物联网工程设计与实施 模块1认知物联网工程

1、1,物联网工程设计与实施课程教学资源建设,物联网应用技术专业 教学资源建设,建设院校：重庆电子工程职业学院 主要参与企业：重庆金美通信有限责任公司 西门子(中国)有限公司,学习情境1 认知物联网工程,物联网工程设计与实施,2,学习情境内容,1.1 物联网工程概述,1.2 物联网工程的生命周期,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析,【任务实施】,【知识准备】,1.1 物联网工程概述,物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实

2、现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。 随着物联网技术不断走向应用，对各种物联网技术进行综合集成与创新研究及应用应当在一个整体框架下进行，这个框架就是物联网工程。,物联网工程设计与实施,3,1.1 物联网工程概述,1. 物联网系统集成的定义 物联网系统集成是指通过结构化、合理化的感知、识别技术和数据信息传输通信、网络系统以及信息处理控制技术，将各个分离的设备（如基站、个人电脑、智能终端）、功能（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量）等集成到相互关联的、统一和协调的物联网系统之中，使资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，使系统性能最优。,物

3、联网工程设计与实施,4,图1-1 物联网系统模型图,物联网工程设计与实施,5,1.1 物联网工程概述,2. 物联网系统集成的特点 （1）实时性 （2）大范围 （3）自动化 （4）多样化 （5）全天候 3. 物联网工程的分类 （1）私有物联网工程 （2）公有物联网工程 （3）社区物联网工程 （4）混合物联网工程 （5）医学物联网工程,物联网工程设计与实施,6,1.2 物联网工程的生命周期,物联网工程的生命周期是从用户需求开始，经过系统开发、交付使用、在使用中不断维护等一系列相关活动的全周期。 1. 物联网工程的要求 （1）全面感知：利用RFID，传感器，二维码等随时随地获取物体的信息； （2）可

4、靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去； （3）智能处理：利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。,物联网工程设计与实施,7,1.2 物联网工程的生命周期,2. 物联网工程的步骤 （1）物联网工程系统可行性论证与分析； （2）物联网工程系统需求分析； （3）物联网工程系统设计与规划； （4）物联网工程系统部署与实施； （5）物联网工程系统管理与维护。,物联网工程设计与实施,8,图1-2 物联网工程步骤瀑布模型,1.2 物联网工程的生命周期,3. 文档 在物联网工程的全生命周期过程中，涉及的文档包括： （1

5、）需求说明书 （2）总体方案设计说明书 （3）详细设计说明书 （4）系统实施计划 （5）系统测试报告 （6）系统安装调试说明书 （7）用户使用说明书 （8）系统试运行阶段的试运行和修改记录 （9）项目验收报告,物联网工程设计与实施,9,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,1. 系统主要技术思路,物联网工程设计与实施,10,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,如上图所示，整个系统主要分为两个独立而又相连的无线Zigbee网络： （1）粮食储备区Zigbee网络 主要由中心数据集中器和分布在各粮库的分中心数据集中器组成。 （2）粮库Zigbee传感网络 在粮库内部分布着Zigbee传感器网络，

6、传感器节点采用DS18B20一线制温度传感器结合Zigbee低功率模块开发，通讯距离100m。,物联网工程设计与实施,11,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,中心数据集中器包含远距离一个Zigbee协调器和一个RS-232接口。分中心数据集中器中包含两个独立的Zigbee硬件电路，其中一个为短距离的粮仓传感器网络Zigbee协调器，另一个为长距离的粮食储备区网络Zigbee路由器。粮仓内终端节点由Zigbee EndDevice和温度传感器DS18B20构成。监控中心的工控主机是整个系统的中央监控设备，负责节点的数据通讯、数据分析处理和调节设备控制，通过丰富的显示界面实现人机交互。控主机通

7、过RS-232接口有线连接中心数据集中器。 各粮仓内的终端节点采集各个监测点的温度数据，并通过粮仓内Zigbee传感网络将数据传送至各粮仓分中心数据集中器，各分中心数据集中器将收到的仓内各个监测点的数据通过大的粮食储备区Zigbee网络上传至中心数据集中器。中心数据集中器将数据通过RS-232送至中央监控计算机，从而实现深入粮仓内部的多点检测、实时监测。,物联网工程设计与实施,12,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,2. 主要设备组成 （1）中心数据采集器 是整个监测系统通讯、控制核心。通过RS-232串口与中央监控计算相连，通过计算机的人机交换界面，实现整个系统的可控性和可视性。,物联网

