新版物联网实验室建设方案和物联网实验教学

1、物联网试验室建设方案及物联网试验教学广州飞瑞敖电子科技有限企业第1页提 纲什么是物联网物联网专业主要课程物联网试验方案物联网课程试验教学物联网试验设备配置FRO物联网试验方案物联网试验举例第2页什么是物联网（1）定义1：由含有标识、虚拟个性物体/对象所组成网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧接口与用户、社会和环境上下文进行连接和通信。 5月，欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）Internet of Things in定义2：物联网是未来互联网整合部分，它是以标准、互通通讯协议为基础，含有自我配置能力全球性动态网络设施。在这个网络中，全部实质和虚拟物品都有特定编码和物理特征，经过智能

2、界面无缝链接，实现信息共享。 9月，欧盟第七框架RFID和互联网项目组汇报定义3：指经过信息传感设备，按照约定协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理一个网络。它是在互联网基础上延伸和扩展网络。 3月，我国政府工作汇报所附注释中物联网定义第3页邬贺铨院士： 物联网是互联网应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。什么是物联网（2）来自网站： 物联网是未来发展趋势，能够说假如三五年之后我们不懂物联网，可能就跟现在不会上互联网一样，属于半文盲状态第4页物联网专业主要课程（1）信号分布网络网络终端设备应用服务软件RFID射频识别器件

3、传感器件嵌入式设备WiFi设备网络管理软件网络服务软件行业应用软件DCM信号分布网络(公网)GPRS网络 (2G)CDMA网络 (3G)LTE网络 (4G)各种超3G网络信号分布网络(专网)有线以太局域网WiFi无线局域网第5页主要课程： 物联网技术导论、计算机科学导论、程序设计基础（C语言）、数字电子技术、模拟电子技术、电路分析、数值分析 无线传感器网络、数据结构与算法设计、面向对象程序设计、数据库原理与设计、计算机组成原理、汇编语言程序设计、操作系统、编译原理与设计、软件工程基础、计算机体系结构、计算机网络、微机接口技术、信号与系统、自动控制原理 微控制器接口技术、计算机图形学、人工智能基

4、础、嵌入式系统、多媒体技术、网络信息安全、软件体系结构、分布式计算原理与应用、Web软件技术、EDA技术物联网专业主要课程（2）关键技术：电子技术、计算机技术、通信技术第6页物联网试验方案（1）-试验箱方案特点： 主要表达传感层；缺乏表现网络层；应用层简单、难以表达复杂应用； 适合课程基础试验、验证试验、简单编程试验、教师工作量小； 教师参加度低、无法表现物联网整体架构及开展复杂综合试验；单价13万，试验室一次性投入大。第7页物联网试验方案（2）-试验箱方案 感知RF-2物联网试验箱全方面集成WinCE6.0/LINUX/ANDRO三大平台。经过简单更换关键模块，能够实现对ARM9/ARM11

5、/ TI Cortex-A8等三种主流处理器构架嵌入式教学； 配置全速WIFI/蓝牙系统，RFID，ZigBee摄像头，各种传感器等等；实现了将高端嵌入式教学和无线传感器网络，物联网完美结合。第8页物联网试验方案（3）-试验箱方案试验目标： 了解RFID基本概念；了解RFID系统设计技术；了解ISO/IEC协议；了解防撞系统；了解RFID应用设计；了解LF工作模式；了解传感器工作模式；了解无线传输功效组网设计；掌握嵌入式系统下对RFID模块、WSN模块编程控制；掌握嵌入式系统下对物联网应用系统项目开发设计技能。 第9页物联网试验方案（4）-体验式试验方案特点： 以模型、沙盘等形式构建物联网应用

6、场景； 有利于学生了解物联网架构、物联网应用系统、传感器使用和组网； 系统各节点及控制设备采取低压供电或电池供电，与实际有差异； 不适合技术细节教学及大班教学，学生参加度有限，适合于体验式教学。第10页物联网试验方案（5）-体验式试验方案物联网智能家居应用沙盘宣传语：物联网应用体验沙盘套件：巧妙地将各种传感器和无线SOC等，布设在精巧实景沙盘和模型上面，能够生动、形象、快速、准确展示物联网在多个领域应用，到达有效展示物联网技术与各行业相结合所带来辽阔应用前景第11页物联网试验方案（6）-体验式试验方案智能交通物联网宣传语：经过微缩模型实现轨道交通智能化建设和管理第12页物联网试验方案（7）-整

7、体式试验方案特点： 以物联网网络为关键，经过有线局域网络、无线局域网覆盖物联网试验室及其周围区域，将专业课程试验箱（套件）和综合应用试验箱统一接入网络，组成完整物联网工程平台； 全方面表达物联网三个层面（应用层、网络层、感知层）、开方、标准化物联网工程试验平台第13页物联网试验方案（8）-整体式试验方案第14页物联网试验方案（9）-网络层组网方式网络层主要组网方式：有线、无线（移动公网、WiFi、ZigBee？）基于移动互联网数据传送基于短信数据传送第15页物联网试验方案（10）-网络层组网方式基于WiFi物联网组网第16页物联网试验方案（11）-网络层组网方式比较移动通信运行商无线局域网Wi

8、Fi光载无线局域网覆盖范围覆盖范围大模拟光纤覆盖2005000米；远端射频单元无线覆盖50100米；满足试验室网络覆盖需要安 全 性属于公用网络，受运行商限制，安全性较低信号可测、可管、可控，中央集中管理，安全性高设备投入1、采取GPRS卡，设备投入费用较小2、自建基站，设备投入昂贵试验室铺设光纤和远端节点，早期成本较高，可支持通用WiFi设备接入运行费用长久依赖移动运行商和试验设备提供商，长久成本高内部局域网，无需支付费用，运行成本极低网络速度低高，802.11g:54Mbps、802.11b:11Mbps网络扩展扩展需要添加设备、不方便内部局域网、扩展方便试验灵活性不灵活灵活、支持通用Wi

