9１% 9９、８5%

從表中可以可以瞧出增敏后傳感器靈敏度有明顯提高。

3、實驗結論 1、光纖光柵溫度傳感器有較好得溫度靈敏度;2、升溫時與降溫時靈敏度數據有差別； 3、通過實驗發現不同封裝與加工工藝對光纖光柵溫度傳感器對溫度得靈敏度有很大影響，增敏封裝后得光纖傳感器靈敏度提高比較明顯。2、3 兩種封裝光纖光柵降溫波長輸出對比

第二篇：光纖傳感(教案)（范文模版）

第一章 光纖傳感器

1.1 概論

1.1.1 光纖傳感器技術的形成及其特點

（1）來源

上世紀70年代發展起來的一門嶄新的技術，是傳感器技術的新成就。

最早用于光通信技術中。在實際光通信過程中發現，光纖受到外界環境因素的影響，如：壓力、溫度、電場、磁場等環境條件變化時，將引起光纖傳輸的光波量，如光強、相位、頻率、偏振態等變化。

（2）特點

靈敏度高、結構簡單、體積小、耗電量少、耐腐蝕、絕緣性好、光路可彎曲，以及便于實現遙測等。

1.1.1 光纖傳感器的組成與分類

（1）組成

光纖、光源、探測器

（2）分類：一般分為兩大類

功能型傳感器：利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器。

只能用單模光纖構成。

傳光型傳感器：光纖僅僅起傳輸光波的作用，必須在光纖端面或中間加裝其它敏感元件才能構成傳感器。主要由多模光纖構成。

（a）功能型

（b）傳光型

圖1-1 光纖類型

根據對光調制的手段不同，光纖傳感器分為：強度調制型、相位調制型、頻率調制型、偏振調制型和波長調制型等。

根據被測參量的不同，光纖傳感器又可分為位移、壓力、溫度、流量、速度、加速度、振動、應變、電壓、電流、磁場、化學量、生物量等各種光纖傳感器。

舉例：

功能型：測溫等

傳光型：光纖血流計 1.2 光導纖維以及光在其中的傳輸

1.2.1 光導纖維及其傳光原理

(1)芯子：直徑只有幾十個微米；芯子的外面有一圈包層，其外徑約為：100－200?m(2)數值孔徑：NA?sin?max?n12?n22

(3)光纖（或激光）的模：包括橫模和縱模

激光的橫模：光束在諧振腔的兩個反射鏡之間來回反射將形成各種光程差的光波存在，這些光波的相互干涉可能使振動加強或減弱。但是只有那些加強的光波才有可能產生振蕩。顯而易見，這些光波的位相差??必須是2?的整數倍，即

???2?N??

—光波在諧振腔中經過一個來回時的位相差。同時又知道：

2nL

????

L—諧振腔的長度； n—腔內介質的折射率；

?—激光波長。

根據上面兩個式子得出符合諧振條件的光波波長為

?N?

或諧振頻率為

?N?Nc2nL2nLN

激光的縱模：原則上諧振腔內可以有無限多個諧振頻率，每一種諧振頻率代表一種振蕩方式，成為一個模式。對軸向穩定的光場分布模式通常稱為軸模或縱模。

光纖的縱模：沿著芯子傳輸的光，可以分解為沿軸向與沿界面傳輸的兩種平面波成分。因為沿截面傳輸的平面波是在芯子與包層的界面處全反射的，所以，每一往復傳輸的相位變化是2?整數倍時，就可以在界面內形成駐波。像這樣的駐波光線組又稱為“模”。“模”只能離散地存在。就是說，光導纖維內只能存在特定數目的“模”傳輸光波。如果用歸一化頻率?表達這些傳輸模的總數，其值一般在?22—?24之間。歸一化頻率

??2?aNA?

能夠傳輸較大?值的光纖成為多模光纖；僅能傳輸?小于2.41的光纖稱為單模光纖。二者都稱為普通光纖。?越小，越容易實現單模。1.3 光纖傳感器對光源的要求

1.3.1 對光源的要求

（1）由于光纖傳感器結構有限，要求光源的體積小，便于與光纖耦合；

（2）光源要有足夠的亮度；

（3）光波長適合，以減少傳輸損耗；

（4）光源工作時穩定性好、噪聲小，能在室溫下連續長期工作；

（5）便于維修，使用方便。

1.3.2 光源的種類

光纖傳感器使用的光源分為相干光源和非相干光源兩大類。

常用的相干光源有：半導體激光器、氦氖激光器和固體激光器等。

常用的非相干光源有：白熾光源、發光二極管。

1.4 光纖傳感器用光探測器

1.4.1 光纖傳感器對光探測器的要求

一般要求如下：

（1）線性好，按比例地將光信號轉換為電信號；

（2）靈敏度高，能敏感微小的輸入光信號，并輸出較大的電信號；（3）響應頻帶寬、響應速度快，動態特性好；（4）性能穩定，噪聲小等。

1.4.2 光纖傳感器常用的光探測器

在光纖傳感器中常用的光探測器大多是光電式傳感器（也稱光電器件）。光電式傳感器所應用的效應分為內光電效應與外光電效應。內光電效應又分為光電導效應、光生伏特效應和光磁電效應。