8、工程设计与实施,13,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,（2）分中心数据集中器 包含两个独立的Zigbee硬件电路：短距离的粮仓传感器网络Zigbee协调器、长距离的粮食储备区网络Zigbee路由器。,物联网工程设计与实施,14,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,（3）终端节点以及监控中心。 是带传感器的网络子节点，能够以分中心数据集中器为核心组成独立的Zigbee传感网络。,物联网工程设计与实施,15,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,各组成设备的工作流程： （1）终端节点 从节点上电后，首先硬件初始化和协议栈初始化，搜索仓内的无线传感Zigbee网络并申请加入，功加入后进入省电

9、模式。当没有数据传输请求时，进入睡眠模式，之后采取终端唤醒的工作机制。当有数据传输请求时，进入工作模式，进行温度数据采集并发送，发送完成后进入下一轮数据采集。,物联网工程设计与实施,16,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,（2）分中心数据集中器 分中心数据集中器上电后，其中的远距离Zigbee路由器搜寻中心数据集中器建立的Zigbee数据传输网络，并申请加入。加入后分中心数据集中器中的Zigbee协调器建立仓内Zigbee无线传感网络，等待仓内终端节点的加入，接收来自终端节点的温度数据。分中心数据集中器收到温度数据后通过粮食储备区Zigbee数据传输网络将温度数据转发至中心数据集中器。,物

10、联网工程设计与实施,17,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,（3）中心数据集中器 中心数据集中器上电后便开始建立粮食储备区Zigbee传输网络，等待并接受各分中心数据集中器的加入。分中心加入Zigbee传输网络后，若有新的温度数据便上传至中心数据集中器。,物联网工程设计与实施,18,1.3 粮库温度监测系统工程案例简析,3. 工程特点与优势 Zigbee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低速率、低成本、高容量的无线网络通信技术。 系统功能扩展更方便、布网更灵活、施工更简单、检测节点更多、维修更方便。,物联网工程设计与实施,19,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,1. 工程目标设定 本智能

11、公交站牌系统采用Zigbee无线传感器网络技术，及时、准确的将公交车辆的具体位置反映到公交调度站计算机系统并及时发布到行车路线站点，使乘客与调度人员能够对当前线路上的公交车的行驶状况和分布情况有所掌握。 2. 系统主要技术思路 车载移动模块作为Zigbee无线网络中的移动节点，分布在整个公交线路上。 固定节点主要分布在各个公交站上，当两个公交站之间的距离过长时，在公交车站之间增加一定数量的无线中继通讯节点。,物联网工程设计与实施,20,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,固定节点的数量和密度决定了公交车辆定位的精确程度，一般根据现场需要，在每隔500m600m的合适位置安装。 当公交线路拐弯

12、时，还需要在拐角处安装固定定位节点。所安置的固定节点和车载移动终端能够自动地组成一个Zigbee通讯网络，这个通信网络实际上就是一个定位和信息传输网络，每一个网络节点就是一个位置信标点，车载移动节点通过读取固定节点目标的信号强度，确定自身的位置信息，与道路两侧固定节点交换数据信息。 各个网络节点之间中继路由传输，将公交线路上的每辆公交车辆的车辆信息传输至协调器网关。协调器网关经过一定的处理后，传输至调度管理中心。网络监控计算机对数据进行进一步的处理，将其储存至数据库服务器中，供调度管理中心查询使用。,物联网工程设计与实施,21,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,物联网工程设计与实施,22,

13、图1-7 智能公交站牌系统结构图,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,3. 主要设备组成 （1）车载终端模块 能够接收来自于周围传感器节点的无线电强度信号和位 置信息数据，计算出当前时刻自身位置坐标，与道路两旁的 固定节点通讯传输数据。,物联网工程设计与实施,23,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,（2）固定节点（包括公交站电子站牌和无线中继通讯节点） 无线路由通讯结点分布在各个公交车站之间，间隔为500m左右。 它起着对数据信息包进行中继路由传输的作用。其功能是接收来自上游 节点的信息和转发上游节点的信息至下游。 （3）网络协调器（是整个传感网络的核心） （4）监控网络控制中心 负责配

