物联网工程专业实验室建设需求v15.docx

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物联网工程专业实验室建设需求v15

物联网工程专业实验室采购

需求说明

1项目概况

略

2技术和服务要求

2.1技术要求

2.1.1全功能移动互联实验平台:

12箱

2.1.1.1平台由两个主要单元构成，即底板+实验模块组成。

（1）包含Cortex-A9主控网关+无线节点+控制单元扩展+网络融合模块，无线节点支持Zigbee、IPV6、WIFI、Bluetooth等无线协议，通过嵌入式网关进行数据汇总处理

（2）所有模块必须与供电底板一体组合教学实验平台，支持PC与ARM架构二次开发与应用，达到一机多用的教学要求

（3）两个单元可以独立实验，也可以进行协同实验

2.1.1.2物联网综合网关

（1）CPU处理器：

基于QuadCortex-A9，四核芯，运行主频1.5GHz；内部集成Mali-400MP高性能图形引擎，支持3D图形流畅运行，并可播放1080P大尺寸高清视频

（2）DDR3RAM：

1GBDDR3RAM@400Mhz，32bit数据总线

（3）Flash存储：

4GBeMMC闪存

（4）引脚口：

2*60pin，2*34pin

（5）在板资源：

4×UserLED（Green），2xPowerLed（Green）

（6）软件支持：

Superboot-4412，u-boot（完全开源），Android4.2（基于Linux-3.5内核），Linux+Qtopia2+QtE-4.8.5，Ubuntu1204

（7）外设资源：

miniPCIe接口座，SIM卡座，RS485接口，RS232串口，引出CPU自带串口，USB2.0，HSIC，USBHost，音频输入输出，HDMI输出，以太网接口，按键，LED，RTC，蜂鸣器，可调电阻，SDIO扩展口，SD卡座，CMOSCamera接口，LCD接口座，JTAG

（8）显示屏：

7寸LCD（分辨率800×1280），多点电容触摸，LED背光可调

2.1.1.3射频识别模块

（1）支持低频模块

（2）可编程、支持RS232串行数据

（3）支持教学、产品开发、科学研究

（4）实训平台需具备平台一体化的模块插槽，模块可自由拔插，保证教学及实训的灵活性；

2.1.1.4无线传感网软件应用：

提供嵌入式端组网分析软件。

2.1.1.5ZigBee无线传感节点：

（1）ZigBee模块采用CC2530处理器开发，提供ZigBee2007协议栈支持，提供Android下综合组网应用实例；

（2）每个节点接口板都可以独立进行编程，学习WSN网络实验，包含TIZStack协议等；

（3）节点采用模块化设计，每个节点可以插到实验箱主板上进行实验教学，便于实验室设备管理。

节点也可能拆下，加上电池即可作为移动节点，用于各种物联网应用设计。

（4）协调器节点配备1.7寸TFT屏，便于本地数据观测；

（5）外设资源：

MiniUSB接口；双排针引脚；

（6）节点底板：

4个10*2双排引脚、3个LED调试信号灯、一个USBMini串口、一个JTAG烧录口、一个串口配置拨码开关、一个复位开关；

2.1.1.6IPv6无线传感节点

（1）Ipv6模块基于ARM32位的Cortex-M3处理器，集成了2.4GHzIEEE802.15.4射频收发器，提供Android下综合组网应用实例；

（2）每个无线传感节点接口板都可以独立进行编程，学习6LoWPAN网络实验等；

（3）节点采用模块化设计，每个节点可以插到实验箱主板上进行实验教学，便于实验室设备管理。

节点也可能拆下，加上电池即可作为移动节点，用于各种物联网应用设计。

（4）协调器节点配备1.7寸TFT屏，便于本地数据观测；

（5）外设资源：

MiniUSB接口；双排针引脚；

（6）节点底板：

4个10*2双排引脚、3个LED调试信号灯、一个USBMini串口、一个JTAG烧录口、一个串口配置拨码开关、一个复位开关；

2.1.1.7BLE节点

（1）BLE模块采用CC2540处理器开发，兼容2.4GHz蓝牙低功耗的RF收发器，256KBFlash存储器，8KBSRAM，提供Android下综合组网应用实例；

