物联网实验室可行性分析.docx

1、物联网实验室可行性分析物联网实验室可行性报告1背景物联网的英文名称为 The Internet of Things ” 。由该名称可见，物联网 就是“物物相连的互联网” 。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联 网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到 了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识 别(RFID)装置、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、 定位、跟踪、监控和管理的一种网络。根据 ITU 的描述，在物联网时代，通过在

2、各种各样的日常用品上嵌入一种短距 离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间 任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。2009年1月2 8日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次 “圆 桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IEM首席执行官彭明盛首次提出 “智慧地球” 这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在 2009IBM论坛上公布 了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IEM公司的 这一构想极有可能上升至美国的国

3、家战略， 并在世界范围内引起轰动。IEM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中， 具体地说， 就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大 坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国 政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模 建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。在策略发布会上， IBM 还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理 念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国 打造一

4、个成熟的智慧基础设施平台。钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等， 实际上都能够以更加“智慧”的方式解决。在全球经济形势低迷的同时，也孕育着 未来的发展机遇，中国不仅能够籍此机遇开创新乐观产业和新的市场，加速发展， 摆脱经济危机的影响。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起了 “互联网”浪潮之后的又一次科技革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔 15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律” 。 1965 年 前后发生的变革以大型机为标志， 1980年前后以个人计算机的普及为标志， 而 1995 年前后则发生

5、了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国 家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公 路”战略所催熟。 20世纪 90年代，美国克林顿政府计划用 20年时间,耗资 2000亿 -4000 亿美元, 建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许 多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否 掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮， 不仅为美国关注， 更为世界所关注。“物联网前景非常广阔， 它将极大地改变我们目前的生活方式。 ”南京航空航天

6、大学国家电工电子示范中心主任赵国安说。业内专家表示，物联网把我们的生活拟 人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进 行“交流”，而无需人的干预。物联网利用射频自动识别（RFID）技术，通过计 算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。可以说，物联网描 绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。据悉，物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为 RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。 EPOSS 在 Internet of Things in 2020 报告中分析预测，未来物联

7、网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域， 20102015年物体互联， 20152020 年物体进入半智能化， 2020 年之后物体进入全智能化。物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进 一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。物联网需要信息高速公路的建立，移动互联网的高速发展以及固话宽带的普及是物联网海量信息传输交互的基础。依靠网络技术，物联网将生产要素和供应链进 行深度重组，成为信息化带动工业化的现实载体。据业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的

8、产值，它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点有业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面 可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，加拿大、英国、德国、芬兰、意大利、 日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网。同时，有专家认为，物联网架构 建立需要明确产业链的利益关系， 建立新的商业模式， 而在新的产业链推动矩阵中， 核心则是明确电信运营商的龙头地位。物联网的发展，也是以移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果，带 动的不仅仅是技术进步，而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的 变革，塑造了知识社会的流体特性，推动面向知识社会的下一代创新（创新 2.0 ）形

9、态的形成 3? 。移动及无线技术、物联网的发展，使得创新更加关注用户体验， 用户体验成为下一代创新的核心。开放创新、共同创新、大众创新、用户创新成为 知识社会环境下的创新新特征，技术更加展现其以人为本的一面，以人为本的创新 随着物联网技术的发展成为现实。物联网已成为 2010年最热门的话题之一， 被认为是继计算机、 互联网之后的第 三次信息时代大革命。物联网在政府、企业和群众的热情期盼中，终于敲定于 2011年开始招收新生。 2010 年 3 月底，教育部提倡各个高校申请开始物联网专业， 有 500多所高校第一时间提出申请，经过教育部相关部门的严格审核， 30所高校第一批获准开设物联网工程专业

10、。物联网专业目标是以信息学科为平台，以计算机技术、网 络通信技术、电子技术、控制技术为基础，依托学校优势学科和大型工程生产与物 联网等实习基地，面向系统，统筹兼顾，培养具有创新能力的复合型物联网技术人毋庸置疑， 物联网的探索已经成为国策。 中国由互联网向物联网发展的过程中， 最重要最基本的一个因素就是人才的培养，所以国家已经认识到物联网人才的培养是目前非常重要的任务。无论从业界，还是从高校，物联网技术的课程设计和实验 室建设都是一个摸索的过程中。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。由于专业的发展，高 校对物

11、联网实验设备的需求也日趋高涨，随着物联网产业化的慢慢实施，高校对物 联网实验设备的需求也在提高，另外嵌入式的高速发展，也将继续推动物联网产业 的发展，把物联网技术置入嵌入式中，是今后发展的一个重点。2建设物联网实验室的意义和必要性首先，高校实验室是高等学校的一个重要组成部分，它的质量高低直接影响着 教学质量与科研质量，实验室水平是反映一个学校教学水平、科学技术水平和管理 水平的重要标志之一。 时代在发展，科技在进步，新时代的科学研究就要具备高新 技术实验室。这就要求我们高校的实验室建设要有超前意识。高校要想担当起新形 势下物联网人才的培养，建设一个设施齐全、技术先进、质量可靠的物联网实验室 迫