光纖傳感器常用的光探測器有：（1）光敏二極管、光電倍增管。

它們的特點是響應速度較快，一般只需要幾個納秒。

一般只適宜于近紅外輻射或可見光范圍內使用。（2）光敏電阻

它是利用光電導效應：即當光照射在某些半導體材料表面上時，透入內部的光子能量足夠大，半導體材料中一些電子吸收了光子的能量，從原來束縛狀態變成為能導電的自由狀態，這時半導體的電導率增加，也就是電阻值下降。

（3）光電池

利用光生伏特效應，直接將光能轉換為電能的光電器件，它是一個大面積的pn結。

1.5 光調制技術

光纖傳感器也利用光調制技術。按照調制方式分類，光調制可以分為強度調制、相位調制、偏振調制、頻率調制和波長調制等。所有這些調制過程都可以歸結為將一個攜帶信息的信號疊加到光在波上。而能完成這一過程的器件稱為調制器。1.5.1 相位調制與干涉測量

相位調制常與干涉測量技術并用，構成相位調制的干涉型光纖傳感器。

其基本原理是通過被測物理量的作用，使某段單模光纖內傳播的光波發生相位變化。

實現干涉測量的常用干涉儀主要有四種：邁克耳遜干涉儀、馬赫—澤德干涉儀、賽格納克干涉儀和法布里—珀羅干涉儀。

光學干涉儀的共同特點是它們的相干光在空氣中傳播，由于空氣受環境溫度變化的影響，引起空氣的折射擾動及聲波干擾。這種影響就會導致空氣光程的變化，從而引起測量工作不穩定，以致準確度降低。利用單模光纖作干涉儀的光路，就可以排除上述影響，并可以克服光路加長時對相干長度的嚴格限制，從而可以制造出千米量級光路長度的干涉儀。

圖1-2 3db耦合器

當一真空中波長為?0的光入射到長度為L的光纖時，若以其入射端面為基準，則出射光的相位為

??2?L/?0?K0nL

式中，K0為光在真空中的傳播常數；n為纖芯折射率。

由此可見，纖芯折射率的變化和光纖長度L的變化都會導致光相位的變化，即

???K0(?nL??Ln)

3dB耦合器：

如圖所示，圓圈內的兩股光纖是融合到一起的，所以輸入為1，輸出就為0.5，故稱為3dB耦合器。

?10lgP1P0??10lg0.5P0P0?3.01

1.5.2 頻率調制

光纖傳感中的相位調制（或強度調制、偏振調制）是通過改變光纖本身的內部性能來達到調制的目的，通常稱為內調制。而頻率（或波長調制），基本上不是以改變光纖的特性來實現調制。因此，在這種調制中光纖往往只起著傳輸光信號的作用，而不是作為敏感元件。

一、光學多普勒頻移原理

（1）相對論多普勒頻移基本公式

光學中的多普勒現象是指由于觀察者和目標的相對運動，使觀察者接受的光波頻率產生變化的現象。

f1?f1??v/c??2?12?1??v/c?cos???f?1??v/c?cos??

式中，c為真空中的光速；?為物體至光源方向與物體運動方向的夾角。

上述公式是相對論多普勒頻移的基本公式。但是，一般最關心的還是物體所散射的光的頻移，而光源與觀察者是相對靜止的。對于這種情況，可以作為雙重多普勒來 考慮。

圖1-3 多普勒頻移

當物體相對于光源以速度v運動時，在P點所觀察到的光頻率為上面公式：

f1?f1??v/c??2?12?1??v/c?cos???f?1??v/c?cos?1?

在Q處觀察到的光頻率f2為

f2?f1?1??v/c?由于v＜＜c，所以上式寫成

f2?f2?12?1??v/c?cos???f?1??v/c?cos?2?

?1?(v/c)cos?1?cos?2?