（2）每个无线传感节点接口板都可以独立进行编程，学习6LoWPAN网络实验等；

（3）节点采用模块化设计，每个节点可以插到实验箱主板上进行实验教学，便于实验室设备管理。

节点也可能拆下，加上电池即可作为移动节点，用于各种物联网应用设计。

（4）协调器节点配备1.7寸TFT屏，便于本地数据观测；

（5）外设资源：

MiniUSB接口；双排针引脚；

（6）节点底板：

4个10*2双排引脚、3个LED调试信号灯、一个USBMini串口、一个JTAG烧录口、一个串口配置拨码开关、一个复位开关；

2.1.1.8WiFi节点

（1）WiFi节点使用USR-WIFI232-G2超低功耗嵌入式Wi-Fi模组，提供了一种将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，并提供UART串口等接口传输数据的解决方案。

该模块硬件上集成了MAC，基频芯片，射频收发单元，以及功率放大器；嵌入式的固件则支持Wi-Fi协议及配置，以及组网的TCP/IP协议栈。

USR-WIFI232-G是一款一体化的801.11b/g/nWi-Fi的低功耗解决方案，通过USR-WIFI232-G模组，传统的低端串口设备或MCU控制的设备均可以很方便的接入Wi-Fi无线网络，从而实现物联网络控制与管理，内置板载天线；