9、Fi设备接入第17页物联网课程试验教学（1） 掌握物联网体系结构、网络布局、设备使用、设备安装、设备维护、（网络设备、终端设备）、单片机及接口设计、应用软件开发掌握主要技能：1、物联网系统整体架构： 三个层次：应用层、网络层、传感层 各个层次功效、包含技术以及相互之间关联关系2、传感层： 已知、未知数据采集（传感器、条形码、二维码、RFID射频识别）； 有线传感网（RS232、RS485设备联网）； 无线传感网（ZigBee、无线数传、无线射频识别、蓝牙） 传感设备（条码扫描仪、RFID读卡器、各类传感器、POS机等）； 嵌入式计算机技术：单片机设计、嵌入式开发、接口电路设计第18页物联网课程

10、试验教学（2）3、网络层： 有线网络（Internet有线网络） 无线网络（WiFi无线局域网、移动通信无线公共网络） 网络设备（有线路由器、有线交换机、WiFi无线接入点） 网络拓扑结构 网络设备安装 网络施工 网络管理、维护4、应用层： 系统软件（操作系统、数据库、服务器软件） 应用软件（网络浏览器、物流管理软件、工业控制软件） 软件操作、使用及维护 软件开发：应用软件设计、中间件设计、数据库应用 第19页物联网课程试验教学（3）-（网络层）网络拓扑结构、网络布局、设备使用维护第20页物联网课程试验教学（4）-（传感层：ZigBee）ZigBee：低速、短距离无线网络协议，底层由IEEE

11、802.15.4协议标准规范。特色：低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持各种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。 第21页物联网课程试验教学（5）-（传感层：RFID）RFID：一个无线通信技术，经过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，RFID技术应用广泛，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等 频率读取距离应用LF125khz10cm动物识别、防盗HF13.56Mhz1m交通卡、校园卡UHF900Mhz7m供给链、商品标签wave2.4Ghz10m交通收费第22页物联网课程试验教学（6）-（传感层：无线数传） 433MHz无线数传：抗干扰能力强、抗衰减性好、传输速率低、覆盖范围大、

12、网络结构简单；微网高通WiMi-net：基于最底层射频芯片实现一个自组网无线通讯系统第23页物联网课程试验教学（7）-（传感层：硬件电路）单片机技术：硬件电路、底层编程接口技术：数据接口、通信接口第24页物联网课程试验教学（8）-（应用层）应用层：信息处理、人机交互，提供各种特定服务。主要技术：软件技术、数据库技术、数据分析技术、智能控制第25页物联网课程试验教学（9）-（中间件1）中间件：位于平台（硬件和操作系统）和应用之间通用服务第26页物联网试验设备配置（1）-网络层试验设备有线网络设备：路由器、交换机无线网络设备：WiFi无线接入点、GPRS通信模块第27页物联网试验设备配置（2）-传

13、感层试验设备无线传感网（ZigBee）射频识别（RFID）无线数传（433MHz）传感层底层综合设计（MCU+传感器）第28页物联网试验设备配置（3）-嵌入式试验设备8/16位MCU： 数据采集、处理及数据上传，与传感器接口、与传感层网络接口，普通不嵌入操作系统重点：硬件电路设计、底层程序开发（汇编语言、C语言）、单片机接口32位单片机（ARM）：传感层数据网关、传感层终端设备，普通内置操作系统，结构复杂重点：硬件设计、固件设计、应用软件设计（Linux、Android）8/16位MCU32位MCU第29页物联网试验设备配置（4）-教师参加试验室建设方式：1、教师开发配套试验设备：难度较大、周

14、期较长、经费难以确保；2、教师参加试验设备供给商设备开发（如应用软件开发）：难度小、周期短、经费能够包含在设备采购预算中；好处：1、对教师有利：提升教师专业水平2、对学校有利：节约设备经费、防止设备采购盲目性3、对学生有利：老师水平提升，学生直接收益第30页应用层传感层资产管理环境监测工业信息化。网络层远端天线2005000米50100米WiFi传感器WiFi/RFID读卡器WiFi条形码扫描仪ZigBee/WiFi以光载无线交换机为关键以工程实践为背景全方面表达物联网三个层面开放、标准化物联网工 程试验平台FRO物联网试验方案（1）-物联网工程信息平台第31页FRO物联网试验方案（2）-物联

15、网试验室整体架构第32页FRO物联网试验方案（3）-传感层试验第33页分布天线试验有线、无线混合组网试验无线网络试验跨网段网络试验FRO物联网试验方案（4）-网络层试验第34页FRO物联网试验方案（5）-应用层试验第35页无线传感网+无线局域网络+有线局域网FRO物联网试验方案（6）-应用层试验第36页工业化+信息化FRO物联网试验方案（7）-应用层试验第37页FRO物联网试验方案（8）-试验扩展、设备接入第38页物联网试验举例（1）-试验方案介绍试验题目：移动温度监控试验要求：用智能手机显示室内温度整体试验框图：有线路由器、WiFi无线网络、温湿度传感器、WiFi设备服务器、智能手机（WiFi+浏览器）第39页物联网试验举例（2）-试验方案介绍1、B/S模式：设计服务器端程序、安装服务器软件、设计服务器网页、公布网页、手机无线接入WiFi网络、浏览器打开服务器