二、光纖多普勒技術

利用光纖多普勒頻移原理，利用光纖傳光功能組成測量系統，可用于普通光學多普勒測量裝置不能安裝的一些特殊場合，如密封容器中流速的測量和生物體中液體的測量。

1.6 光纖位移傳感器

一、簡單的光纖開關、定位裝置

最簡單的位移測量時采用各種光開光裝置進行的，即利用光纖中光強度的跳變來測出各種移動物體的極端位置，如定位、技術，或者是判斷某種情況。測量精度最低，它只反映極限位置的變化，其輸出是跳變的信號。

圖1-4 簡單的光纖開關、定位裝置

（a）計數裝置；（b）編碼器裝置；（3）定位裝置；（4）液位控制裝置

二、移動球鏡光學開關傳感器

圖1-5所示為一種移動球鏡位移傳感器原理圖，這是一種高靈敏度面位移檢測裝置。當球透鏡在平衡位置時，從兩個接收光纖得到的光強I1和I2是相同的。如果球透鏡在垂直于光路方向上產生微小的位移，兩光強將發生變化。光強比值I1I2的對比數值與球透鏡位移量x呈線性關系，而光強的比值I1I2與初始光強無關。即：

lgI1I2?kx

圖1-5 移動球鏡位移傳感器原理圖

三、光纖自動測位裝置

圖1-6所示是用光纖傳感器檢測位置偏差的自動測位裝置見圖。被測工件在傳送帶上移動，兩組光纖傳感器的視場分別對準工件的兩個邊緣，測量工件邊緣影響位置的變化。

第三篇：光纖實驗報告三

實驗二十，模擬信號光纖傳輸系統一、實驗目的1.了解模擬信號光纖系統的通信原理。

2.了解完整的模擬信號光纖通信系統的基本結構。

3.掌握各種模擬信號的傳輸機理。

二、實驗內容

1.通過不同頻率的正弦波、方波、三角波信號進行光傳輸實驗

三、實驗原理

本實驗中將模擬信號源輸出的正弦波、三角波、方波信號通過光纖進行傳輸。模擬信號也可以通過PCM編碼后變成數字信號。然后，再送入光發射模塊數字信號端進行傳輸。接收到信號后再送入PCM譯碼模塊，得到模擬信號。

四、實驗報告

1.記錄P242、P103各測試點的波形

實驗二十一電話語音光纖傳輸系統一、實驗目的1.了解電話語音信號光纖系統的通信原理。

2.了解完整的電話語音信號光纖通信系統的基本結構。

3.了解用戶接口電路的原理。

二、實驗內容

1.電話語音通過光纖的模擬信道進行傳輸。

三、實驗儀器

光纖通信實驗系統1臺，電話2部，光纖跳線2根。

四，實驗原理

當B2EN輸入低電平時，使用VBAT2饋電，輸入高電平時，使用VBATl饋電。其中，C2、C1、B2EN都由電話控制電路的單片機控制。ALU(模擬用戶接口單元)是連接普通模擬話機和數字交換網絡的接口電路，CCITT為程控數字交換機的模擬用戶接口規定了7項功能，稱為BORSCHT

五、實驗報告

1.記錄P242、P271各測試點波形。

實驗二十二，圖像光纖傳輸系統一、實驗目的1.了解圖像信號光纖系統的通信原理。

2.了解完整的圖像信號光纖通信系統的基本結構。

二、實驗內容

1.圖像信號的單光纖傳輸。

三、實驗儀器

1.光纖通信實驗系統1臺，監視器1臺。（實驗室用VGA顯示器和AV2VGA轉換器代替），攝像頭1個。（含電源），光纖跳線1根。

四．實驗原理

因為視頻信號的帶寬為0～6MHz相對于語音信號的0～3KHz來說寬了許多，因此光發射機和光接收機的要求更加嚴格。在實驗中應該認真仔細的調整才能得到滿意的圖像傳輸效果。

五 實驗報告

1.描述模擬信號光纖傳輸的原理。

2.描述RP1變化時，圖像有何變化？

第四篇：無線傳感網實驗報告

Central South University

無線傳感器網絡 實驗報告

學院:

班級: 學號: 姓名:

時間: 指導老師：

第一章 基礎實驗

了解環境

1.1 實驗目的

安裝 IAR 開發環境。CC2530 工程文件創建及配置。源代碼創建，編譯及下載。1.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境，TI 公司的燒寫軟件。

1.3 實驗內容

1、安裝 IAR 集成開發環境

IAR 集成開發環境安裝文件所在光盤目錄：物聯網光盤工具CD-EW8051-7601

2、ZIBGEE 硬件連接

安裝完 IAR 和 Smartrf Flash Programmer 之后，按照圖所示方式連接各種硬件，將仿真器的 20 芯 JTAG 口連接到 ZX2530A 型 CC2530 節點板上，USB 連接到 PC 機上，RS-232 串口線一端連接 ZX2530A 型 CC2530 節點板，另一端連接 PC 機串口。

3、創建并配置 CC2530 的工程文件 IAR 是一個強大的嵌入式開發平臺，支持非常多種類的芯片。IAR 中的每一個 Project，都可以擁有自己的配置，具體包括 Device 類型、堆/棧、Linker、Debugger 等。（1）新建 Workspace 和 Project 首先新建文件夾 ledtest。打開 IAR，選擇主菜單 File-> New-> Workspace 建立新的工作區域。