12、在眉睫。其次，凌阳物联网实验室让学生深层次的接触物联网，学习物联网，研究物联 网，让学生将理论与实践相结合，提高学生的创新能力，并且给予学生创新项目上 技术和资料的支持。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。最后，物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来， 它不仅需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，

13、需要多种力量的整合。这就 需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法 规，保证行业的正常发展。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大 节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中 国等都在投入巨资深入研究探索物联网。 我国也正在高度关注、 重视物联网的研究， 工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持 新一代信息技术发展的政策措施。此外，在“物联网”普及以后，用于动物、植物 和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。 物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，

14、为产业开拓了又一个潜力无 穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子 标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。而物联网实 验室的建设就是一个开始，为整个社会人才的培养，从而为整个社会的发展与繁荣 建立良好的人才储备。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 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。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

15、目前高等教育的核心目标。 2010年最新的教育部已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，幵始鼓励各高校申报相 关专业。由于专业的发展，高校对物联网实验设备的需求也日趋高涨， 2010年7月20日，教育部向社会公布了 2011年全国各高校140个本科新专业详细名单，其中“物联网工程”专业占据30个高居榜首。随着物联网产业化的慢慢实施， 高校对物联网实验设备的需求也在提高，另外嵌入式的高速发展，也将继续 推动物联网产业的发展，把物联网技术置入嵌入式中，是今后发展的一个重 点。3实验室介绍一、物联网教学幵发设计平台SP-WSNCE15是一款通过传感器、射频识别技术及多种传感器的物联网教学

16、幵发 设计平台。1箱具备9大节点，配备多种传感器模块，可灵活应用于二次幵发，采 用标准化设计，教学科研兼用，应用范围广泛。节点模块：温湿度传感器模块；光照传感器模块；火焰传感器、烟雾传感器、热 释电传感器、灰尘传感器、雨滴传感器、三轴加速度、三轴电子罗盘、红外测距、 语音识别节点；执行节点：语音播放、步进电机控制。适用范围：物联网工程专业、通信、嵌入式、电子信息、计算机、自动化、机电一体化等专业的教学及科研中使用软件配套部分设计1）基于CC2430基础硬件实验建立IAR环境实验？LED闪烁控制实验？定时器中断 外部中断 ？A/D 实验单片机串口发数在PC用串口控制LED在PC用串口收发数据RT

17、C数据显示到PC串口实验系统睡眠 / 唤醒实验看门狗使用实验定时器 T1/T2/T3/T4 定时实验 PW碉制实验2)基于CC2430并配备传感器的传感器实验温湿度传感器实验气体传感器实验烟雾传感器实验热释红外传感器实验光敏传感器实验实验火焰传感器实验实验语音传感器实验实验3)Zigbee 2006 协议栈基础实验Zigbee 2006 协议栈下任务建立实验Zigbee 2006 协议栈下温湿度驱动实验Zigbee 2006 协议栈下气体传感器驱动实验Zigbee 2006 协议栈下烟雾传感器驱动实验Zigbee 2006 协议栈下热释电红外传感器驱动实验 Zigbee 2006 协议栈下光敏

18、传感器传感器驱动实验 Zigbee 2006 协议栈下火焰传感器驱动实验 Zigbee 2006协议栈下语音传感器驱动实验4） 基于CC2430的无线网络实验：Z-Stack 点对点通讯Z-Stack 星状通讯 ?Z-Stack 树状通讯 ?Z-Stack 广播通讯实验ZigBee2006 组网实验 ?5） 基于CC2430的无线传感器网络实验传感器网络综合实验 ?（带嵌入式网关图形界面）6） 嵌入式网关软件linux2.6 的操作系统软件1.Bootloader vivi （支持 USB烧写）2.Kernel linux 2.6.293.Rootfs Busybox-1.15.14.支持 Y

19、affs/Cramfs 根文件系统的烧写5.支持 Nand/Nor flash 两种启动方式基于QT4的嵌入式图形界面幵发软件二、智能家居实训台1智能家居实训台概述智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境， 实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、 网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备 集成。2智能家居实训台子系统智能家居实训台包含的主要子系统有：智能家居（中央）控制管理系统、家居 照明控制系统、家庭安防系统、家庭环境控制系统。（中央）控制管理系统对各个子系统传来的信息进行处理，并发出相应指令。家

