物联网样板间建设方案详细40doc.docx

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物联网样板间建设方案详细40doc

XXXX物联网实验室

设计方案

1.

方案背景

物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。

物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力。

物联网概念是庞大和丰富的，其中涵盖了大量现有的专业门类和技术体系，而在其系统集成和应用端，可以说物联网技术将能够应用于工业、农业、服务业、环保、军事、交通、家居等几乎所有的领域。

2009年8月7日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表重要讲话：

提出了“在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的‘传感信息中心’或‘感知中国’中心”的重要指示；2009年11月3日《让科技引领中国可持续发展》的讲话中，温家宝总理再次提出“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。

2010年两会期间，物联网再次成为热议话题。

随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。

目前，物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展。

学习与掌握物联网的技术理论，发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。

2010年最新的教育部通知已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高校申报相关专业。

可以预见，在不久的将来，无线传感网络将给我们的生活带来革命性的变化。

2.建设目标

本次物联网实验室拟建设基于物联网技术的五大系统：

智能家居、环境监测系统、智能农业大棚、智能交通、人员定位系统。

用相应的终端设备和传感器将系统中的“物”联系起来，有效展示物联网在五大系统中的应用，系统具有开放性，可移植性，展示性，同时便于二次开发。

系统的信息展示除在个系统中配置相关显示屏外，并且可以通过网络与电工电子教学实验中心大厅的LED全彩大屏相连，将相关信息在中心大屏上发布和监控。

3.方案特色

●系统性：

方案的设计是在详细分析物联网应用系统架构的基础上，系统性地覆盖传感层、接入层、网络层、应用层等各个层次的主流技术，为用户提供完整的物联网工程专业实验实训解决方案。

同时，整个实验室设备可连接为一个局域网络并可接入到校园网，配以功能强大的实验室管理系统，可以跟踪管理学生的实验时间、实验内容、实验结果，为教学效果分析提供及时并详细可靠的数据来源。

●模块化：

采用模块化的设计模式，可以根据实际需求选配各种模块组建实训环境，具有很强的灵活性并易于扩展。

●易操作：

采用一体化的操作台，集成监控屏幕、传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等；并采用可视化的监控软件，界面友好，操作简便。

●真正的“透明”教学：

通过直观和形象的应用场景，使学生可以直接体会物联网的应用场景；开放产品设计的软硬件资源，同时配套详细的教学试验文档，让学生以工程开发形式学习原理知识，融会贯通各个学科的知识，达到真正的学以致用。

4.总体设计

4.1.实验室平面布置设计图

4.2.各系统区域和主要功能

如上图所示，实训室共分为如下几个区域，各自功能如下：

1.智能家居系统

智能家居系统功能展示与实验系统，包括家电控制、环境监控、灯光控制、窗帘控制、安防、小区呼叫管理、远程监控等内容。

2.农业大棚系统

智能农业温室大棚，采用物联网技术实现对大棚内环境温湿度、土壤温湿度、光照、CO2浓度等的监控以及照明、灌溉、通风等的控制，可用于教学、实验和展示等。

3.智能交通系统

模拟智能交通，实现车位监控、停车场引导、收费、道路流量监控等，实现相关内容的展示和实验教学。

4.环境监测系统：

在实验室中，放置环境监测系统的服务器以及显示大屏幕，在教室的底部靠窗处放置一个42寸屏幕，并放置一台服务器用于管理和配置系统的数据。

5.走道及人员定位系统：

在实验室的中间有一条1.3米的走道，在实验室的四周放置4个ZIGBEE定位参考节点，用于实验室内的人员定位，同时在实验室外一个宽约3米，长约25米走廊上布置人员定位系统。