選擇 Project-> Create New Project-> Empty Project，點擊 OK，把此工程文件保存到文件夾 ledtest 中，命名為：ledtest.ewp（如下圖）。

（2）配置 Ledtest 工程

選擇菜單 Project->Options...打開如下工程配置對話框

選擇項 General Options，配置 Target 如下 Device：CC2530；

（3）Stack/Heap 設置：XDATA stack size：0x1FF

（4）Debugger 設置：

Driver：Texas Instruments（本實驗為真機調試，所以選擇 TI；若其他程序要使用 IAR仿真器，可選 Simulator）

至此，針對本實驗的 IAR 配置基本結束.4、編寫程序代碼并添加至工程

選擇菜單 File->New->File 創建一個文件，選擇 File->Save 保存為 main.c 將 main.c 加入到 ledtest 工程，將實驗代碼輸入

然后選擇 Project->Rebuild All 編譯工程

編譯好后，選擇 Project->Download and debug 下載并調試程序 下載完后，如果不想調試程序，可點工具欄上的按鈕終止調試。

到此，程序已經下載到了 cc2530 芯片的 flash 內，按下 ZX2530A 上的復位按鈕可看到程序的運行效果。

LED 實驗 2.1 實驗目的

通過 I/O 控制小燈閃爍的過程。

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上運行自己的程序。2.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境。2.3 實驗結果

1.正確連接下載線和 ZX2530A 型 CC2530 節點板，打開 ZX2530A 型 CC2530 節點板電源。

2.在文件夾“基礎實驗2 LED”下打開工程 led,編譯工程，并下載到 CC2530 節點板。3.觀察 LED 的閃爍情況。

4.修改延時函數，可以改變 LED 小燈的閃爍間隔時間。

5.重新編譯，并下載程序到 CC2530 節點板，觀察 LED 的閃爍情況。

答：增加延時就會發現小燈閃爍的頻率降低了。

串口實驗 3.1 實驗目的

本次實驗將會學習如果使用串口實現與 PC 機的通訊。（實驗中需要 PC 機與開發板之間使用RS232 交叉串口連接線）。

能正確配置 CC2530 的串口。3.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機，交叉串口線一根。

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境、串口調試助手。3.3 實驗結果

CC2530 能與上位機通過串口正常通信

1.正確連接下載線和 ZX2530A 型 CC2530 節點板，用串口線正確連接上位機和 ZX2530A 型板，使能通過串口交換數據。

2.在文件夾“基礎實驗5 uart”下打開工程 uart,編譯工程，并下載到 CC2530 節點板。

3.通過上位機上的串口調試助手，發送數據到 cc2530，然后檢查 cc2530 回送給上位機的數據。

3.4 實驗總結

通過這次實驗，讓我對無線傳感器網絡有了進一步的了解。在無線的世界，感覺一切都是那么神奇，二一切又是那么理所當然，記得小時候常常想，那些無線好神秘，畫面，聲音等怎么可以從一方到達另一方而可以完全不接觸。雖然今天做的實驗都是很小很簡單的，比起顯示中那些絢麗的感覺沒什么值得贊揚的，但對于我來說，這個更有魅力，那些絢麗的我是以仰望的視角來對待，而這次我能深入它的原理去真正接觸它，以平視來看待它。

第二章 射頻實驗

點對點射頻通信實驗 1 實驗目的

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上運行相應實驗程序。熟悉通過射頻通信的基本方法。練習使用狀態機實現收發功能。2 實驗內容

接收節點上電后進行初始化，然后通過指令 ISRXON 開啟射頻接收器，等待接收數據，直到正確接收到數據為止，通過串口打印輸出。發送節點上電后和接收節點進行相同的初始化，然后將要發送的數據輸出到 TXFIFO 中，再調用指令 ISTXONCCA 通過射頻前端發送數據。3 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型 CC2530 節點板 2 塊、USB 接口的仿真器，PC 機 Pentium100 以上。

軟件：PC 機操作系統 WinXP、IAR 集成開發環境、串口監控程序。4 實驗原理

發送節點通過串口接收用戶的輸入數據然后通過射頻模塊發送到指定的接收節點，接收節點通過射頻模塊收到數據后，通過串口發送到 pc 在串口調試助手中顯示出來。如果發送節點發送的數據目的地址與接收節點的地址不匹配，接收節點將接收不到數據。以下為發送節點程序流程圖：

以下為接收節點流程圖： 實驗步驟

1.打開光盤“無線射頻實驗2.點對點通信”雙擊 p2p.eww 打開本實驗工程文件。2.打開 main.c 文件下面對一些定義進行介紹 RF_CHANNEL 此宏定義了無線射頻通信時使用的信道，在多個小組同時進行實驗是建議每組選擇不同時信道。但同一組實驗中兩個節點需要保證在同一信道，才能正確通信。

