职业高级中学物联网示范性实验中心建设方案.docx

Xx职业高中物联网示范性实验中心建设方案 目 录一、概述41.1 建设背景41.2 需求分析41.3 建设目标41.4 建设内容及特色5二、物联网实验室设计方案82.1 物联网综合应用创新实训室82.1.1物联网实训系统82.1.2物联网信息平台122.1.3实验内容162.2物联网智慧城市展示厅182.2.1智能交通沙盘182.2.2智能农业沙盘242.2.3智能家居沙盘262.2.4智能旅游沙盘282.2.5实验内容282.3物联网智能家居体验实验室292.3.1 方案介绍302.3.1.1方案背景302.3.1.2方案设计思路302.3.1.3 方案创新点302.3.2系统介绍312.3.2.1 整体介绍312.3.2.2 智能家居体验中心布局图312.3.2.3 智能家居体验中心功能模块312.3.3实验内容352.4智慧城市协同创新中心372.4.1智慧城市展示平台372.4.1.1 信息展示平台372.4.1.2 物联网智能环境监测系统382.4.1.3 智慧城市控制中心392.4.2职业技能培训认证中心392.5智慧实验室392.5.1方案简介392.5.2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。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）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，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；智能无线插座配置；Zigbee无线网络树形网组网配置实验；物联网综合应用创新实训系统管理软件设备添加与配置实验；物联网综合应用创新实训系统管理软件设备对码与控制实验；物联网综合应用创新实训系统管理软件传感器设备数据采集与显示控制实验；物联网实训系统实验内容(综合应用设计篇)实验列表智能安防；智能楼宇；智能环境监测；智能RFID考勤系统；智慧农业；智能工业控制；智慧教室；（2） 物联网信息平台序号名称相关课程1支持实验实验1、有线局域网组网实验实验2、无线局域网组网实验实验3、有线和无线局域网混合组网实验实验4、物联网信息平台组装实验实验5、物联网信息平台测试实验实验6、无线信号分布实验实验7、物联网信息平台的管理与配置实验实验8、WiFi设备服务器的管理与配置实验实验9、网络层传输实验实验10、网络层应用层接口实验17 2.2物联网智慧城市展示厅物联网智慧城市展示厅配备智能交通沙盘、智能农业沙盘、智能家居沙盘、智能旅游沙盘，把物联网涉及到的移动互联网和移动嵌入式等相关知识进行系统性的学习。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。2.2.1智能交通沙盘（1）智能交通实训系统介绍智能交通沙盘采用校园实景交通沙盘，引入物联网信息平台，配置自动小车、交通设施、智能公交、道路设施、车辆监控设施、停车场设施、ETC设施等设备，台面上布置有多重形状的车道、路灯、车位、ETC、交通闸栏、红绿灯等结构，其内部自带控制系统和无线通信网络系统等构成。将智能交通沙盘建成融合物联网最新技术、并体现真实交通系统的智能化系统。同时，从整体上考虑，将智能交通沙盘接入物联网信息平台，达到物联网实训室实验教学与智能交通应用系统实验教学的连续性、完整性，开展丰富的基础性实验和综合性实验。智能交通沙盘与物联网实训室的信息汇聚于统一的物联网信息平台数据服务器，真正体现设备联网、数据网络化、控制智能化。设备联网拓扑图如下图所示： 设备联网拓扑图智能交通沙盘的每一个功能单元或小系统、以及物联网实训室实验台通过有线/无线方式接入统一的物联网信息平台。下面分别介绍智能交通实训平台。（2）智能小车系统智能小车是整个智能交通系统中非常重要的部分，只有小车移动才能完成各种智能交通的应用和功能。智能小车采用模块化设计，便于装配、设备扩展和功能扩展。1）主要功能：自动车具有根据预先规划的路径、寻线运行的能力，即能够在智能交通沙盘上，按照道路规划线，自动运行。遥控车现场遥控：通过遥控器，现场遥控小车运行。网络遥控：通过网络设备（笔记本电脑、智能手机）本地/远程网络遥控小车在智能交通沙盘上运行。其控制方式可以采用直接控制智能小车，也可以采用通过实验室的服务器控制小车。