5.物联网智能家居系统

5.1.系统设计

智能家居系统是物联网技术在家庭自动化方面的典型应用，包括智能环境监测、智能家电控制、灯光控制、窗帘控制、智能安防、远程监控等几个部分，系统结构拓扑图如下：

5.2.系统功能

1.安防系统

对人身安全、财产安全等进行实时监控，发生入室盗窃、火灾、煤气泄漏和紧急求助等情况时自动拨打用户设定的电话，及时播报险情。

●数字智能网关能够外接各种安防探测器（如红外、门磁）；

●如果发生警情，报警信息通过小区局域网络，发送给小区管理中心监控主机，同时自家电话报警系统会将报警信息发送给业主或相关责任人；

●用户同时可以设定报警自动抓拍功能，同时把抓拍的照片通过电子邮件发送给用户；

●在发生报警时智能网关将通过文字和声音提示用户哪里发生报警；

●当您外出时，家中如有访客，可以通过留影留言功能让您了解访客的情况。

2.环境监控

室内温湿度监测及控制、室内有害气体泄漏监测及控制、室内光亮度监测及控制、雨滴监测及控制、室内空气监测及控制等。

3.监视系统

互联网远程实时动态摄像监控，可远程通过手机、电脑实时动态监控家中的情况。

4.门禁系统

门口机和室内机之间可实现可视对讲，门禁系统和ZigBee模块进行连接将信息采集到网关，并在手机和PC上将提示灯触发为红色，并提示信息。

5.智能灯光系统

实现对灯光的自动化控制，并可创造任意的环境氛围和灯光场景，如家庭影院的放映灯光、晚宴灯光、聚会灯光、读报灯光，根据外界光线自动调节室内灯光，根据不同时间段自动调节灯光。

●灯光情景控制模式：

通过对智能开关的组合学习，可以对家庭单元的各个房间定义个性化的灯光场景需要。

比如：

全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式等;

●联动控制：

灯光、电器（空调）、电动窗帘三者的控制可以通过情景控制模式联动，如门磁可以设定与灯光、窗帘、电器等设备的联动工作。

比如：

回家开门后，灯光打开、窗帘开启、空调开启等联动工作。

●定时控制：

在设定的时间点对家电、灯光、窗帘等带电设备进行控制。

如：

早上7.30闹钟响起，窗帘缓缓开启，音乐开始播放。

6.电器控制系统

把所有能控制的电器组成一个管理系统，除了可以实现本地对家电的控制之外，还可以通过遥控、场景、定时、电话以及互联网远程等多种控制方式实现对电器的智能管理与控制。

7.电动窗帘系统

对窗帘进行智能控制和管理，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对窗帘的开关、停止等控制，以及一键式场景效果的实现。

8.控制模式

1）手动控制

保留所有灯及电器的原有手动开关，不会因为局部智能设备的故障，导致不能实现控制。

2）智能无线遥控

一个遥控器，可对所有的灯光、电器及安防的设备进行智能遥控和一键式场景控制、实现全宅灯光及电器的开关、临时定时等遥控，各种编址操作，4路一键式情景模式，配合数字网络转发器，实现本地及异地万能遥控。