（2）每个无线传感节点接口板都可以独立进行编程，学习WiFi网络实验等；

（3）节点采用模块化设计，每个节点可以插到实验箱主板上进行实验教学，便于实验室设备管理。

节点也可能拆下，加上电池即可作为移动节点，用于各种物联网应用设计。

（4）协调器节点配备1.7寸TFT屏，便于本地数据观测；

（5）外设资源：

双排针引脚；

（6）节点底板：

4个10*2双排引脚、3个LED调试信号灯、一个USBMini串口、一个JTAG烧录口、一个串口配置拨码开关、一个复位开关；

2.1.1.9移动互联模块：

（1）支持3G、GSM、GPRS等多种制式的传输模式，可插入对应的SIM卡

（2）支持移动WMMP、电信MDMP等标准的M2M协议栈，并可提供基于以上协议栈的产品级开发设

计文档

（3）可完成前端微网与后端主干网络的数据处理与网络融合，支持多频段通信

（4）用户可基于该模块完成多子网、多系统与服务端的对接，同时服务端可与微网完成监测与控制的数据上下行互通。

（5）工作电压：

3.4V–4.5V

（6）SIM900A两频：

EGSM900和DCS1800，M900A可以自动的搜寻两个频段；也可以通过AT命令来设置频段;符合GSMPhase2/2+

（7）支持RTC,通过AT命令定时

2.1.1.10传感器模块：

（1）温湿度传感器模块

（2）光照传感器模块

（3）流量传感器模块/流量管

（4）磁场（霍尔）传感器模块

（5）气压海拔传感器模块

（6）火焰传感器模块

（7）震动传感器模块

（8）噪声传感器模块

2.1.1.11执行器模块

（1）继电器模块

（2）LED声光报警模块

（3）数码管模块

（4）交通灯指示模块

2.1.1.12扩展实训模块

可支持以下扩展模块，该系列模块可以在实验箱大底板上灵活拔插、自由组合。

（1）ETC扩展模块：

可实现车辆信息录入射频卡片，卡片快速充值、车辆管理以及ETC自动扣费功能；

2.1.1.13附件及配套资源

（1）提供完整的配套开发工具及相软件

（2）提供完整的系统源码、配套实验指导书及相应实验文档

（3）提供良好的技术支持

2.1.1.14根据综合实训平台提供的设备，实现OTA功能：

（1）可实现基于ContikiIPv6的OTA功能，且必须是基于Qt的OTAServer，开放源码（自主知识产权）

（2）支持Hex和Simple-CodeBin两种文件格式，以表格的方式显示文件内容

（3）支持16个频段，支持多个PAN，同时支持5个以上节点同时更新

（4）支持115200波特率，并提供Simple-Code转换工具，可在工程中自动转换

能够实时在线无线更新硬件程序或系统

2.1.1.15非WiFi/蓝牙/运营商的获取方式

能用手机通过非WiFi/蓝牙/运营商的获取方式，无线抓取传感数据及实验数据，并提供相关应用界面及实验；

2.1.1.16物联网算法分析功能：

（1）具备算法过程演示、算法分析和调试等功能

（2）通过配置参数，可实现不同参数条件下的算法自动运行、运行过程显示、实验结果统计和实验结果图自动生成

（3）提供WSN网络模型配置生成、网络模型信息数据库维护、WSN算法数据库、WSN算法运行演示、前端节点状态监控、WSN算法运行实例导出与导入等功能

（4）提供传感网动态路由组网、静态路由组网分析软件及静动态路由组网相关源代码

2.1.2物联网RFID实验箱:

12箱

2.1.2.1平台整体要求

（1）平台整体采用实验箱的形式构成，方便管理和使用，要求所有硬件资源必须板载，硬件接口开放，软件代码开源，提供完善的实验指导书和光盘资料。

（2）频率：

13.56MHz、900M、125K、2.4G；

（3）协议：

ISO/IEC15693、ISO/IEC18000-3、ISO/IEC18000-6、ISO/IEC14443、ID、ISO18000-4；

（4）无线数据通讯方式：

zigbee

（5）嵌入式网：

CPU:

STM32F103VET6

2.1.2.2硬件资源

（1）嵌入式网关：

CPU:

STM32F103VET6,LQFP100,FLASH:

512K，SRAM:

64K，80个IO口，CPU5个串口，3个SPI，2个IIC，3个12位ADC，2个12位DAC，8个16位定时器，FSMC/SDIO/CAN/USB，4个独立键盘（K1/K2/K3/K4）；可实现键盘控制功能；PS2接口；3.2寸触摸屏；以太网；TF插槽；5V供电

（2）模块资源

（3）带温湿度传感器；

（4）125K模块采用板上一体化PCB板天线；

（5）高频模块：

板载一体化PCB天线，

（6）超高频模块：

板载一体化印制天线，天线形状可见

（7）GPRS模块:

5V供电；发送中文短信；发送英文短信；拨打指定电话，1分钟后自动挂断；接到指定短信内容，控制LED开断；检测模块是否注册到网络，是否读到SIM卡，并发送提示信息；通过GPRS，连接指定的服务器并发送指定数据；可选择休眠模式，功耗10MA左右

（8）2.4G远距离模块：

工作频段：

2.400GHz～2.525GHzISM波段；ISO18000-4协议；工作条件：

环境温度-20℃～+70℃相对湿度≤90%；GFSK调制；全方向识别；读卡方式：

有源卡主动发送数据，读卡器接收数据。

（9）Zigbee低功耗标准无线收发模块，内核8051微控制器256KB内建快闪记忆体。

（10）RFID电子标签制作套件：

含高频标签天线直径25mm,超高频标签pcb天线；高频、超高频天线、标签芯片各5；每套实验配1套标签制作套件；

（11）恒温焊台：

每5套实验箱配一台。

（12）J-LinkV8调试器、CCDebugger调试器

（13）条码扫描枪

2.1.2.3软件资源

（1）STM32处理器

（2）支持时钟实验、GPIO实验、键盘实验、串口通讯实验、485通讯实验、看门狗实验等。

（3）支持裸机开发，方便学习嵌入式系统硬件驱动开发与硬件驱动程序设计。

（4）处理器采用IAREWARM开发环境和J-LINK仿真器配合。

2.1.2.4实验内容

（1）RFID模块实验

至少包括RFID高频ISO/IEC15693实验：

RFID系统的INVENTORY命令实验、RFID系统的STAYQUIET命令实验、RFID系统的SELECT命令实验、RFID系统的RSTTOREADER命令实验、RFID系统的WRITEAFI命令实验、RFID系统的LOCKAFI命令实验、RFID系统的RDSINGLEBLK命令实验、RFID系统的WRSINGLEBLK命令实验、RFID系统的LOCKBLOCK命令实验、RFID系统的RDMULTIBLK命令实验；HF13.56MISO14443实验：