不同的控制方式，覆盖不同的技术，可以展开多种技术的教学与实践。2）主要设备四驱电动车模型、减速电机及驱动模块、控制主板、传感器扩展板、云台、舵机、超声波传感器、寻线模块、红外接收传感器、红外遥控器、无线微型摄像头、WiFi设备服务器模块、车载RFID卡等。3）支持的课程实验智能小车系统可支持的实验：LED灯控制实验；数码管显示实验；按键控制实验；自动车组装实验；步进电机驱动实验；步进电机控制实验；自动车舵机控制实验；自动车寻线自动行驶实验；自动车自动避障实验；自动车遥控实验；超声波测距实验；无线通信与控制实验；传感器与接口实验；远程网络无线遥控实验。（3）智能交通系统1）功能介绍智能交通系统包括交通路口控制、车辆速度测量等单元，实现十字路口红绿灯控制、道路的监控、车速测量等功能；并通过LCD显示屏，显示交通系统电子地图（GIS）、道路交通状况、环境参数、车辆跟踪、交通规划等，提供远程网络访问、及交通指引。 系统功能如下：u 交通路口控制：十字路口双向交通控制，其控制器接入物联网信息平台，实现交通灯的自动运行、本地/远程网络控制以及参数的网络配置等。u 车辆速度测量：通过雷达测速模块和光电模块，测量指定位置的车辆速度，及指定路段的区间车速。u 违章记录：通过地感线圈、地磁模块以及测速装置，感知车辆经过道路路口、测速点、测速区间的违章情况，自动记录违章车辆的违章信息。u 智能交通系统： LCD显示屏显示模拟系统电子地图，并将道路交通信息、环境感知数据、车辆位置信息实施显示在LCD显示屏上。实现道路交通状况的显示与网络发布、特定车辆的位置跟踪和交通引导，并支持智能终端的本地/远程网络访问和信息发布。u 站台公交线路到站播报、电子站牌提示：沙盘至少具备两个公交站台，供小车停靠，电子站台语音播报公交线路到站信息，实时显示各线路即将到站车辆及距离信息，方便市民及时了解乘车情况。2）主要设备道路交通管理系统保护的设备有：红、黄、绿灯及控制器；车辆检测装置（地感线圈及车辆检测器、光电装置、地磁传感器）；无线摄像头；雷达测速模块（测量即时速度）；光电测速装置（区间测速）等。3）支持的课程实验道路交通管理系统支持的课程实验：智能交通系统概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、无线网络技术、综合布线工程设计与施工；城市交通调度与导航系统集成、城市交通监控与诱导设备操作实务、城市交通监控与诱导系统集成、交通调度与导航项目规划实施实训、城市智能交通系统项目综合实训。（4）路灯自动控制系统1）功能介绍路灯自动控制系统完成对城市路灯的自动管控。实现的方式可以采用直流低电压（如9V）小灯泡模型模拟，控制器接入物联网信息平台，通过本地/远程网络控制路灯；配合光照传感器，实现智能控制。路灯位置和状态显示在智能交通系统显示屏上，并能通过智能终端控制路灯亮/灭。2）主要设备直流低电压小灯泡、控制器、光照传感器。3）支持的课程实验网络与通信技术、传感器应用与检测技术、无线网络技术、综合布线工程设计与施工（5）行车路线控制系统1）功能介绍小车自动运行采用飞思卡尔电子设计大赛电磁循迹方式运行。采用RFID技术对小车进行定位跟踪，在GIS地图中实时显示。2）主要设备道路线圈、电流控制器、路径控制开关、行车路线控制器。（6）公共汽车站系统1）系统介绍公交车辆沿公交专用车道和交通规则行驶，站台电子屏显示公交车辆信息和下一趟公交到本站的距离或相隔站数，距离精确到0.1米。同时，公交车辆到站自动停靠站台，并语音播报到站信息。2）主要设备车站电子标识、车站信息显示屏、车站控制器。3）支持的实验智能公交系统实验、公交车站显示实验。 (7) ETC系统1）功能介绍ETC系统模拟高速公路不停车收费系统。系统包括：RFID装置、车辆检测装置、自动道闸控制装置、车道拍摄装置、信息显示装置等。RFID装置：包括RFID读卡器、车载RFID卡。由于实验室空间有限，RFID卡识读距离控制在80厘米以内；RFID卡可以选择超高频无源RFID卡。RFID读卡器接入物联网信息平台。车辆检测装置：检测车辆是否进出道闸，包括前车辆检测和后车辆检测。车辆检测传感器采用地感线圈或光电传感器。自动道闸控制装置：包括自动栏杆和控制器，控制道闸的通/关。控制器接入物联网信息平台，可以实现自动控制或远程网络控制。信息显示装置：显示车型、车牌、入口地点、里程、费用等信息。 