PAN_ID 個域網 ID 標示，用來表示不同在網絡，在同一實驗中，接收和發送節點需要配置為相同的值，否則兩個節點將不能正常通信。SEND_ADDR 發送節點的地址 RECV_ADDR 接收節點的地址

NODE_TYPE 節點類型：0 接收節點，1：發送節點，在進行實驗時一個節點定義為發送節點用來發送數據，一個定義為接收節點用來接收數據。

3.修改 NODE_TYPE 的值為 0，并編譯下載到節點板。此節以下稱為接收節點。

4.修改 NODE_TYPE 的值為 1，并編譯下載到另外一個節點板。此節點板以下稱為發送節點。

5．將接收節點的串口與 pc 的串口相連，并在 pc 端打開串口調試助手，配置波特率為 115200。

6.先將接收節點上電，然后將發送節點上電。7.從串口調試助手觀察接收節點收到的數據。

8．修改發送數據的內容，然后編譯并下載程序到發送節點，然后從串口調試助手觀察收到的數據。9.修改接收節點的地址，然后重新編譯并下載程序到接收節點，然后從發送節點發送數據觀察接收節點能否正確接收數據。6 實驗數據分析及結論

發送節點將數據發送出去后，接收節點接收到數據，并通過串口調試助手打印輸出。發送數據的最大長度為 125（加上發送的據長度和校驗，實際發送的數據長度為 128 字節）。7 實驗心得

這次實驗在原來的短距離無線通信中有所涉獵，所以應該這個對于我們來說還是很簡單的，所以很快就做完實驗了，就和幾個同學好好研究了一下它的原理和一些它的展望，感覺這個學科以后有很大的發展前途，作為一個物聯網的學生，對無線射頻技術應該得很了解，指望它吃飯呢。這次實驗也很簡單，但是還是可以解除它的最底層的東西可以更加激發我們的興趣。第三章 ZStack組網實驗

多點自組織組網實驗 1 實驗目的

理解 zigbee 協議及相關知識。

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上實現自組織的組網。在 ZStack 協議棧中實現單播通信。2 實驗內容

先啟動協調器節點，協調器節點上電后進行組網操作，再啟動路由節點和終端節點，路由節點和終端節點上電后進行入網操作，成功入網后周期的將自己的短地址，父節點的短地址，自己的節點 ID 封裝成數據包發送給協調器節點，協調器節點接收到數據包后通過串口傳給 PC，從 PC 上的串口監控程序查看組網情況。發送數據格式為(16 進制): FF 源節點(16bit)父節點(16bit)節點編號 ID(8bit)例如 FF 4B 00 00 00 01，表示 01 號節點的網絡地址為 004B，發送數據到父節點，其網絡地址為 00 00(協調器)。3 實驗設備及工具

硬件：DZ2530 型 CC2530 節點板、USB 接口的仿真器，PC 機 Pentium100 以上。

軟件：PC 機操作系統 WinXP、IAR 集成開發環境、ZTOOL 程序。4 實驗原理

程序執行的流程圖如圖 5-4 所示，在進行一系列的初始化操作后程序就進入事件輪詢狀態。

對于終端節點，若沒有事件發生且定義了編譯選項 POWER_SAVING，則節點進入休眠狀態。

協調器是 Zigbee 三種設備中最重要的一種。它負責網絡的建立，包括信道選擇，確定唯一的PAN 地址并把信息向網絡中廣播，為加入網絡的路由器和終端設備分配地址，維護路由表等。Z-Stack 中打開編譯選項 ZDO_COORDINATOR，也就是在 IAR 開發環境中選擇協調器，然后編譯出的文件就能啟動協調器。具體工作流程是：操作系統初始化函數 osal_start_system 調用ZDAppInit 初 始 化 函 數，ZDAppInit 調 用 ZDOInitDevice 函 數，ZDOInitDevice 調 用

