职业高中物联网示范性实验中心建设方案文档格式.docx

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2.3.2.2智能家居体验中心布局图31

2.3.2.3智能家居体验中心功能模块31

2.3.3实验内容35

2.4智慧城市协同创新中心37

2.4.1智慧城市展示平台37

2.4.1.1信息展示平台37

2.4.1.2物联网智能环境监测系统38

2.4.1.3智慧城市控制中心39

2.4.2职业技能培训认证中心39

2.5智慧实验室39

2.5.1方案简介39

2.5.2实验内容47

一、概述

1.1建设背景

xx职业高级中学是。

。

物联网专业作为我校重点推荐专业，物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。

从“智慧地球”到“感知中国”；

从新的经济增长点到政府支持鼓励的一系列措施；

从国家中长期科学与技术发展规划到各高校、科研院所的研究，都可看出物联网在当今科学技术领域的重要地位。

此次建设方案结合学校专业设置和教学特点来建设相关物联网实验室，通过基础教学、实训教学、体验教学以及实例应用四个阶段性物联网教学体系来培养学生物联网的技术应用能力。

1.2需求分析

物联网的相关技术大体可分为三层体系，主体包括感知层，网络层和应用层。

围绕物联网三层体系，需建设实验室满足在专业建设、教学体系、实验教学、师资培养、科研团队、大赛辅导、实训实习等诸多方面的需求。

依据物联网工程专业人才培养计划，学校已有的实验室无法满足实验教学的需求，也给后期相关专业教学带来影响，具体表现在以下几个方面：

（1）缺少物联网方向实训实验室：

物联网涉及的技术众多，其感知层相关技术是各专业的基础支撑，特别是传感器技术、RFID技术、无线传感网技术、嵌入式技术等，在现实物联网应用上犹为广泛，而未来教学缺少这方面的实训实验室。

（2）新专业没有设置专业实验室

学校新开设了物联网工程专业。

但是还没有建设这方面的专业实验室，无法正常完成实验教学，此需求关系到教学质量和学生技能锻炼，迫在眉睫，必须尽快解决。

1.3建设目标

实训室结合最新的物联网技术、大数据技术、以及多种物联网综合应用场景，建成满足基础实验、物联网体验、综合应用实训、学生实习、技能鉴定、培训考证、毕业设计、创新应用实训、科研开发等教学与科研的多功能实训室。

总体建设目标：

（1）物联网基础实训中心：

为物联网工程、计算机应用等相关专业提供基础课程和专业课程的实验和实训教学平台，如RFID射频识别技术、传感技术与应用技术、无线传感网技术、嵌入式系统原理及应用、DSP技术与应用、物联网软件、标准与中间件技术、无线通信原理、物联网定位技术、移动互联网开发、计算机网络技术、数据库技术、计算机软件技术等。

（2）物联网创新与实践中心：

整合现有设备和资源，建成集人才培养、学生创新实践、教师与企业技术人员协同创新的平台。

（3）物联网应用体验中心：

物联网创新中心建设连锁经营智慧超市、智能家居系统等，以模拟真实的环境建设，不仅可以用于学生创新实训，还能让学习者体验到物联网技术在未来生活与工作中带来的改变，对物联网技术的应用有了进一步的认识。