选择HF13.56M ISO14443功能模块、软件操作、连接与断开、识别标签号、寻卡、认证操作、读取数据、写入数据、休眠操作；UHF900MISO18000-6实验：

选择UHF900 功能模块、软件操作、连接与断开、识别标签号、单卡识别、多卡识别、功率设置、UHFM900当前功率值读取、设置UHFM900输出功率值、读取数据、写入数据、锁定实验、销毁实验；LF125KID卡读取实验：

读取软件、选择125K功能模块、读卡操作、数据格式对比实验；有源2.4GRFID模块读取实验：

读取软件实验操作、选择有源2.4GRFID功能模块、读卡操作、电量实验等实验；

（2）模拟RFID应用开发实验

提供综合的RFID开发应用，包括RFID枪支管理、人员管理系统开发实例、多卡发卡软件系统、仓储管理系统等。

其他资源：

提供相关的开发API接口（SDK开发包），可基于RFID教学实验系统完成二次开发；提供电子标签相关资料； 

2.1.3物联网通信技术教学实验平台：

1套

2.1.3.1要求平台提供通信原理和移动通信原理两部分实验内容

涉及通信系统中的信号及其频谱分析、模拟信号的调制解调、基带传输系统、模拟信号的数字化传输、数字信号的调制解调、信源编码技术、信道编码技术、多址技术、扩频和同步、语音信号处理、以及移动通信中的OFDM、GSM、CDMA、TD-SCDMA等2G、2.5G和3G相关内容。

2.1.3.2要求平台集成完备的实验课件

包括实验基础、实验原理、实验步骤、思考问题。

2.1.3.3要求平台分为基础型、增强型和综合型三部分实验

涉及演示型、验证型和设计型实验，难度由浅入深，循序渐进。

2.1.3.4平台的自动更新功能

能够及时下载教学应用服务器相互中实验教师发布的实验方案。

2.1.3.5要求平台内嵌Flash播放器

对实验过程中较难理解和较抽象的知识点，较复杂的实验操作步骤以语音Flash动画的形式向学生展示，方便学生理解。

2.1.3.6要求必须提供现代通信虚拟通信工具箱

满足虚拟线路的仿真、搭建与调试；（提供截图）

（1）提供通信过程中可独立工作的信号处理的最小功能器件单元，即“通信器件”，基于这些通信器件，可以完成通信系统的设计、调试与仿真。

其中的通信器件提供交互的用户接口用以调整器件的工作参数。

（提供截图）

（2）虚拟通信实验箱支持同时打开多个实验区窗口，能够同时完成多种通信线路的仿真连接、通信器件工作参数的调节、通信过程的信号处理中间过程和结果的比较分析，并能够将结果以图形化方式展现出来。

（提供截图）

（3）支持在仿真线路的任意位置设置过程观察点，即在通信器件的输出热点连接信号输出器，它能够将仿真信号的中间过程和结果以图形、字符、声音等方式在前台显示，对信号的处理过程进行跟踪和比较。

（4）可灵活设置信号输出器是否显示输出波形、输出波形标题、X/Y轴坐标、输出波形的颜色、输出波形网格线、输出波形的显示宽度和高度。

（5）信号输出器窗口支持波形的编辑和保存，以备实验结果的提交，供日后的分析学习。

（6）支持仿真线路进行封装，形成具有独立功能的自定义器件，自定义器件会加入到虚拟通信实验箱器件库中的自定义器件分组中，供以后仿真线路连接中使用。

（7）包含模拟硬件实验箱仿真模块，支持市场主流实验箱，可以生成仿真线路视图，在模拟硬件实验箱中可以体现硬件实验箱连线模块内部的原理，实现参数的手动调节、实验中间过程和结果的对比分析等一系列操作过程；