ZDApp_NetworkInit 函數，在此函數中設置 ZDO_NETWORK_INIT 事件，在 ZDApp_event_loop 任務中對其進行處理。由 第 一 步 先 調 用 ZDO_StartDevice 啟動網絡中的設備，再調用NLME_NetworkFormationRequest 函數進行組網，這一部分涉及網絡層細節，無法看到源代 碼，在庫中處理。ZDO_NetworkFormationConfirmCB 和 nwk_Status 函數有申請結果的處理。如果成功則 ZDO_NetworkFormationConfirmCB 先執行，不成功則 nwk_Status 先執行。接著，在ZDO_NetworkFormationConfirmCB 函數中會設置 ZDO_NETWORK_START 事件。由于第三步，ZDApp_event_loop 任務中會處理 ZDO_NETWORK_START 事件，調用 ZDApp_NetworkStartEvt 函數，此函數會返回申請的結果。如果不成功能量閾值會按ENERGY_SCAN_INCREMENT 增加，并將App_event_loop 任務中的事件 ID 置為 ZDO_NETWORK_INIT 然后跳回第二步執行；如果成功則設置 ZDO_STATE_CHANGE_EVT 事件讓 ZDApp_event_loop 任務處理。對 于 終 端 或 路 由 節 點，調 用 ZDO_StartDevice 后 將 調 用 函 數 NLME_NetworkDiscoveryRequest 進行信道掃描啟動發現網絡的過程，這一部分涉及網絡層 細節，無法看到源代碼，在庫中處理，NLME_NetworkDiscoveryRequest函數執行的結果將會返回到函數ZDO_NetworkDiscoveryConfirmCB 中，該 函 數 將 會 返 回 選 擇 的 網 絡，并 設 置 事 件ZDO_NWK_DISC_CNF，在 ZDApp_ProcessOSALMsg 中對該事件進行處理，調用 NLME_JoinRequest加入指定的網絡，若加入失敗，則重新初始化網絡，若加入成功則調用 ZDApp_ProcessNetworkJoin函數設置 ZDO_STATE_CHANGE_EVT，在對該事件的處理過程 中將調用ZDO_UpdateNwkStatus函數，此函數會向用戶自定義任務發送事件 ZDO_STATE_CHANGE。本實驗在 Zstack 的事例代碼 simpleApp 修改而來。首先介紹任務初始化的概念，由于自定義任務需要確定對應的端點和簇等信息，并且將這些信息在 AF 層中注冊，所以每個任務都要初始化然后才會進入 OSAL 系統循環。在 Z-Stack 流程圖中，上層的初始 化集中在 OSAL 初始化（osal_init_system）函數中。包括了存儲空間、定時器、電源管理和 各任務初始化。其中用戶任務初始化的流程如下：

用戶任務初始化流程圖

任務 ID（taskID）的分配是 OSAL 要求的，為后續調用事件函數、定時器函數提供了參數。網絡狀態在啟動的時候需要指定，之后才能觸發 ZDO_STATE_CHANGE 事件，確定設備的類型。目的地址分配包括尋址方式，端點號和地址的指定，本實驗中數據的發送使用單播方式。之后設置應 用 對 象 的 屬 性，這 是 非 常 關 鍵 的。由 于 涉 及 很 多 參 數，Z-Stack 專 門 設 計 SimpleDescriptionFormat_t 這一結構來方便設置，其中的成員如下： EndPoint，該節點應用的端點，值在 1-240 之間，用來接收數據。AppProfId，該域是確定這個端點支持的應用 profile 標識符，從 Zigbee 聯盟獲取具體的 標識符。AppNumInClusters，指示這個端點所支持的輸入簇的數目。pAppInClusterList，指向輸入簇標識符列表的指針。AppNumOutClusters，指示這個端點所支持的輸出簇的數目。pAppOutClusterList，指向輸出簇標識符列表的指針。

本實驗 profile 標識符采用默認設置，輸入輸出簇設置為相同 MY_PROFILE_ID，設 置完成后，調用 afRegister 函數將應用信息在 AF 層中注冊，使設備知曉該應用的存在，初 始化完畢。一旦初始化完成，在進入 OSAL 輪詢后 zb_HandleOsalEvent 一有事件被觸發，就會得到及時的處理。事件號是一個以宏定義描述的數字。系統事件（SYS_EVENT_MSG）是強制的，其中包括了幾個子事件的處理。ZDO_CB_MSG 事件是處理 ZDO 的響應，KEY_CHANGE 事件 處理按鍵（針對 TI 官方的開發板），AF_DATA_CONFIRM_CMD 則是作為發送一個數據包 后的確認，AF_INCOMING_MSG_CMD是接收到一個數據包會產生的事件，協調器在收到 該事件后調用函數 p2p_test_MessageMSGCB，將接收到的數據通過 HalUARTWrite 向串口 打印輸出。ZDO_STATE_CHANGE 和網絡狀態的改變相關在此事件中若為終端或路由節點 則發送用戶自定義的數據幀：FF 源節點短地址(16bit，調用 NLME_GetShortAddr()獲得)、父節點短地址(16bit，調用 NLME_GetCoordShortAddr())、節點編號 ID(8bit，為長地址的最低字節，調用 NLME_GetExtAddr()獲得，在啟動節點前應先用 RFProgrammer 將非 0XFFFFFFFFFFFFFFFF 的長地址寫到 CC2530 芯片存放長地址的寄存器中)，協調器不做任何處理，只是等待數據的到來。終端和路由節點在用戶自定義的事件 MY_REPORT_EVT中 發 送 數 據 并 啟 動 定 時 器 來 觸 發 下 一 次 的 MY_REPORT_EVT 事件，實現周期性的發送數據（發送數據的周期由宏定義 REPORT_DELAY 確定）。5 實驗步驟