（4）物联网培训与技能鉴定中心：

由于物联网技术的发展，未来产业结构的转变，各种行业的岗位所需要的人才的知识结构必将发生改变。

本实训中心不但可以针对本校的学生、教师进行培训，甚至可以面向贵州全省高校及社会，为贵州物联网产业的发展提供技术和培训支持。

（5）物联网教研与科研中心（新一代物联网信息平台国家重点实验室）：

该实训室整体建设以物联网信息平台为核心，把物联网实训中心的多间实验室联合起来，形成一个物物相连的整体，为智慧教育的建设提供了网络基础。

物联网信息平台的核心产品是光载无线交换机，采用光载无线通信（ROF）技术，将光纤通信和无线通信结合起来的无线接入技术。

目前应用物联网信息平台建设的国家重点实验室典型有北京邮电大学、重庆大学。

在光纤通信、无线通信、物联网设备接入领域具有非常大的科研价值，与实训中心其他物联网设备的有机结合，为教师提供一个优秀的教研与科研平台。

1.4建设内容及特色

xx职业高级中学的物联网实验室主要由五部分构成：

物联网综合应用创新实训室、物联网智慧城市展示厅、物联网智能家居体验实验室、物联网综合应用体验室以及智慧城市协同创新中心。

每个部分主要包括：

（1）物联网综合应用创新实训室：

主要配置物联网信息平台和物联网实训系统。

满足单片机、嵌入式技术、传感器技术、RFID技术的基础实验需求，同时训练了学生的动手能力和综合应用能力。

1）物联网信息平台：

将各种实验设备（传感器、感知设备、执行器）联接到统一的网络平台，建立集中式或分布式数据库系统、展示各种综合应用场景，将物联网的整体结构以及设备联网（M2M）的核心充分展现出来。

在此平台下，既可以完成物联网基础课程和专业课程的基础教学、更可以承担课程设计、综合应用实训、毕业设计以及科学研究等教学和科研工作。

在物联网实验室建设中，作为新一代物联网信息平台国家重点实验室，物联网信息平台是十分必要的、也是创新之举。

2）物联网实训系统：

将智能家居及小区管理应用中常见的物联网设备组装在立式网格实验平台上，方便学生进行组装、布线、调试、组网、测量、系统集成等实验操作，符合将学生培养成为一线应用技术人员的人才培养定位，可以培养学生的规划设计、施工、布线等方面的基础能力，为社会培养物联网系统设计、安装调试、系统维护工程师等人才。

按照功能划分，物联网综合应用实训系统可分为灯光控制、窗帘控制、家电控制、安防系统、环境检测、门禁控制、楼宇对讲、网络及中控等共8个功能单元以及物联网综合应用实训系统管理软件。

（2）物联网智慧城市展示厅：

主要配置物联网智能应用展示沙盘：

智能交通沙盘、智能家居沙盘、智能旅游沙盘、以及智能农业沙盘。

通过以某一行业实际应用案例和实际应用场景为模板，进行动手实训或研究，理论结合实际，强调学生的策略化学习和参与式学习，培养学生的专业技能综合应用能力。

1）智能交通沙盘配置智能小车、道路交通控制与管理设备、现有设备物联网信息平台（包括网络设备、及数据库与应用系统服务器），实现基于物联网技术的智能交通系统，主要功能模块包括：

智能小车、智能交通系统（交通路口控制、道路视频监控、车辆速度测量、违章记录）、路灯自动控制系统、ETC系统、智能停车系统、智能交通显示系统；

2）智能家居沙盘主要目标从实现家居的物联网化智能改造，使其能够体现物联网的三层结构体系。

使用者通过对真实的物联网设备运用从而加深对物联网知识的认知。

物联网智能家居沙盘包含以下子系统，物联网智能窗帘控制系统，物联网智能灯光控制系统，物联网智能音箱控制系统，物联网智能安防控制系统，物联网智能监控控制系统，物联网智能空调控制系统、物联网智能门禁控制系统。

3）智能旅游沙盘通过互联网/移动互联网，借助便携的终端上网设备，主动感知旅游资源、旅游经济、旅游活动、旅游者等方面的信息，及时发布，让人们能够及时了解这些信息，及时安排和调整工作与旅游计划，从而达到对各类旅游信息的智能感知、方便利用的效果。

4）智能农业沙盘通过先进的各类传感器，采集温室内涉及到植物生长的各方面参数，如室内温湿度、光照强度、CO2浓度等。

在采集的同时，分别设置了改善采集到参数的执行机构，修改温度控制采用湿帘以及加热装置，湿度采用10头超声波加湿（硬件冗余，交替工作），每个温室的温湿度的进口位置由独立阀门控制。

