物联网实验室方案

背景与需求

随着信息采集与智能计算技术的迅速发展和互联网与移动通信网的广泛应用，大规模发展物联网及相关产业的时机日趋成熟，欧美等发达国家将物联网作为未来发展的重要领域。在业界被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，具有巨大的经济效益和社会效益。

物联网技术面向现代信息处理技术，培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高等工程技术人才。可以培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层，传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。 物联网实验室是能紧密结合物联网相关专业教学与科研的核心实验室，能比较全面的满足学生或教师在学习和研究物联网技术方面的需求。

教学意义

通过基础课程教学结合实训室的实验和实训，让学生充分动手，接触各种无线有线通讯技术和实际训练，并且使用无线单片机设计微功耗无线网络节点，各种网络路由器，无线有线网关;最终达到能够独立使用无线单片机，构架设计各种物联网应用系统。通过教学和实践的结合，感知体验与动手开发的结合、方案设想与实际验证的结合，提高学生的动手能力，积累实践经验，从而整体上提高教学质量水平。

1 设计思想

物联网实训室设计思想：以物联网技术为核心，兼顾当前流行技术的发展趋势，注重各种技术之间的融合与灵活应用，理论联系实验，实验联系工程项目，既可满足日常教学要求，同时注重创新实验及项目实践，能够将物联网技术真正融会贯通到实际应用中。

建设物联网实训室，将本着培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、

物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统的传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。

物联网实训室集教学、实训、创新、演示和研发功能于一体，作为整个学校物联网的中心，亦可作为多个学科的实训基地。具有如下特色：

(1)满足基本的教学要求，提供多种物联网相关技术，以及多种网络技术平台的组网。

物联网实训室将提供多种技术，我们以物联网体系结构来划分，例如，传感器技术、RFID标签与读写器技术、无线传感网技术、典型的Zigbee技术，RFID中间件技术，WiFi技术、GPRS技术、蓝牙技术等，以及各种技术间的综合应用。 (2)采用模块化的设计模式，可根据实际需求选配各种模块组建实训环境。 我们采用模块化的设计，提供多种模块化的配套产品，包含典型传感器(例如，温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外传感器等)的节点，例如，Zigbee节点传感器、Zigbee定位节点模块、WiFi传感器节点，以及包含无线通信模块的RFID读写器等。

物联网实训室采用模块化的配套产品，每个模块都是整个实验系统中的一环，可进行单独模块的教学与实验。 (3)可扩展性与灵活性

各模块化的产品提供可融合的开放接口，各模块设备间可灵活组合，可根据独特的设计及应用，融合各种技术，进行创新教学与实验，以及综合性的应用。 同时，系统设计预留传感器和执行器件接口，可以任意外接其它器件。 (4)易操作性，方便教学与实验

物联网实训室采用一体化的操作平台，即采用工作台+模块化设备的方式，为教师教学以及学生实验提供方便的操作环境，而且提供集成监控屏幕、各种传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等，对操作台上的所有元器件，均提供便利的插口，便于操作。采用可视化的监控软件，界面友好，操作简便。

(5)提供模拟物联网应用演示和相关产品展示

除了基本的教学与实验外，还将在物联网实训室中提供一个模拟物联网应用展示和物联网相关产品展示。

模拟应用演示能够直观展示各种物联网应用，使学生直观、直接体会传感网和物联网的应用场景，不只是每一个点，而是可以了解物联网应用的整个系统，以激发学生兴趣。模拟应用演示主要有几个方面：模拟物流应用演示，模拟农业环境中的温度和湿度监控，模拟智能家居应用等。

物联网相关产品展示，能够让学生了解典型物联网应用中的相关产品，从技术上来看，主要提供的产品有Zigbee、WiFi、Bluetooth、GPRS、RFID等相关产品。

2 区域规划

区域规划是物联网实训中一个重要的部分，通过区域规划，能将教学与实训、创新与应用很好地融合在一起，既能方便教师教学，又要有利于学生进行独立实验，以及学生间的分组创新实验，同时又使得学生能够了解物联网的实际应用，以及物联网的相关产品。

基于以上的想法，物联网实训室要兼顾教学、实训、创新、应用与科研于一体，以及根据物联网实训室设计思想，我们拟将实训室划分为教师教学区、学生实验区、应用演示区和产品展示区。