1.打開工程文件夾協議棧實驗2.多點自組網ProjectszstackSamplesSimpleAppCC2530DB下的工程文件 SimpleApp.eww。2.選擇工程

編譯，生成協調器代碼，并下載到 ZX2530A 開發板。此節點為協調器節點。3.選擇工程

編譯，生成終端節點代碼，并下載到 ZX2530 開發板。此節點為終端節點。4.選擇工程

編譯，生成路由器節點代碼，并下載到 ZX2530 開發板，此節點為路由器節點。5.用串口線將協調器節點與 pc 連接起來，在 pc 端打開 ZTOOL 程序。(ZTOOL 程序在 zstack 安裝后自動安裝)6.開啟 ZX2530A 型 CC2530 節點板電源。7.在 ZTOOL 程序中觀察組網結果。6 實驗數據分析及結論

由接收數據的 DebugString 可以看出圖中有兩個節點加入了網了，其中一個節點的 DEVID 是21，網絡地址：4f07，父節點地址是 0 即協調器。另外一個節點的 DEVID 是 11，網絡地址：A6F7，父節點地址是 4f07 即上一節點。實驗中可以試著改變不同節點的位置，然后通過 ZTOOL 看看組網結果有什么不同。7 實驗心得

這次實驗感覺比原來的更有趣，可以在手機上看到無線連接的組網，所以和同學們很有興趣，雖然只有幾個分支，但是幾個的通信還是可以清晰可見的。同時也讓我們看到了大型android手機的模樣，以前都是看成品，這次看的是半成品，感覺很有意思。在組網的過程中，遇到了一些問題，剛開始不知道如何解決，就問同學和老師，有的是線的問題，由于實驗器材本身的問題，導致一些松動之類的，但最后實驗總算是順利的完成了。在這感謝幫助我的同學和老師。第四章 傳感器網絡綜合實驗

Zigbee 節點控制程序設計 1.1 協調器節點工程

SimpleCoordinator 即協調器工程，如下圖

協調器的應用功能代碼實現文件是 SimpleCoordinator.c 在工程文件夾 App 目錄下具體實現可參考源碼。按下鍵盤上的 F7 即個編譯協調器工程，編譯好之后可將代碼下載到協調器節點板。1.2 人體紅外傳感器節點工程

SimpleInfrared 即人體紅外傳感器工程，如下圖

人體紅外傳感器節點應用控制代碼可參考工程目錄 App 下 SimpleInfrared.c 1.3 超聲波距離傳感器節點工程 SimpleDistanceSensor 即超聲波距離傳感器工程，如下圖

超聲波距離傳感器節點實現代碼可參考工程目錄 App 下

SimpleDistanceSensor.c。超聲波測距驅動代碼請參考 ys-srf05.c 文件。

1.4 濕度傳感器節點工程

SimpleHumiditySensor 即濕度傳感器節點工程，如下圖

濕度傳感器應用控制代碼可參考工程目錄 App 下SimpleHumiditySensor.c 文件，其濕度的測量驅動可參考溫濕度傳感器驅動 dht11.c 文件

平臺控制操作 2.1 啟動程序

1）安裝好程序后，打開 android 應用程序面板，找到圖標 點擊進入程序。

2）直接點擊登錄按鈕，進入到系統主界面。第一次進入是系統會自動連接到 zigbee 網關然后去搜索 zigbee 網絡，默認的 zigbee 網關地址為本機 IP 地址，即 127.0.0.1。

3）如果你的 zigbee 網關地址不是本機，則需要修改默認網關地址。通過按下系統‘菜單’按鍵，會出現如下菜單，選擇‘設置’菜單，可以設置默認的 zigbee 網關。如下圖：

4）設置好網關后，下次啟動程序就不用再次設置了。2.2 搜索網絡

如果 zigbee 網關設置好，通過菜單選擇‘搜索網絡’就可以搜索 zigbee 網絡了，正常情況下至少會有一個協調器節點，如果程序提示搜索不到網絡，請檢查你的網絡連接和協調器是否正確連接。如果 zigbee 網絡上還有其它節點，可以在網絡 TOP 圖上一起顯示出來。如下，是一個zigbee 網絡 TOP 圖：

圖中共有 7 個節點，其中最上面那個是協調器節點，其它為傳感器節點，其中地址為 58229的燈光設備帶有路由功能，屬路由器節點，它下面有兩個子節點，分別為人體傳感器和溫度傳感器。2.3 傳感器節點操作