14、置、监控整个无线传感器网络，接收无线传感器网络传递过 来的数据信息，将这些数据储存至数据库服务器，供调度管理中心调用 。同时接收调度管理中心的调度命令，将命令信息或者配置传感器网络 信息转化为一定的命令格式，传送至传感器网络。 （5）公交调度管理中心 对车辆进行监控。当车辆出现堵塞、故障、被劫或被盗等突发事件 时， 公交调度员根据具体的情况及时进行处理，查找能被调度的人或车 辆的信息，进行相应的调度。,物联网工程设计与实施,24,1.4 智能公交站牌系统工程案例简析,4.工程特点与优势 特点： 基于Zigbee的智能公交调度系统具有低成本、低功耗和低速率，网络容量大，时延短，安全，部署简单快捷

15、。 优势： （1）定位直观； （2）每个网络节点收发模块集成度高，功耗低，工作可靠，体积小，使用方便，安装灵活； （3）系统非常稳定可靠； （4）大大降低了系统的建设投入和运营成本。,物联网工程设计与实施,25,1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析,1. 工程目标设定 本系统通过建立一套智能化的停车场收费管理和引导系统，使停车服务做到安全、简便、准确，并且使造价和经营成本控制在适当范围，并在提高效率的同时更能解决了人工管理的一切弊端。 2. 系统主要技术思路 在本停车场智能泊车引导系统中，主要包括智能车位引导系统、出入口管理系统和智能反向寻车系统等几个子系统。 通过智能车位引导系统可以帮助顾

16、客和车辆在最短的时间内找到合适的停车场和停车位，避免车辆找不到停车场，进场后找不到车位，甚至互相抢车位，导致拥堵，提高运营效率，使驾驶者感受到良好的服务和愉快的感受。,物联网工程设计与实施,26,1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析,（1）智能车位引导系统：是停车场智能泊车引导系统最重要的部分，由车流量检测系统、车位探测系统、信息显示系统、控制系统等几个部分组成。 （2）车流量检测系统：用于检测停车场出入口和各停车区域出入口的进出车辆数。 （3）车位探测系统：实时检测车位上是否有车辆停放。 （4）信息显示系统：动态实时显示停车场车位数的变化。 （5）控制系统：整个引导屏的车位数，并将数据实时

17、上传到管理电脑，在电子地图上直观反映车位使用情况。,物联网工程设计与实施,27,1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析,3. 工程特点与优势 特点： （1）功能完善； （2）可靠性高； （3）实用性强； （4）扩展方便； （5）停电情况处理。 优势： （1）强大的抗干扰设计； （2）系统施工更简洁节能； （3）网络结构更合理可靠。,物联网工程设计与实施,28,【任务实施】,1. 实训条件 实训以物联网典型开放型应用环境智能家居平台为基础。 本实训平台由环境感知层，数据网络层和信息处理应用层组成。 （1）环境感知层：网络摄像头，温湿度、光敏、烟感、红外等传感器及嵌入式网关； （2）数据网络层：无

18、线技术（Zigbee、433M及3G）和有线技术（RS485，以太网）； （3）信息处理层：控制中心连接空调、窗帘、灯、排风扇、报警器等，通过感知层采集到数据，结合自定义的策略，运算得出结果，执行相应的动作。,物联网工程设计与实施,29,1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析,2. 项目工程目标 对家居环境中涉及安全、舒适、便利的环境参数进行监测，能集中管理和控制，实时显示家庭环境信息。同时，系统能自动根据预设的各参数值对相关设备进行自动控制，为用户提供安全、舒适、方便的家庭生活，并且对家庭原电气环境改造降到最低程度。 3. 项目组组建及角色分配 该部分包含了项目组成的基本情况，介绍了项目实施中主要角色的职责和在各个阶段充当该角色的项目组成员姓名。项目组成员的特点和专长是进行角色分配的依据。 4. 产品数据手册熟悉 产品数据手册是生产厂商对该产品的总体介绍及具体描述，指导我们正确使用该产品。产品数据手册包括对该产品的功能介绍、软硬件接口描述、性能参数、使用方法、外形尺寸、安装方式等。,物联网工程设计与实施,30,【评估与总结】,1. 任务评估 实训任务的评估主要包括：学生在项目学习过程中的操作方式、理论知识、学习态度、课堂表现、学习能力、项目实施能力等几个方面。 2. 任务总结 通