下面是物联网实训室平面布局图：

各区域功能表： 区域 区域功能描述 该区域供教师进行教学演示使用，每个物联网实训室可以设定一个教师教学区，提供一个大的物联网实训操作台，面向学生摆放，以大屏幕投影的方式，清教师教学区 晰地展现教师教学过程。 能够进行的物联网实训教学演示主要包括：传感器数据采集、Zigbee组网、Zigbee网络监控、WiFi、RFID等，以及多种技术的综合应用。 该区域为学生提供物联网基础实验平台，同时也可以自由组合多个模块，进行创新实验。 学生实验区可安排30个实验操作台（或根据实训室实际情况增加或减少实验操作台数量），每个学生一个操作台，可完成物联网相关基础实验，也可以多学生实验区 个学生组成小组，完成物联网综合实验。 主要能够实现的实验如下： 能够进行的物联网实验主要包括：传感器数据采集、Zigbee组网、监控Zigbee网络、WiFi、RFID等，以及综合创新应用实验。 该区域提供物联网实际应用演示系统，以大屏幕交互的方式，实现物联网中心数据的综合演示，直观展示各种物联网应用，使学生直观、直接体会传感网和物联网的应用场景，不只是每一个点，而是可以了解物联网应用的整个系统，激发学生兴趣。 应用演示区 主要提供如下几个应用演示： ? 智能家居实际应用演示系统 ? 农业大棚环境实际应用演示系统 ? 智能停车场实际应用演示系统 ? 智能工厂应用演示系统 产品展示区将围绕“采集、传输、处理、应用”四大核心领域，展示物联网产业链上各个关键环节的新技术、新产品、新装备、新工艺和新的解决方案，展产品展示区 示物联网在工业、电力、物流、交通、安防、环保、医疗、银行、广电、家居等领域的全新应用，让学生了解当前物联网技术、发展趋势，以及相关产品。 基础应用实验

1 、Zigbee实训

Zigbee基础控制实验，包括模块通道读取和设置、模块物理地址读取和设置、模块设备类型读取和设置、其它参数读写和设置、模块启动等。

2 、Wifi实训

Wifi实训包括：握Wifi节点参数设置方法，掌握Wifi无线网络架构、组成，

掌握通过wifi节点读取传感器数据，掌握通过wifi节点控制执行设备。

3 、Rfid

Rfid实训包含：掌握UHF读写器的设置、与PC的连接（通过串口）等操作。

掌握HF读写器的设置、与PC的连接（通过串口）等操作。掌握HF读写器与PC通过WIFI进行连接等操作。掌握RFID中间件配置的配置和使用。模拟RFID实际应用，了解实际应用场景。

4 、2.4G实训

利用两个2.4无线透明传输模块，都接到PC的串口上，一个串口发送数据，另一个串口打开接收数据，并观察接收到的数据是否和发送的数据一致。

5 、433M实训

利用两个433无线透明传输模块，都接到PC的串口上，一个串口发送数据，另一个串口打开接收数据，并观察接收到的数据是否和发送的数据一致。

模拟应用实验

1、物联网实训平台—智能家居

物联网智能家居模拟应用系统，实现家居环境监测、智能家电自动控制、安防系统与报警、远程监控等功能。通过ZigBee（wifi、2.4G、433M）和传感控制节点组成无线网络，采集室内温度、湿度和光照度，实现燃气与烟雾探测、入侵探测、门窗防撬，紧急求助报警等功能，并将采集的数据传输到服务器，对模拟的家电设备进行控制功能。同时，也可以利用GPRS进行短信控制与报警等。

2、物联网实训平台—智能农业大棚

采用无线传感网络技术，可实时采集空气温度、空气湿度、CO2浓度、光照强度，土壤温度和水分等，来获得作物生长的最佳条件，通过自动调节温室环境，实现温室智能化、网络化的远程管理。

利用ZigBee模块，通过传感控制节点将环境监测数据传输到服务器，并以大棚3D仿真的方式显示给用户，当监测数据出现异常时，可利用软件网络实现对温室设备（温、光、气、水等）的自动控制。也可以通过Internet网络、手机短信远程监测环境信息和设备运行状态等。

3、物联网实训平台—智能停车场

物联网智能停车场模拟应用系统，通过智能设备使感应卡记录车辆及持卡人进出的相关信息，同时对其信息加以运算、传送并通过字符显示、语音播报等人机界面转化成人工能够辨别和判断的信号，从而实现计时收费、车辆管理等目地。

更多试验系统

1 机房动力环境监控系统 2 智能物流系统 3 智能货架 4 智能交通 5 智能工厂 6 智慧城市 7 智能医疗 8 智能电网 9 智能楼宇

文章来源：http://www.cointec.com.cn/scheme/scheme11.jsp

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gkl8.html