光照度采用LED或日光灯。

CO2浓度由电磁阀的通断来控制。

（3）物联网智能家居体验实验室：

主要配置物联网智能家居体验系统。

智能家居体验系统建设一个类似真实的智能家居场景，让体验者能亲身体会到物联网技术在未来给人类生活带来的改变，对物联网技术的应用有一个全面的认知；

它注重实际应用机实际应用的模拟体验，展现物联网技术发展方向和未来趋势，让学生体验真实的实际应用，寻找技术和应用的不同点和结合点，培养学生的适应能力和协调能力，搭建从技术研究到实际应用桥梁。

（4）物联网综合应用体验室：

主要配置连锁经营智慧超市实训套件。

智慧超市实训套件可实现现代智慧商场应用，通过应用的展示，让学生了解物联网应用的方式与效果，并分解整个智慧超市的技术实现到各门课程的实验当中，配合各门课程的教学，同时每门课程结束时，学生能够整体完成智慧超市的项目开发及物联网工程实施。

整个智慧超市实训室涵盖物联网的三层结构，主体功能模块包括：

超市后台管理系统、自动结算系统、电子价签系统、商品动态监控、智能导购、客流量统计监控系统、试穿体验统计系统、环境监控系统以及商品追溯查询系统。

（5）智慧城市协同创新中心：

智慧城市协调创新中心旨在建设智慧泸州的示范点，由物联网校园环境监测系统、职业技能培训认证中心、智慧城市综合展示平台组成；

以物联网智慧城市雏形的展示及物联网专业人才培训，引领智慧四川的建设，为智慧城市的建设培养优秀的技术及研发人才。

智慧城市演示平台主要包括智能环境监测系统及演示系统，通过传感器技术对校内实时环境数据进行采集，包括温湿度、PM2.5指数等，实时推送到演示系统中。

同时可以通过演示系统实时展示物联网实验室的情况。

本方案优势和特点：

1）系统涵盖物联网三层结构，系统中的每一个实验箱或物联网接入设备都可以转化成智能教学终端，实现彼此间的信息交换和联合教学；

2）系统具有高拓展性，整体构建方式体现了统一规划、分布实施的思路，任一时间增加的物联网接入设备都可以自动连入整个系统，可为用户创造最优的投入增值；

3）系统以工程实例为建设基础，不仅可完成基础实验教学，还可以完成教学教研、竞赛训练和创新实验，真正实现了一室多用的效果；

4）系统可联入校园网，学习者可随时随地通过校园网接入点进入系统进行学习，打破了时间和空间的限制，开创了一种全新的学习模式。

二、物联网实验室设计方案

xx职业高级中学物联网示范性实验中心规划了五个实验室，分别为物联网综合应用创新实训室、物联网智慧城市展示厅、物联网智能家居体验实验室、物联网综合应用体验室以及智慧城市协同创新中心，通过物联网信息平台，把五个实验室有机整合起来，形成一个统一、完整的实验教学、实训实践、创新应用平台。

2.1物联网综合应用创新实训室

物联网综合应用创新实训室以物联网实训系统结合物联网信息平台为主要设备，完成单片机、嵌入式技术、传感器技术、RFID技术的基础实验，同时训练了学生的动手能力和综合应用能力。

2.1.1物联网实训系统

（1）实训系统概述

物联网创新应用在线实训系统将智能家居及小区管理应用中常见的物联网设备组装在立式网格实验平台上，方便学生进行组装、布线、调试、组网、测量、系统集成等实验操作，符合将学生培养成为一线应用技术人员的人才培养定位，可以培养学生的规划设计、施工、布线等方面的基础能力，为社会培养物联网系统设计、安装调试、系统维护工程师等人才。