ETC系统示意图2）主要设备RFID读卡器、电动道闸及控制器、数据显示器、车辆感知传感器。3）支持的课程实验智能交通系统概论、物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、无线网络技术、综合布线工程设计与施工(8) 智能停车系统 1)功能介绍智能停车系统模拟区域停车信息系统及停车场管理系统。区域停车信息系统包括区域停车场信息实时发布、停车场位置导航等。停车场管理系统包括停车场车位信息显示、停车导引、取车导引、RFID读卡器、电动道闸及控制器、视频监控、车辆感知传感器、车位传感器、停车场收费系统等。 u 区域停车信息系统通过电子地图实时显示区域停车场信息，包括位置、车位信息、收费标准等，并提供位置导航指引，引导车辆到达指定停车场。u 停车场管理系统功能包括：停车场车位信息显示、停车指引、车辆进出管理、停车收费系统等。RFID读卡器：读取车载停车卡，并与数据库比对，自动控制电动道闸动作。RFID读卡器接入物联网信息平台。电动道闸及控制器：控制道闸的开启/关闭，控制器接入物联网信息平台。车辆感知传感器：包括车辆进/出道闸的感知传感器，采用地感线圈或光电传感器。车位传感器：通过地感线圈或地磁传感器及信号变送器，感知车位状态，并将状态信息上传数据服务器。停车场收费信息显示：显示车牌、进场时间、停车时间、停车费等信息。2）主要设备LCD显示屏（与智能交通共用、显示区域停车场位置及车位信息）、停车场信息显示器、RFID读卡器、电动道闸及控制器、车辆感知传感器（道闸前、后）、车位传感器、停车场收费信息显示器等。3）支持的课程实验物联网概论、RFID技术及应用、单片机与接口技术、网络与通信技术、传感器应用与检测技术、数据库设计及应用、嵌入式编程、无线网络技术、综合布线工程设计与施工、城市停车管理系统集成2.2.2智能农业沙盘智慧农业实训系统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。（1）智慧农业实训系统介绍：整个机构分为三个部分：上层为有机玻璃的顶盖部分；中层为苗床工作部分；下层为系统配电、配水部分。三者可实现拆卸工作。通过PAC控制系统处理中心，结合标准的工业组态软件，实时对植物生长的各个参数进行采集，并以可视化形式显示。同时根据不同植物将需要的数据分时段，分内容记录在数据库中。以便研究人员对数据进行分析研究。该系统设置学习、专家模式，使用者根据不同植物，在不同环境下采集到环境参数做比对，最终经过处理，得出最适宜的环境参数，形成报告形式。智能温室详细结构参数：1、苗床1个，用于存放植物。架层顶部安装LED补光灯1排用于补光。设光照强度采集点2个（1个用于采集自然光强度，另外一个用于采集补光后的光照强度）。2、温室顶部铺设二氧化碳排放管路，配置二氧化碳采集点，二氧化碳发生器1个，二氧化碳浓度的进口位置由独立阀门控制。循环风机1台（用于加强内部空气流通），温室靠窗子一侧装强制排风扇一个，另外一侧开通风口1个（要求强制排风口和通风口可自动打开）。3、温室底部铺设水槽1条（水槽宽度约50cm），用于增加空气湿度，水槽给水时间可控。配置湿度采集点，湿度采用超声波加湿（硬件冗余，交替工作）湿度的进口位置由独立阀门控制。4、采用湿帘降温（配套湿帘专用风机），当环境温度高于设定值时引风机开启，将湿帘的冷风引入温室内起到降温的作用。湿帘的外部设有密封罩，在冬季可以起到隔绝保温的作用。5、采用电暖风机增温。其原理是通过电阻丝发热再将暖风通过风机送出。6、设雨水采集装置，温室内设储水箱，水箱上设雨水进口一个，自来水进口1个（可控），出水口一个（带水泵，可以将水箱内水供温室湿帘和增湿水槽用）。水箱底部设排污口一个。内设水位传感器2个（高位和低位）。温室外顶部（人字形）加喷头1个（用于模拟人工降雨），传感器一个（检测降雨）。收集雨水管路进水箱设可控阀1个。7、设太阳能供电系统，为部分系统供电，实现低碳环保。每个温室都是独立的硬件机构，既可以单独工作，也可以实现两台或多台联动操作。在本方案中提供两种主要的连接方式，如下图所示:l采用GE公司推出的致力于过程控制的控制系统Proficy Process Systems（以下简称PPS）。用户能够提高质量、灵活性、生产力，延长正常运行时间。让师生深刻了解到过程控制在现代农业行业中的应用。l采用GE公司推出的多总线控制系统网络，即Profibus DP，Genius，Device Net，Ethernet等四种控制网络并结合 iFix 组态软件。