（8）配合以硬件实验箱对整个实验过程进行验证，做到理论和实践操作并重。

（9）虚拟通信实验箱提供的器件名称如下：

（a）信号输入输出器：

正/余弦信号发生器、方波信号发生器、锯齿波信号发生器、阶跃信号发生器、萨函数信号发生器、随机信号发生器……

（b）信号运算变换器：

加法器、乘法器、卷积器、信号平移器、信号延拓器、A/μ率压缩器……

（c）信源/信道编码器：

CRC编码器、线性分组码编码器、循环码编码器、卷积码编码器、PCM编码器、Turbo码编码器……

（d）信源/信道译码器：

CRC校验器、线性分组码译码器、循环码译码器、维特比译码器、PCM译码器、Turbo码译码器……

（e）扩频/解扩器：

Bark码、M序列、直接序列扩频器、跳频扩频器、跳频解扩器、直接序列解扩器……

（f）模拟/数字调制器：

幅度调制器、角度调制器、BASK调制器、BFSK调制器、QPSK调制器、MQAM调制器……

（g）模拟/数字解调器：

幅度解调器、角度解调器、BASK解调器、BFSK解调器、QPSK解调器、MQAM解调器……

2.1.3.7必须提供调制、解调、编码、解码、信道等各种丰富的信号器件库

支持各个器件的调试与封装；

2.1.3.8要求必须提供与硬件实验箱结合的接口

满足模拟硬件的线路仿真、搭建与调试；

2.1.3.9实验内容要包含基础实验、增强实验和综合实验等内容。

（a）其中基础实验要包括、通信系统中的信号、通信系统的通信方式；数字基带信号的常用码型、无码间串扰的基带传输特性、眼图；抽样定理、模拟信号的量化、编码调制技术；幅度调制、角度调制；二进制调制系统、多进制调制系统、现代数字调制系统差错控制编码、分组码、卷积码、其它信道编码技术；信道、干扰和噪声等实验。

（b）增强实验要包括载波同步、位同步、帧同步；多址技术；直接序列扩频、调频扩频；OFDM技术；GSM系统时分多址帧结构等实验。

（c）综合实验要包括语音压缩编码、GSM系统数据传输、CDMA系统数据传输、TD-SCDMA系统数据传输等实验。

2.1.4物联网创新套件实验箱：

10箱

2.1.4.1硬件参数

1）设备单个节点需同时包含GPIO传感器接口、ADC传感器接口、RS232/485传感器数字接口、I2C传感器接口、4~20mA传感器接口，电阻传感器接口，频率传感器接口以及液晶屏接口等多种接口

2）节点搭载STM32F103VET6或STM32F103VGT6，运行主频72MHz，支持可变静态存储控制，至少512Kbytes程序存储器，64KbytesRAM，16bit数据总线。

接口资源如下：

无线模块插槽（支持CC2530、WiFi、BT模块），传感器模块扩展板接插件，JTAG10pin弯脚接口，TFT屏插槽，JoyStick、Reset，16位拨码开关，RS485接口、I2C接口、SPI接口、CAN接口，底板M3JTAG烧录口，IO口×8，TTL串口，RS232串口×2，DB9座，LED：

4个GPIO控制可编程LED，蜂鸣器：

1路PWM控制蜂鸣器输出

3）节点自带液晶屏，双路输入输出插槽，可支持ZIGBEE。

即可作为终端节点，亦可作为网关使用，同时可任意扩展真实的工业级传感器，可直接读取接入的传感器所采集的数据，1.7寸TFT（分辨率240×180），供电至少支持以下三种：