（2）窗帘控制单元

1）窗帘控制单元简介

智能窗帘控制系统结合物联网信息平台组建的无线WiFi网络、中控主机、窗帘电机及导轨、开关面板等设备，实现对智能家居窗帘的智能化管理。

2）窗帘控制单元功能

●基于网络的远程窗帘控制功能，可远程实现对窗帘的开关动作；

●手动开关控制功能，通过窗帘控制面板实现手动控制窗帘开关动作；

窗帘控制示意图

（3）家电控制单元

1）家电控制单元简介

对家用电器的控制即为对家用电器电源的控制，方案中采用可以无线控制智能三向插座做为家电的供电接口，可以实现对家电的无线开关控制。

与此同时，对于可红外遥控的家电设备，系统利用红外转发器，学习并记录家电自配遥控器发送的红外功能码，在电脑上或者移动智能终端上进行控制组件加载，从而达到无需通过遥控器而达到对家电的控制效果

2）家电控制单元功能

●家庭的家电设备如空调、电视、风扇、电饭煲等均可实现本地和远程网络控制。

插座系统图示

（4）安防系统

1）安防系统简介

报警系统通过人体感应器和烟感模块实现室内的报警监控功能，人体感应器用来感应是否有人员进入防区，烟感模块用来探测室内是否发生火情进行报警。

2）安防系统功能

●基于WiFi无线网络的远程监控报警功能；

（5）环境检测单元

1）环境检测单元简介

利用WSN技术实施感知环境参数，并实时显示和网络上传，本地/远程智能终端通过网络实施采集环境参数。

2）环境监测功能

●感知环境参数，实现家居光照、温度、空气质量等参数的实时感知，并上传网络服务器。

●采用WSN技术：

通过无线方式，无线感知环境参数；

●网络控制：

本地/远程网络访问系统，监测家居环境；

●智能控制：

配合控制器，实现家用电器和设备自动控制及程序控制。

（6）楼宇对讲系统

楼宇对讲系统集成了成熟的楼宇对讲设备，可实现以下功能。

●对讲可视功能

来访客人可在单元门口主机上拨号呼叫住户分机，住户室内分机振铃，屏幕上同时显示来访者的图像。

住户提起话机即可与来访者通话，以此来辨别来访者的身份。

●自动关门功能

住户与来访客人通话后，住户允许来访者进入时，可按分机上的开锁键给单元门遥控开锁，来访者进入大门后，防盗门在闭门器的拉动下自动关门。

●自动防盗功能

单元门口的防盗门平时处于关闭状态，非本单元人员无法进入单元楼道内，从而有效防止一些闲杂人员进入单元楼道，更有效防止小偷进入楼道内。

●密码开锁功能

住户回家时，可用钥匙开锁，也可在门口主机输入开锁密码开锁，能实现一户一码制，并且住户可随时更改开锁密码。

（7）网络及中控设备

网络及中控设备包括台式电脑、交换机、智能路由器、平板电脑以及中控智能主机。

其中台式电脑和平板电脑是物联网综合应用创新实训系统管理软件的载体，可对系统所有硬件设备进行管理和操作。

交换机、智能路由器等设备为学生进行网络方面的学习提供了硬件设备，而中控智能主机是灯光控制、窗帘控制、家电控制、安防系统四个功能单元的中控设备。

（8）物联网综合应用实训系统管理软件

物联网综合应用在线实训系统管理软件紧密结合物联网技术，提高学生、教师、教室的互联度，实现物与物的感知、物与人的感知、系统间的实时感知，通过充分利用信息及通信技术，从物联化、集成化、智慧化出发，提高教学效果，并有力促进教务管理的高效运行；