通过对总线的应用，加深了对总线通讯技术在现代农业的应用。2.2.3智能家居沙盘系统主要目标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。物联网智能家居展示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。（1）灯光控制单元简介智能灯光控制系统结合物联网信息平台组建的无线WiFi网络、中控智能主机、灯光控制器等设备，实现智能家居的灯光的智能化管理，中控智能主机通过有线网络与我们的物联网信息平台进行连接，在远端访问物联网信息平台控制系统操作界面发送指令，从而使中控智能主机控制灯光的开和关。（2）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。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控制。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。安防系统功能 基于WiFi无线网络的远程监控报警功能；报警系统图示（5）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。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。智能家居中控主机通过433MHz无线网络与各个智能终端相连，运行在数据中心上的管理软件向中控主机发送命令可统一管理各传感器与窗帘电机、家用电器、RFID、灯光系统等设备。通过WiFi设备服务器参数设置与设备关联，把传感器与电器联系起来，使之成为一个整体，互相影响，互相协作运行，实现对家居电器的自动化管理、安防自动化等功能。软件提供远程服务，用户通过软件可实施远程控制家电，并实现远程监控。智能家居体验中心显示系统与物联网信息平台中的有线交换机连接，将服务器中的数据显示在显示器上。2.2.4智能旅游沙盘2.2.5实验内容（1）物联网智能交通沙盘实验内容序号名称相关课程1物联网智能交通沙盘实验1、智能车组装实验实验2、智能车驱动实验实验3、智能车寻迹自动运行实验实验4、智能车无线遥控实验实验5、智能车无线联网实验实验6、智能车远程网络遥控实验实验7、智能车自动壁障实验实验8、智能车车速测量实验实验9、智能车区间测速实验实验10、智能车车辆感知实验实验11、智能停车场车辆感知实验实验12、智能停车场车位状态感知实验实验13、智能停车场停车收费系统实验实验14、智能停车场门闸自动控制实验实验15、ETC系统车辆远距离感知实验实验16、ETC系统收费系统实验实验17、ETC系统道闸控制系统实验实验18、ETC系统综合实验实验19、路灯自动控制实验实验（2）智能农业沙盘实验内容序号名称相关课程1物联网智能农业沙盘实验1、机械结构训练（1）完成有机玻璃装配（2）完成不锈钢部分拆卸装配实验2、传感器技术及应用（1）传感器的特性（2）传感器的应用实验3、给排水的技术与应用实验4、农业喷淋、灌溉技术与应用实验5、太阳能技术与应用实验6、植物生产阶段培养与研究（3）智能家居沙盘实验内容序号名称相关课程1支持实验实验1：CC2530基础 I/O控制实验实验2：设备的测试与调试实验实验3：智能家居系统综合实验实验4、物联网智能灯光控制系统应用实验实验5、物联网智能灯光控制系统开发实训实验6、物联网智能窗帘控制系统应用实验实验7、物联网智能窗帘控制系统开发实训实验8、物联网智能报警控制系统应用实验实验9、物联网智能报警控制系统开发实训实验10、物联网智能电器控制系统开发实训实验11、物联网综合应用开发实训（4） 智能旅游沙盘实验内容2.3物联网智能家居体验实验室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。2.3.1 方案介绍2.3.1.1方案背景随着现代信息技术的不断发展，现在的中国正迎来一个数字城市、数字社区建设与发展的热潮，3G技术和物联网应用对智能家居的发展也起到很重要的推动作用，智能家居的日渐兴起影响到人们生活的方方面面，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，促使家庭实现了生活现代化，给人们的家居生活带来了全新的感受，它必将成为一种发展趋势。2