太阳能供电、USB供电、移动电源供电

4）节点功能上可同时支持至少四种通讯方案，单个节点至少可同时支持外接扩展6种传感器以及执行器件。

节点还可同时接入真实外购传感器或执行器件。

节点按键需支持摇杆功能，方便搭建实训工程系统

5）综合网关，三星Exynos4412，基于QuadCortex-A9，四核芯，运行主频高达1.5GHz；、内部集成Mali-400MP高性能图形引擎，支持3D图形流畅运行，并可播放1080P大尺寸高清视频、1GBDDR3RAM@400Mhz内存，至少4GBeMMCFLASH；7寸多点电容触摸，LED背光可调，分辨率1280X800，RS232/RS485接口，SD卡接口，USB接口，RJ45网口，PCI-E接口,HDMI接口

2.1.4.2软件参数：

1）提供基于无线传感器网络可视化软件，图表动态显示传感网采集数据、历史数据查询、数据自动校准警报、实时反映网络拓扑结构。

2）支持经典的无线传感器网络路由协议，具有路由协议开发接口，实现自定义路由协议。

同时支持经典的无线传感器网络查询算法，如FullFlood，SWinFlood、IWQE，SWIF等。

具有查询算法开发框架和接口，实现自定义查询算法；支持经典的定位、时间同步、安全协议，如三角定位算法、到达时间差定位算法、密钥共享、逐跳数据加密、安全聚集等。

具有定位、时间同步和安全协议开发接口，实现第三方协议。

主要功能模块包括：

（1）WSN网络模型配置生成

（2）网络模型信息数据库维护

（3）WSN算法数据库     （4）WSN算法运行演示

（5）前端节点状态监控   （6）WSN算法运行实例导出与导入等等。

3）提供传感网动态路由组网、静态路由组网分析软件及静动态路由组网相关源代码。

提供WSN协议分析框架：

提供M2M服务端软件，接收M2M终端数据，可按照中国移动WMMP协议与客户端进行交互，并要求提供基于M2M网络融和的实训。

4）附件及配套资源：

（1）提供完整的配套开发工具及相关软件。

（2）提供完整的系统源码、配套实验指导及相应实验文档。

（3）提供良好的技术支持。

2.1.4.3实训DEMO：

以下三种实训demo均需采用实验箱内设备为主要部件搭建。

1）节点JoyStick功能控制WSN智能小车

（1）配套详细开发资料，开放全部源代码，包括上位机、下位机

（2）功能：

自主避障行驶；智能循迹行驶；无线远程控制行驶；数据回传反馈

（3）控制方式：

手机需通过Zigbee直连的方式控制小车动作，并提供相关应用界面及实验；通过平台通讯模组的JoyStick五向功能按键操作智能小车，包括小车的启停、行驶、转向等功能

2）物联网环境监测系统

（1）配套详细的开发资料，开放全部源代码，包括上位机、下位机

（2）功能：

实时监测环境的光照、温湿度、噪声、大气压和烟雾信息，超出预警可实现自动报警、历史信息保存和查询、环境信息智能分析等功能。

3）物联网智能家居系统

（1）配套详细的开发资料，开放全部源代码，包括上位机、下位机

（2）功能：

室内灯光智能控制、安防及监控、电气控制及室内环境监测等功能。

2.1.4.4配套芯云平台

1）移动互联网云IAAS平台可以分为公有云和私有云，公有云可以部署在阿里云之上，使用阿里云RDS作为后端关系数据库存储系统，同时使用MongoDB服务器集群作为大数据存储，学生老师申请账号后即可使用；私有云可以为客户提供本地化部署，客户具有完全的控制权限。

2）系统同时支持基于TCP的MQTT技术和基于UDP的IOTP技术，数据丢失率小于0.1%，可提供完整技术协议文档；每个账号可以创建N个应用，每个应用可以创建N个网关，每个网关可以携带N个节点，每个节点可以携带N个传感器和N个执行器。

每个应用可以提供100万条免费云存储，均采用冗余备份以及日志机制。

（N>500）

3）数据实时上传间隔N秒（最小可以达到50ms级别），所用用户信息都进行加密，保障隐私。

4）采用多种分布式缓存技术（Redis、Nginx、Memcache），满足资源高并发获取需求；后端平台采用ActiveMQ总线技术，完全实现模块化；前端采用HTML5WebSocket技术，实现可