20、居照明控制系统控制家庭所有照明灯系统，根据传感器探测人的存在，从而控制灯的开与关。家庭安防系统家庭安防系统包括如下几个方面的内容：门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、 燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。家庭环境控制系统控制窗帘、喷雾器等，确保室内的温度与湿度，控制室内环境永远保持在最舒 适的状态下。3提供的实验项目该实训台提供 66 个体验式实验项目， 38 个课程实习项目， 12 个创新方案， 6 个探索方案。三、 智能温室控制实训系统1 智能温室控制实训系统概述智能温室控制实训系统采用当前热门的物联网技术、嵌入式技术和传感器技术 相结合的方法，精心挑选各种传感器（温度传感器、湿

21、度传感器、光照度传感器、 人体红外感应传感器） ，不仅能对温室大棚生产过程中的参数在线高精度测量， 而且 能实现温室内温度调节、湿度调节等智能控制或报警提示，自动实现保温、保湿和 历史数据的记录。智能温室控制实训系统还具有远程访问与控制功能。 用户使用PC机不仅可以远程访问温室内的相关数据，实时观察植物的长势，还可以远程控制温室内部的执行 器件（风扇、加湿器、加热器）来改变温室内部环境；使用手机同样可以远程访问 温室内部环境的各项数据指标，远程控制温室内部的执行器件。智能温室控制实训系统是学生学习高新技术，提高动手能力的最佳实训平台。 它以温室大棚这个现实模型为依托，囊括了物联网技术、嵌入式技

22、术、传感器技术、网络技术、单片机技术以及自动控制理论。智能温室控制实训系统把这些高新技术 以最通俗易懂的方式呈现给各位老师和学生。在学习之初，学生可以应用这套系统 做一些简单的实验（单片机实验、传感器实验、自动控制实验等） ，而后逐渐增加难度全面掌握这些高新技术。当然，老师可以应用这套系统建立实验室或做教学研究。2物联网智能温室控制系统工作原理物联网智能温室控制系统由 无线传感器网络、网关和主控中心组成。如图 1.1 所示。联网智能温室控制实训系统原理图2.1无线传感器网络无限传感器网络由协调器、路由器、四个数据采集节点和一个控制节点组成。如图1.2所示。图1.2 无线传感器树形网络协调器组建

23、整个传感器网络，建立数据传输通道。四个数据采集节点负责采集温室内部环境的各项数据指标（温度、湿度、光照度和安防信息）并将采集到的数 据经路由器传输到协调器。协调器与 ARM嵌入式系统进行串口通讯传递温室内部环境各项数据指标（温度、湿度、光照度、安防信息） 。路由则保障每一个数据采集节点都有一条有效的数据传输路径，确保数据稳定传输。控制节点负责执行 ARM嵌入式系统发送的命令，控制执行器件（风扇、加湿器、加热器）来调节环境温湿度。2.2网关网关由ARM嵌入式系统及其外扩器件（无线网卡、无线路由器、 GPRS模块、摄像头）组成。如图1.3所示。网关原理图网关架起了无线传感器网络与 局域网和GPRS

24、网络之间的数据通讯渠道，将物联 网连入了互联网。所以，用户使用PC机或手机可以 远程访问无线传感器网络所采集 的一切数据，可以设置系统的平衡参数（温度和湿度） ，可以向无线传感器网络中的 控制节点发送控制命令，进而 远程控制 执行器件来调节温室内部环境。网关也是整个系统的主控中心。 它通过标准串口与 ZigBee 协调器连接， 收集无 线传感器网络上传的数据。这些数据经过处理后一方面提供给用户使用，另一方面 作为维护系统平衡与稳定的依据。ARM嵌入式系统是构成网关的核心部分。它负责协调其他设备正常有序的工作。 无线网卡与无线路由器为物联网能够接入互联网建立起稳定的数据通讯渠道。 GPRS模块则

25、是手机访问物联网的中转站。也就是说，手机与物联网之间的数据通讯是依 靠GPRS莫块实现的。摄像头负责向 ARM嵌入式系统实时传输温室内部画面。这样用 户可以在ARM嵌入式系统的 触屏液晶显示器 上或任何与局域网相连的 PC机上看到温 室内部的实时画面。3物联网智能温室控制系统功能详述物联网智能温室控制系统采用当前比较热门的无线传感器网络技术、 ARM嵌入式技术和传感器技术相结合的方式，精准采集温室内部环境的各项指标，驱动相应 执行器件（风扇、加湿器、加热器）平稳控制温室内部环境的变化。实现了如下功温湿度监测功能温湿度采集节点配有温湿度传感器 SHT10实时监测温室内部空气的温度和湿度。测湿精度