物联网综合应用实训系统管理软件功能和主要作用：

智能控制：

通过本地/远程网络实现对系统设备的自动控制；

配合传感器和学校教务系统，实现教室设备的智慧化管理和控制；

智慧实训：

智慧教室综合管理软件开发全部端口和资源，支持二次开发和物联网综合实训教学；

支持物联网核心课程（传感器技术、ZigBee技术、RFID技术、计算机网络技术、综合实训、毕业设计）的实验教学；

同时支持本地/远程网络访问，开展远程学习和远程实验。

2.1.2物联网信息平台

（1）物联网信息平台建设背景

物联网分为三个层次：

感知层、网络层、应用层，设备联网是基础、综合应用是本质。

物联网技术广泛应用于工业、农业、交通、教育等领域，应用场景和应用需求各不相同，如何在物联网实验教学中充分体现物联网的核心？

传统的以实验箱为中心的教学方式，各实验箱相互独立，只能完成课程的验证性实验和基础性实验，无法让学生直观感知物联网的整体场景和综合应用。

融合多年的物联网工程实践经验及对大学实验教学的理解，研发出物联网信息平台，用于物联网实验室建设。

核心理念是，将各种实验设备（传感器、感知设备、执行器）联接到统一的网络平台，建立集中式或分布式数据库系统、展示各种综合应用场景，将物联网的整体结构以及设备联网（M2M）的核心充分展现出来。

在物联网实验室建设中，物联网信息平台是十分必要的、也是创新之举。

（2）物联网信息平台简介

物联网信息平台以光载无线交换机和上层应用程序为核心，构建WiFi无线局域网，覆盖物联网实验室及其周边区域，配合实验室现有的有线网络交换机、网络路由器，建立融合有线网络、无线局域网络的物联网关键部分—网络层。

物联网信息平台是物联网实验室整体解决方案的核心和基础，将实验箱、实验套件、物联网综合应用系统（智能家居、智慧实验室、智能物流、智能工业、智慧超市等）等接入统一的物联网信息平台，实现多课程、跨实验设备、多系统的综合应用实训，同时，智能手机、平板电脑、第三方实验设备等智能终端和设备也可接入物联网信息平台，成为实验设备的一部分，从而大大改变实验的形式、效果和内容。

物联网信息平台及其物联网实验室整体结构示意图如下图所示：

物联网信息平台组网图

（3）物联网信息平台创新点

以物联网信息平台为核心构建的物联网实验室系统在实验教学、学生学习、教学管理、科学研究等方面都有创新：

●实验室建设的创新

以工程实践为背景，将物联网感知层、网络层、应用层等3层架构清晰、完整地体现出来，构建整体化的物联网实验室，实现系统内的物与物、物与人的泛在链接，使各个实验区和实验设备不再是信息孤岛；

同时，系统是一个开放的平台，具有高拓展性，方便实验设备接入和实验室扩展，充分体现统一规划、分布实施的思路；

●实验教学的创新

以物联网信息平台为核心构建的物联网实验室系统为教师、学生提供了一个开放的环境平台，可承载各种物联网基础实验、综合性实验、创新应用实验以及跨课程、跨专业的实验；

●学习的创新

物联网信息平台的接入采用标准计算机网络协议（TCP/IP），方便智能设备（笔记本电脑、平板电脑、智能手机等）的移动接入，同时系统预留外网接口，提供学生本地、远程网络访问实验室系统，开展本地/远程网络实验；

物联网信息平台配置数据服务器，提供远程网络授权访问，支持资料下载、远程实验和远程授课、学习；

●提供教师物联网科研平台

物联网信息平台提供一个开放的专业平台，包括硬件资源、网络资源、软件资源，是教师和学生开展物联网相关科研的极好平台，可以开展感知层基础研究、分布式天线系统研究、无线网络分布研究、室内定位研究、分布式数据库和云计算研究、以及应用系统研究。

（4）物联网信息平台优势及特点

物联网信息平台的优势与特点：

●以物联网信息平台为核心构建的物联网实验室系统涵盖物联网三层结构，系统中的每一个实验箱或物联网接入设备都可以转化成智能教学终端，实现彼此间的信息交换和联合教学；

●以物联网信息平台为核心采用整体构建方式建设物联网实验室，充分体现统一规划、分布实施的思路，同时系统具有高拓展性，任一时间增加的物联网接入设备都可以自动连入整个系统，可为用户创造最优的投入增值；

