传感器基础和测试系统综合实验教程

　　本书是为“测试系统综合实验”课程编写的教材，主要内容包括传感器测量基础实验（传感器信号分析基础实验、活塞压力计系统静态特性校准实验等）、机载大气数据测试系统综合实验（包括航空压力传感器静态校准实验和大气数据系统飞行参数解算实验）、无线片上系统综合实验（包括数字I/O、定时器、中断、串口、集成温湿度测量以及光强测量等实验）和基于ZigBee的无线传感器网络综合实验（包括星形网络和Mesh网络实验）。 本书既可作为普通高等院校自动化和电子信息类专业本科生实验教学的教材，也可作为研究生及相关科研人员的参考书。

　　崔勇，工学博士，加州大学伯克利分校传感器与执行器中心博士后，北京航空航天大学硕士研究生导师。主讲本科生必修课《数字信号处理》、《数字信号处理实验》、《自动控制原理实验》、《测试系统综合实验》、通识课《无线传感器网络导论》以及专业选修课《单片机原理及应用》和研究生专业课《现代数据采集和信号处理系列实验》以及《现代检测技术实验》。

第1章 传感器基础和实验须知……………………………………………………… 1
1.1 传感器基础 …………………………………………………………………… 1
1.1.1 传感器分类 ……………………………………………………………… 1
1.1.2 传感器的静态特性 ……………………………………………………… 1
1.2 实验须知 ……………………………………………………………………… 3
1.2.1 实验室注意事项 ………………………………………………………… 3
1.2.2 预习要求 ………………………………………………………………… 4
1.2.3 出勤要求 ………………………………………………………………… 4
1.2.4 实验报告要求 …………………………………………………………… 5
第2章 传感器测量基础实验………………………………………………………… 6
2.1 传感器实验平台 ……………………………………………………………… 6
2.1.1 实验设备简介 …………………………………………………………… 6
2.1.2 实验设备操作说明 ……………………………………………………… 7
2.2 传感器测量信号处理软件…………………………………………………… 10
2.2.1 波形的产生……………………………………………………………… 10
2.2.2 波形的显示……………………………………………………………… 11
2.2.3 快速傅里叶变换………………………………………………………… 12
2.2.4 相关运算………………………………………………………………… 12
2.2.5 m文件 ………………………………………………………………… 13
2.3 传感器信号分析基础实验…………………………………………………… 14
2.4 活塞压力计系统静态特性校准实验………………………………………… 18
2.5 温度传感器实验……………………………………………………………… 23
2.6 电感式传感器实验…………………………………………………………… 29
2.7 应变传感器实验……………………………………………………………… 37
2.8 超声传感器实验……………………………………………………………… 41
2.9 电容式传感器实验…………………………………………………………… 44
2.10 电涡流传感器实验 ………………………………………………………… 46
2.11 光纤光电传感器实验 ……………………………………………………… __________49
2.12 霍尔传感器实验 …………………………………………………………… 53
参考文献 …………………………………………………………………………… 55
第3章 飞行大气数据系统实验 …………………………………………………… 56
3.1 飞行大气数据实验平台……………………………………………………… 56
3.1.1 基于计算机的大气数据实验系统……………………………………… 56
3.1.2 基于嵌入式的大气数据实验系统……………………………………… 59
3.1.3 大气数据实验系统软件………………………………………………… 60
3.1.4 飞行大气参数解算公式………………………………………………… 62
3.2 大气压力开环控制实验……………………………………………………… 63
3.3 飞行大气参数解算综合实验………………………………………………… 64
参考文献 …………………………………………………………………………… 67
第4章 无线片上系统 ……………………………………………………………… 68
4.1 无线片上系统的特点………………………………………………………… 68
4.2 典型的无线片上系统………………………………………………………… 69
4.2.1 第一代无线片上系统———CC2430 …………………………………… 69
4.2.2 第二代无线片上系统———CC2530 …………………………………… 71
4.2.3 基于SimpleLink的无线片上系统平台 ……………………………… 74
4.2.4 多协议无线片上系统———CC2652R ………………………………… 76
4.3 基于CC2530的无线片上系统实验平台 …………………………………… 79
4.4 无线片上系统嵌入式软件集成开发环境…………………………………… 81
参考文献 …………………………………………………………………………… 90
第5章 无线片上系统实验 ………………………………………………………… 91
5.1 基于无线片上系统的数字I/O实验 ……………………………………… 91
5.2 基于无线片上系统的外部中断实验………………………………………… 96
5.3 基于无线片上系统的定时器实验 ………………………………………… 101
5.4 基于无线片上系统的串口通信实验 ……………………………………… 106
5.5 基于无线片上系统的A/D实验…………………………………………… 115
5.6 基于无线片上系统的光强测量实验 ……………………………………… 119
5.7 基于无线片上系统的温湿度测量实验 …………………………………… 124
参考文献…………………………………………………………………………… 132
第6章 基于ZigBee无线传感器网络实验 ……………………………………… 133
6.1 物联网介绍 ………………………………………………………………… 133
6.1.1 物联网的基本定义 …………………………………………………… 133
6.1.2 物联网概念的产生与发展 …………………………………………… 135
6.1.3 政策战略引导 ………………………………………………………… 136
6.1.4 物联网的基本框架 …………………………………………………… 137
6.1.5 物联网的基本特征 …………………………………………………… 139
6.1.6 物联网元素 …………………………………………………………… 140
6.1.7 物联网驱动技术 ……………………………………………………… 141
6.1.8 物联网的应用 ………………………………………………………… 143
6.1.9 物联网与泛在网络、传感网的关系…………………………………… 144
6.1.10 物联网体系架构的互联……………………………………………… 145
6.1.11 物联网研究与开发面临的挑战……………………………………… 146
6.2 无线传感器网络介绍 ……………………………………………………… 148
6.2.1 无线传感器网络概述 ………………………………………………… 148
6.2.2 传感器节点结构 ……………………………………………………… 150
6.2.3 传感器网络协议栈 …………………………………………………… 150
6.2.4 传感器网络的特点 …………………………………………………… 150
6.2.5 无线传感器网络的应用 ……………………………………………… 151
6.2.6 传感器网络研究中的热点问题 ……………………………………… 152
6.2.7 无线通信技术 ………………………………………………………… 157
6.2.8 无线传感器网络中的安全问题 ……………………………………… 159
6.3 基于无线传感器网络的实验平台介绍 …………………………………… 160
6.3.1 基于ZigBee的星形无线传感器网络综合实验……………………… 161
6.3.2 基于ZigBee的 Mesh无线传感器网络综合实验 …………………… 167
参考文献…………………………………………………………………………… 177__