26、可达土 4.5%RH测温精度可达土 0.5 C （在25C）。光照度监测功能光照度采集节点采用光敏电阻来实现对温室内部光照情况的检测，其实时性强， 应用电路简单，便于学生实验。安防监测功能当温室周边有人出现时 ，安防信息采集节点便向主控中心发送信号 ，同时光报警。 安防信息采集节点采用的传感器为人体红外感应模块，它检测的最远距离为 7米，角度在 100o 左右。视频监测功能 这项功能由网关中的摄像头来完成。摄像头实时捕获温室内部的画面，而后通过USB接口将画面数据传输给网关处理。 我们既可以在触屏液晶显示器上看到温室 内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问的方式来观看温室内部的实时画面。控制

27、风扇促进植物光合作用功能植物光合作用需要光照和二氧化碳。 当光照度达到系统设定值时， 系统会自动开 启风扇加强通风，为植物提供充足的二氧化碳。控制加湿器给空气加湿功能如果温室内空气湿度小于设定值， 系统会启动加湿器， 达到设定值后便停止加湿。控制加热器给环境升温功能当温室内温度低于设定值时， 系统便启动加热器来升温， 直到温度达到设定值为 止。局域网远程访问与控制功能物联网通过网关加入局域网。这样用户便可以使用 PC机访问物联网数据，通过操作界面远程控制温室内的执行器件，维护系统稳定。 GPR删络访问功能物联网通过网关接入 GPRS网络。用户便可以手机来访问物联网数据，了解温室 内部环境的各项

28、数据指标（温度、湿度、光照度和安防信息） 。控制参数设定及浏览对所要实现自动控制的参数（温度、湿度）进行设置，以满足自动控制的要求。 用户既可以直接操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置， 又可以通过 PC机或手机远程访的方式完成参数的设置。显示实时数据可显示温室内部各项指标的实时数据，便于观察系统某时间段内整体的检测状况。显示历史数据可显示出温室内各测量参数的日、月、年参数变化，根据该曲线可合理的设置参数，可分析环境的变化对植物生长的影响。四、 智能小区停车管理系统1智能小区停车管理系统概述该系统以凌阳智能车为控制对象，集合了 RFID技术、传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、

29、无线通讯技术、网络安全技术等多种先进技术，在该系统基础 上，可以改造出煤矿地下智能监测、智能堆场通信及定位系统、物流运输实时监控 系统等等， 给学生充分的拓展空间，满足物联网相关专业的综合训练和竞赛需求。系统框图主要由入口控制、出口控制以及 ARM空制中心三部分组成，其中入口 和出口控制部分均是由凌阳 61 板完成的。2智能小区停车管理系统特色1 S3S2440与SPCE061A双核控制，应对自如；2可实现RFID、循迹、避障、语音控制、图像处理、形状识别、远程监控、无线通讯、 Wi-Fi 等多种功能；3多种传感器支持，更好的实现外围拓展；4结构化设计，硬件平台拆建组装、使其可以改造多种物联网

30、演示系统；5支持 Qt 图形界面开发；613.56MHZ 的 RFID 读卡系统，可读可写，并支持异形卡。实验室管理系统五、实验室管理系统实验教学是大学教学的重要组成部分，在人才培养中具有不可替代的作用。目 前许多高校已着手建立自己的实验室信息管理系统，这些实验室管理系统的建立， 为进一步提高我过高校实验室的现代化管理水平，起到了积极的推动作用。长期以 来，由于实验教学模式单一，实验室管理方式陈旧，同时我们也应该看到高校教学 实验室的管理工作十分复杂。以致在一定程度上影响了学生的主动性与积极性的发 挥，不利于创新人才的培养，同时也不利于充分利用实验教学资源。随着办公系统 化加强，凌阳大学计划考

31、虑高效的管理创新实验室各项工作。为推动学校实验室的 信息化建设， 对实验室进行信息化管理。 凌阳大学计划根据实际企业运营管理流程， 在运行多年的公司管理系统基础之上，精心调研，率先设计研发出一套适合创新实 验室管理系统， 本系统是从实验教学管理的实际管理需要出发 , 针对实验教学管理的 现状, 开发的一个综合 ,实用的信息管理系统。便于学校培养出更符合企业用人需求 的创新人才。本实验室系统将采用 B/S（ Browser/Server 结构）即浏览器和服务器结构，依 托校园网络，构建一个创新型实验室网上管理平台。 B/S 结构最大的优点就是可以 在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。突破空间和时间限制，只要有一台能上网的电脑就能使用。大学计划研发的创新实验室管理系统便是一个典型的基 于Web的数据库管理信息系统。该系统能实现创新实验室管理的全过程，如项目管理 （ 根据项目各个阶段所完成情况学员填写相关信息。指导老师可时事了解项目进 度情况，更好的安排项目进度。 ）、考勤管控（采用多种识别方式系统的管理创新实 验室人员的出勤记录） 、实验室监控（通过远程服务器时事监控实验室动态，实现创 新实验室的安全防控） 、实验室信息管理（包括实验室简介、制度、成果展示、新闻 动态等