通過搜索到的 zigbee 網絡 TOP 圖，可以了解整個 zigbee 網絡的節點分布情況。通過點擊屏幕上相應節點的圖標可以進入相關節點的控制和監控操作。

下圖為溫度傳感器的監控界面：

其它界面讀者可以自行實驗，并且去了解。

實驗心得

四次實驗完成了，雖然不能說自己學到了很多吧，至少對這里面的一些操作有了一定的了解，本科生本來就是為了讓我們擴充視角，知道更多的東西。無線傳感網絡真的感覺很神奇，也很有發展前景，這些高尖端的技術，現在存在一些瓶頸，如果能夠突破，對物聯天下這個目標將前進了一大步，如果能夠把傳感器節點造的更節能，更低廉，更小巧，將會實現全球各個地方的實時數據采集，就可以得到更多的信息，為以后生產生活帶來巨大的改變。在收集的數據肯定是海量的，將需要其他學科的支撐，一起結合起來，實現真的物物相聯。

第五篇：光纖傳感物聯網的應用

光纖傳感物聯網技術與應用

隨著科學技術的不斷進步，為了達到實時控制、精確管理、科學決策的目的，人們對事物的感知、控制的要求越來越高。在通信技術與互聯網技術飛速發展的帶動下，物聯網應運而生，將成為繼計算機互聯網與移動通信之后的又一次信息革命。

這個學期，姜德生教授在學科導論中，給我們詳細的講解了光纖傳感物聯網的技術與應用，包括物聯網的結構，傳感網的分類，光纖傳感物聯網的現狀及其關鍵技術。通過學科導論的學習，以及課后閱讀的關于光纖傳感物聯網的知識，我對光纖傳感物聯網技術有了一個大概的了解，下面我就簡要的談一下我對光纖傳感物聯網的認識。

我國早在1999年就開始了物聯網的基礎——傳感網的研究。中科院在該將傳感網的研究列入了知識創新工程，啟動了傳感網的研究，只是由于當時的條件，該研究僅限于特定用途的軍用傳感網。國內物聯網的真正興起，是源于溫家寶總理2009年8月在無錫視察中科院無錫微納傳感網工程技術研發中心時，對該中心予以高度關注，指出：“在傳感網發展中，要盡早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”，“在國家重大專項中，加快推進傳感網發展，指出要盡快突破核心技術，把傳感技術和TD的發展結合起來，建設感知中國中心”。自此，物聯網在中國社會受到了極大關注，被列入國家五大新興戰略產業之一。下面我介紹光纖傳感物聯網的內容和應用。

1、物聯網的研究內容與難點

物聯網的技術構成主要包括四個層次：a、傳感網絡，它是由眾多傳感器節點組成的有線或無線通信網絡，節點密集部署在所關注的物或事物的內部或周圍，實現對物的連接、感知和監控；b、數據傳輸網絡，通過現有的互聯網、無線通信網或者一些專用的通信網絡，實現傳感網探測數據和控制信息的控制與分發；c、數據處理技術，主要涉及數據的海量存儲與管理、云計算、數據模型表示和智能化處理等；d、用戶與應用接口，包括計算機和手機等終端設備。在這四個層面上，物聯網的主要研究內容是：（1）總體技術的研究；（2）研究如何建立物聯網的頂層架構；（3）制定相關的標準體系；（4）引導和規范物聯網的技術。

2、光纖傳感器在物聯網中的應用

在物聯網中要用到各種各樣的大量的傳感器。傳感器可用于感知各種各樣的環境參數，如溫度、重力、光電、聲音、位移、振動等，為物聯網提供最原始的數據信息，經過處理后為人們提供服務。

隨著通信技術的飛速發展，光纖傳感器迅速崛起，其集成了光纖技術、激光技術和光電探測等多領域所取得的巨大成就，以其體積小、重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾能力強、數據傳輸安全、集傳輸傳感合二為

一、便于構成分布式傳感網絡等諸多優點，在物聯網這一新技術革命的推動下，正在越來越廣泛應用于國民經濟和人們日常生活的各個領域，大有取代電子傳感器之勢。

光纖傳感系統主要由光源、傳輸光纖、探測器與信號處理部分等組成。光源發出的光經過光纖傳輸至傳感頭，當光通過傳感頭時，根據光纖傳感器的設計不同，外部被測物理量對光的相位、強度、波長、偏振態等一個或多個參數進行調制。調制信號光經光纖傳輸至光電探測器后轉化為電信號，經過信號處理后還原出被測物理量。

光纖傳感網絡，就是把光纖傳感器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種重大工程設施中，通過光纜連接，形成所謂“光纖傳感網絡”，然后將此“光纖傳感網絡”與現有的互聯網整合起來，構成“光纖物感網”，即“光纖物聯網”。它與無線物聯網組合在一起，實現人類社會與物理系統的整合。在這個整合的網絡當中，存在功能強大的中心計算機群，采集和存儲著物理的與虛擬的海量信息，通過分析處理與決策，完成從信息到知識、再到控制指揮的智能演化，進而實現整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施，實施實時的管理和控制。在此基礎上，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，從而提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。在這“智慧地球”的建設過程中，這種三纖合一的、新的光纖傳感網絡將為之作出革命性的貢獻，從而使光纖技術的發展再一次邁向新的高峰。