3）一键情景控制

一键实现各种情景灯光及电器组合效果，可以用遥控器、智能开关、电脑等实现“外出、在家、就餐、影院”等多种模式。

4）Internet远程监控

通过互联网实现远程监控、操作、维护以及系统备份与系统还原，通过用户授权，可以实现远程售后服务。

无论在世界各地，只要通过INTERNET网都可随时了解家里灯及电器的开关状态，包括远程控制，随时根据需求，更改系统配置、定时管理事件，还可随时修改报警电话号码；

5）事件定时控制

可以个性化定义各种灯及电器的定时开关事件，一个事件管理模块总共可以设置多达87个事件，完全可以将每天、每月、甚至一年的各种事件设置进去，充分满足用户的实际需求。

可设置早上定时起床模式，晚上自动关窗帘模式，还有出差模式等。

5.3.设备清单

名称

规格

数量

单位

单价

复价

备注

温湿度传感器模块

上海企想BIZ-SM-SHT

1

个

150

150

光敏传感器模块

上海企想BIZ-SM-LS

1

个

36

36

烟雾探测传感器模块

上海企想BIZ-SM-MQ2

1

个

84

84

燃气探测传感器模块

上海企想BIZ-SM-MQ5

1

个

84

84

人体感应传感器模块

上海企想BIZ-SM-OS

1

个

75

75

干黄门磁传感器模块

上海企想BIZ-SM-GH

1

个

60

60

紧急呼救按键

复位按钮圆型安装孔径16MM

1

个

4.5

4.5

雨滴传感器

STSM-002型

1

个

30

30

LED灯模块

上海企想BIZ-M101

4

个

90

360

智能开关

Control4无线弱调光器zigbee调光模块智能调光开关

1

个

7629

7629

电动窗帘控制系统

智能窗帘控制系统：

自动离合机构，自动、半自动、遥控、手动任意选择,断电也可正常使用；

专用开关电源适配器，24V直流驱动，安全稳定可靠；

关键传动部件采用进口钢材制成，配合优质铝合金导轨，经久耐用；

1

套

6840

6840

Zigbee协调器

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

◎支持底板包括CC2430复位系统、JTAG在线仿真下载接口、RS232串口、以太网接口等。

◎协调器能够建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个ZigBee网络进行维护

1

个

762

762

Zigbee传感器节点

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

◎支持底板完整的3电源供电系统（电池盒、外接电源、仿真器供电）、与ZigBee2006协议栈无缝连接的按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路以及IO排针等等。

◎提供数据访问接口以方便计算机应用程序开发。

◎传感器节点采集传感器数据，并通过zigbee网络传输到计算机网络，可以自带温度、湿度、光敏传感器，并保留传感器接口，外接传感器

控制电流：

DC:

3-25mAAC:

12mA

通态压降：

≤1.5V

断态漏电流：

≤5mA

断态时间：

≤10ms

介质耐压：

2500V/AC

绝缘电阻：

500MΩ/500V/DC

环境温度：

-30℃~+75℃

15

个

600

9000

排风控制系统

Zigbee传感器节点

交流继电器：

控制方式：

直流控交流（DC-AC）交流控交流（AC-AC）

负载电流：

10A,15A,25A,30A,40A,50A,60A,80A,100A,120A

负载电压：

240V/AC480V/AC660V/AC1200V/AC

控制电压：

3-32V/DC90~250V/AC

1

套

900

900

CDMA模块

华为EM660

CDMA20001xEV-DORev.A800/1900MHz

1.8Mbps（上行）/3.1Mbps（下行）

接收分集（800/1900MHz）

支持电话本，数据业务，短信业务

操作系统：

Windows2000/XP/VISTA/LINUX

MiniPCI-E接口

1

个

750

750

门禁系统

室内机技术参数：

外形尺寸：

238MM*172*38MM

显示器件：

5.6寸TFT

图像分辨率：

320*240*3

信号制式：

N/P

工作温度：

-10℃-40℃

电源：

AC100-240V/50-60HZ

功耗：

待机2W工作14W

线制：

五芯线

室外机技术参数：

外型尺寸：

125MM*170MM*25MM

夜视光源：

红外线

最低照度：

0.5LUX

摄像角度：

92度CCD

视频输出：

1VP-P/75

信号制式：

N/P

接锁类型：

门口机接锁

工作温度：

-10摄氏度-50摄氏度

功耗：

DC12V-3W

门禁感应卡5张，室内外机连接线1条及配套固定螺丝

1

套

810

810

Zigbee-红外转发器

波创ZigBee遥控器BC2-GGLRZB

1

个

30

30

网络摄像头

普顺达FS-613A-M136

1

个

990

990

智能家居系统上位机软件

1

套

40000

40000

42寸液晶屏

长虹LT42630FX

屏幕尺寸：

42英寸

屏幕比例：

16:

9

面板类型：

IPS硬屏

屏幕分辨：

1920×1080

背光性能：

CCFL冷阴极萤光灯管

HDMI：

1组

1

台

7000

7000

空调

格力KFR-72LW/E1（72568L1）FdNaHC2A

空调类型：

立式

空调适用面积：

32-50㎡

室内机尺寸：

520×1800×337mm

产品功率：

大3.0p

冷暖类型：

冷暖电辅

是否变频：

变频

能效比：

4级,3.29

1

台

10000

10000

大屏幕集成

5000

总计：

人民币（￥90595）

5.4.实训内容

1.智能家居系统应用体验

了解智能家居系统的功能、组成结构、使用方法等。

2.智能家居系统工程规划，设计思路

提供智能家居系统工程规划、设计文档，让学生了解整个智能家居系统应用工程的设计、开发和实施过程。

3.Zigbee采集节点配置与使用

PANID、信道、物理地址、网络地址等参数读取和设置

4.Zigbee组网技术：

星型网、树形网、网状网

5.物联网网关的配置和使用

网关配置管理：

网关接入配置、网络节点控制、定义控制逻辑

嵌入式webserver配置使用

6.Zigbee协议栈应用开发

开发环境的建立

基于Zstack协议栈的开发步骤

7.上位机软件系统开发

上位机软件设计、编程、测试等。

6.物联网环境监测系统

6.1.系统设计

近年来自然灾害的横行提醒人们迫切需要对环境进行精确、实时监控，以降低火灾、自然灾害等对人类造成的生命财产损失。

但是，传统的有线方式布线难度大、成本高且维护困难，因而需要另一种体系结构来对无人职守的环境进行实时连续地监控，从而让监控网络摆脱电缆布线和人工坚守的束缚。

无线环境监测系统在面向缺乏电源、通信等基础设施的野外等恶劣场景中的大范围环境监测应用中有着突出的优势。

系统采用了无线数据采集网络（Zigbee）实现对传感器数据的采集和传输。

无线环境监测传感器包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器等。

这些传感器进行环境数据采集并通过低功耗多跳无线自组织网络进行数据传输，无需在数据采集网络范围内建设电缆和通信线缆等基础设施，各个传感器之间可以自动地相互进行数据中继转发，从而可以保证组网和通信的可靠性，并能够扩大监测网络的部署范围，降低部署难度。

长距离无线中继器通过长距离无线通信技术将环境数据转发到与Internet连接的环境监测路由器，从而大大拓展了在恶劣场景中的系统部署范围。

环境监测路由器将数据推送到数据处理与访问服务器。

相应的工作人员都可以使用计算机的Web浏览器实时查询最新的环境数据和历史数据，为方便在恶劣场景下长期系统运行中的维护操作，该系统集成了远程系统状态监测功能。

该功能可实时报告系统中所有设备的当前状态，并协助维护人员分析故障原因。

系统结构图

传感器节点是系统的数据源，它主要由等多路传感器采集模块、信号调理模块和无线收发模块组成，负责采集和上传监测区域内的各种环境参数和接收环境监控中心发送的模式控制命令。

中心控制节点负责启动整个网络和维护节点，采集无线传感器网络上传来的环境参数，并通过串口发送到监控中心计算机上，同时侦听串口接收中断，用以向传感器节点发送模式控制指令，因此，在中心控制节点的硬件平台上可扩展使用RS232串口。