●以物联网信息平台为核心构建的物联网实验室系统以工程实例为建设基础，不仅可完成基础实验教学，还可以完成教学教研、竞赛训练和创新实验，真正实现了一室多用的效果；

●智能手机、笔记本电脑以其它智能终端都可随时接入系统中，参与教学和学习过程，拓展了教学方式和教学内容；

●系统拥有统一的物联网信息中心，集中处理物联网接入设备的数据，提供本地/远程网络接入访问，方便教学及分析；

●通过物联网信息中心，系统可以模拟生产、生活中的场景和应用，使得教学更加灵活丰富，拓宽了学习者的视野，提高了学习者的兴趣；

●整个系统可无缝联接到校园网或者互联网中，学习者可随时随地开展物联网学习和实验，打破了时间和空间的限制，开创了一种全新的学习模式；

●构建稳定的WiFi覆盖环境，将区域内的传感器、控制设备、智能手机、手持终端、教学电脑等物联网接入设备联接起来，共同完成教学和管理功能；

●构建统一的物联网数据中心，实验室管理、设备管理、人员考勤、环境监测、教学管理等系统能在同一数据中心之下运行；

●提供本地/远程网络访问，提供本地/远程网络实验学习、资料下载、网络教学；

●根据用户需求，开放部分程序源码以及API接口，提供二次开发支持；

●采用国内首创、国际领先的光载无线技术，构建全新的物联网信息平台，提供教师、学生科学研究和创新实验研究平台。

（5）产品的构成及功能介绍

物联网信息平台由光载无线交换系统、物联网信息平台服务器、终端接入设备--WiFi设备服务器、物联网信息平台管理软件等构成。

光载无线交换机、物联网信息平台服务器放置在实验室中心机房，远端射频单元布设在物联网实验室，WiFi设备服务器提供实验室串口设备联网。

物联网信息平台服务器

物联网信息平台服务器承载系统数据和应用系统，提供本地/远程访问服务。

WiFi设备服务器

终端接入设备--WiFi设备服务器为串口转无线网络设备，内置嵌入式Web服务器，用于将具备工业串口（RS485、RS232）设备（如传感器、PLC、执行机构）接入无线局域网，实现设备的网络访问和控制。

WiFi设备服务器是物联网感知层网关的关键设备。

WiFi设备服务器实物图

物联网信息平台管理软件

基于光载无线传输与交换技术的物联网信息平台管理软件包括：

控制管理软件和物联网应用软件。

控制管理软件：

采集光载无线电信号分布系统的各模块的状态信息以及接入设备的信息，并根据系统策略，控制管理系统设备，实现射频交换与重构、远端功率调控、移动设备无缝漫游等；

物联网应用软件：

通过智能人机界面实现物联网环境监测、仓储物流、工业控制、人员管理、视频监控、智能家居、智能农业、物质管理等应用。

2.1.3实验内容

（1）物联网实训系统

物联网实训系统实验内容（基础操作篇）实验列表

系统配电实验；

照明灯光控制器组装调试实验；

烟雾探测器组装调试实验；

音响控制器组装调试实验；

人体红外探测器组装调试实验；

风扇控制器组装调试实验；

智能插座控制器组装调试实验；

光照探测器组装调试实验；

窗帘控制器组装调试实验；

温湿度探测器组装调试实验；

智能门禁设备安装；

网关的组装调试实验；

调光灯控制器组装调试实验；

物联网实训系统实验内容（技能操作篇）实验列表

RJ45双绞线网线制作实验；

Zigbee无线网络星型网组网配置实验；

智能门禁有线网络连接于配置实验；

Zigbee无线网络网状网组网配置实验；

智能门禁RFID连接与配置实验；

WIFI无线设备AP点配置实验；

WIFI设备服务器有线连接、配置实验；

WIFI无线设备无线网卡配置实验；

有线网络摄像头连接与配置实验；

手机、平板电脑APP软件安装；

无线网络摄像头配置实验；

网络路由器器配置；

Zigbee无线网络协调器配置实验；

各类遥控器红外控制器学习；

Zigbee无线网络路由器配置实验；

红外设备无线网络配置；

Zigbee无线网络终端节点配置实验；

智能无线