除了上述特殊需求外，中心控制节点的结构设计与传感器节点的不同之处是其不包含传感器组和信号调理模块。

6.2.功能设计

管理软件包括4个工作模块：

实时监测模块、参数配置模块、综合统计模块、用户设置模块。

Ø实时监测模块主要用来显示各个监测点采集模块的运行趋势图，采集到的数据表格等。

在这个模块里还要完成数据丢失报警、趋势图打印、发送各种指令等功能。

趋势图可以保存电子文档，以便传阅。

Ø参数配置模块是用来配置监测点信息的，包括添加删除监测点，监测点信息包括监测点

Ø工作的采集模块编码、采集模块的回传点数、采集模块的回传周期、采集模块所连接的设备等。

Ø综合统计模块是用来统计出不同的要求统计出来各式报表。

报表可以打印，也可以保存电子文档。

Ø用户模块设置用户的使用权限，以及用户的添加删除等功能。

另外，还包括数据字典的输入。

无线传感器网络环境监控系统的整体架构、底层硬件和应用程序软件的设计方法。

系统经连接测试可组成多级无线网络，从而实现数据的传输，并可达到预期效果，同时系统稳定性、响应速度等性能都可满足实际需求。

此外，本系统还具有良好的扩展性，可以根据具体要求方便地在数据采集模块上进行相应传感器的扩充以完成特定数据采集的需要。

Zigbee无线传感器网络因其组网灵活、节点耗电低、可自动恢复等强大功能，其应用领域将会越来越广泛，为教学试验提供了良好的平台。

6.3.设备清单

名称

规格

数量

单位

单价

复价

备注

一氧化碳采集节点

MQ7一氧化碳传感器

探测范围：

10to1000ppm

特征气体：

100ppm一氧化碳

灵敏度：

Rinair/Rintypicalgas≥5

敏感体电阻：

40to400KΩinair空气中

响应时间：

≤150s（70%Response）

恢复时间：

≤150s（70%Response）

加热电阻：

31Ω±3Ω

加热电压：

5V±0.2V

加热功率：

约350mW

测量电压：

3.0-10.0V

工作条件：

环境温度:

-10℃to65℃湿度:

≤95%RH

贮存条件：

温度:

-20℃-70℃湿度:

≤70%RH

传感器采集节点：

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

6

个

450

2700

二氧化碳采集节点

MG811二氧化碳传感器

探测范围：

0to10000ppm

特征气体：

1000ppmCO2

灵敏度：

ΔEMF=15～30mV（EMF350ppmCO2-EMF1000ppmCO2）

响应时间：

≤60s

恢复时间：

≤90s

加热电阻：

35Ω±3Ω

加热电流：

180±20mA

加热电压：

6V±0.2V

加热功率：

≤1200mW

测量电压：

≤24V

环境温度：

20±2℃

环境湿度：

65±5%%RH

环境氧含量：

21%（STD）

传感器采集节点：

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

6

个

900

5400

氧气采集节点

MQ131氧气传感器探测范围：

0to10000ppm

特征气体：

1000ppm

响应时间：

≤60s

恢复时间：

≤90s

加热电阻：

35Ω±3Ω

加热电流：

180±20mA

加热电压：

6V±0.2V

加热功率：

≤1200mW

测量电压：

≤24V

传感器采集节点：

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

6

个

600

3600

Zigbee路由器

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

◎支持底板包括CC2430复位系统、JTAG在线仿真下载接口等。

◎路由器节点用于连接其它节点和协调器

3

个

600

1800

Zigbee协调器

◎包括CC2430射频底板和支持底板，射频顶板与支持底板可以无缝连接，构成完整系统。

◎射频顶板采用TI公司支持ZigBee2006协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心，利用2.4G的SMA天线进行通信。

◎支持底板包括CC2430复位系统、JTAG在线仿真下载接口、RS232串口、以太网接口等。

◎协调器能够建立网络，并且对加入的节点进行管理和访问，对整个ZigBee网络进行维护

1

个

780

780

PC服务器

戴尔380MT

处理器：

IntelPentiumE5800（3.2GHz）

内存类型：

DDR31333内存大小：

4GB

硬盘类型：

SATA硬盘

硬盘参数：

7200转

硬盘容量：

500GB

光驱：

DVD-RW

1

个

9000

9000

42寸液晶屏

长虹LT42630FX

屏幕尺寸：

42英寸

屏幕比例：

16:

9

面板类型：

IPS硬屏

屏幕分辨：

1920×1080

背光性能：

CCFL冷阴极萤光灯管

HDMI：

1组

1

个

7000

7000

大屏幕集成

5000

环境监测系统软件

1

个

50000

50000

总计：

人民币（￥85280）

6.4.实训内容

1.智能环境监测系统应用体验

了解智能环境监测系统的功能、组成结构。

2.智能环境监测系统工程规划，设计思路

提供智能环境监测系统工程规划、设计文档，让学生了解整个智能环境监测系统应用工程的设计、开发和实施过程。

3.Zigbee采集节点配置与使用

PANID、信道、物理地址、网络地址等参数读取和设置

4.传感器节点的布放

学习如何合理布放传感器节点，包括间隔、节点休眠设定、采集频率设定等

5.Zigbee组网技术：

树形网、网状网

6.Zigbee协议栈应用开发

开发环境的建立

基于Zstack协议栈的开发步骤

7.上位机通过串口连接zigbee网络

上位机通过串口连接到zigbee协调器，学习了解串口指令，通过串口进行数据包分析，和相