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物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室建設方案

2023-08-15 10:59 作者:唯眾生態(tài)伙伴 0人讀過 | 我要投稿

一、物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)工程定義

物聯(lián)網(wǎng)工程（Internet of Things Engineering）是一種以信息技術（IT）來改善實體世界中人們生活方式的新興學科，它利用互聯(lián)網(wǎng)技術為我們的日常生活活動提供服務和增益，從而讓各種智能設備充分的融合在我們的生活中。物聯(lián)網(wǎng)工程主要涉及硬件設備、網(wǎng)絡技術、生物技術、嵌入式系統(tǒng)、電子信息工程、控制工程和傳感物聯(lián)網(wǎng)的技術應用。

物聯(lián)網(wǎng)工程的核心是通過數(shù)據(jù)采集技術，實現(xiàn)實時交互和智能連接。從技術上講，物聯(lián)網(wǎng)工程可以將IOT（Internet of Things）云計算、網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)傳感技術等技術充分融合在一起，從中獲得大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)則可以幫助個體、團體和企業(yè)根據(jù)需求，采用合適的技術，快速準確地做出判斷和處理決策，從而實現(xiàn)智能控制和管理。

物聯(lián)網(wǎng)工程可以將傳統(tǒng)設備、儀器設備、信息系統(tǒng)、交互設備以及傳感器系統(tǒng)全部接入互聯(lián)網(wǎng)，并通過開發(fā)智能軟件及平臺，使物聯(lián)系統(tǒng)能滿足越來越多樣化、實時性要求。物聯(lián)網(wǎng)工程還可以實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的集成，利用全球化的互聯(lián)網(wǎng)來聯(lián)結多個系統(tǒng)，從而幫助企業(yè)和個體實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模、智能的綜合應用及實施。

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門相對較新的學科，所研究的問題非常多，可以用于解決日趨復雜的生活環(huán)境，讓人類生活得更安全更舒適，物聯(lián)網(wǎng)工程將會深刻改變當前的社會和經(jīng)濟格局，其技術發(fā)展的方向非常廣泛主要包括：智能分析、物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)安全和安全管理、自動化技術等等。未來有很多基于物聯(lián)網(wǎng)的應用和技術能夠真正的運用于實踐，成為物聯(lián)網(wǎng)時代的新突破。

1.2物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)概述

物聯(lián)網(wǎng)工程是指通過將物理設備、傳感器、網(wǎng)絡連接和數(shù)據(jù)分析等技術應用于物理系統(tǒng)和設備之中，實現(xiàn)智能化、自動化和互聯(lián)互通的領域。它涉及了多個學科領域，如計算機科學、電子工程、通信技術和數(shù)據(jù)科學等。物聯(lián)網(wǎng)工程的主要目標是建立起一個互聯(lián)的網(wǎng)絡，使得物理設備和傳感器能夠實時收集和傳輸數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡進行交互和控制。這樣可以實現(xiàn)設備之間的智能互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享，從而提高效率、降低成本，甚至創(chuàng)造新的商業(yè)模式和價值。物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術的應用系統(tǒng)，旨在通過連接并管理各種物理設備和傳感器，實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)交互、實時監(jiān)控和遠程控制，以提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源利用、增強安全性等目的。

物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)的概述如下：

1.設備連接與管理：物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)平臺，將各種設備、傳感器和終端節(jié)點連接到一起，實現(xiàn)設備的注冊、連接和配置管理。通過統(tǒng)一的接口和協(xié)議，使得設備能夠與系統(tǒng)進行通信和互聯(lián)。

2.數(shù)據(jù)采集與處理：物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)從各個接入設備和傳感器中采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析。通過數(shù)據(jù)采集和處理，系統(tǒng)能夠實時獲取設備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等信息，并進行數(shù)據(jù)預處理、清洗和聚合，為后續(xù)的業(yè)務決策提供支持。

3.實時監(jiān)測與遠程控制：物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)可以對接入設備進行實時監(jiān)測和控制，通過實時數(shù)據(jù)更新和可視化展示，用戶可以隨時了解設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應的措施。同時，系統(tǒng)也可以對設備進行遠程控制，通過指令下發(fā)和反饋機制，實現(xiàn)對設備的遠程操作和調(diào)控。

4.數(shù)據(jù)分析與決策支持：物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)通過對采集到的大量數(shù)據(jù)進行分析和建模，可以提供豐富的數(shù)據(jù)指標和報表，幫助用戶進行數(shù)據(jù)分析和業(yè)務決策?；跀?shù)據(jù)分析的結果，系統(tǒng)可以生成預警信息、優(yōu)化資源分配、改進生產(chǎn)流程等建議，提高工作效率和質量。

5.安全性與隱私保護：物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)注重數(shù)據(jù)的安全性和隱私保護。通過身份認證、數(shù)據(jù)加密傳輸、權限管理等安全機制，保障系統(tǒng)的安全性；同時，也注重用戶的隱私權，嚴格遵循數(shù)據(jù)保護法規(guī)和隱私政策。

物聯(lián)網(wǎng)工程應用系統(tǒng)在工業(yè)自動化、智能城市、智能家居、物流運輸、農(nóng)業(yè)等領域有廣泛的應用。它們的目標是實現(xiàn)智能化、高效化的管理和控制，提升生產(chǎn)效率、降低成本、改善用戶體驗。

二、物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室介紹

2.1實訓室簡介

物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室是為了培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程師和相關專業(yè)學生的實踐能力而設立的實踐教學場所。實訓室需配備物聯(lián)網(wǎng)設備、傳感器、網(wǎng)絡設備和相關軟件工具，提供了一個模擬真實場景的環(huán)境，讓學生能夠進行真實的物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)、測試和調(diào)試。

以下是物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室的介紹：

硬件設備：實訓室配備了各種物聯(lián)網(wǎng)設備，如傳感器、執(zhí)行器、嵌入式開發(fā)板、通信模塊等。這些設備能夠模擬實際的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，如智能家居環(huán)境、智慧農(nóng)業(yè)、智慧交通系統(tǒng)等。

網(wǎng)絡設備：實訓室中有用于組網(wǎng)和連接物聯(lián)網(wǎng)設備的網(wǎng)絡設備，包括網(wǎng)絡交換機、路由器、無線接入點等。這些設備用于搭建物聯(lián)網(wǎng)設備之間的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。

實訓軟件：實訓室提供相關的軟件工具和開發(fā)環(huán)境，供學生進行物聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)、管理和監(jiān)控。這些軟件工具包括物聯(lián)網(wǎng)云平臺、云服務平臺、開發(fā)工具集等。

實踐項目：實訓室通會提供一些實踐項目，供學生團隊進行實踐學習和項目開發(fā)。這些項目可以是基于真實場景的應用案例，學生需要設計和開發(fā)相應的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，并進行實施、測試和配置。

培訓課程：實訓室還會提供相應的培訓課程，包括理論知識教學和實踐操作指導。學生可以通過課程學習物聯(lián)網(wǎng)的基本理論知識，掌握物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)的技能和方法。

通過物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室的學習和實踐，學生可以深入理解物聯(lián)網(wǎng)技術的原理和應用，熟悉相關的開發(fā)和調(diào)試工具，提升自己的實踐能力和解決問題的能力。這對于未來從事物聯(lián)網(wǎng)工程相關工作的學生來說，具有重要的意義。

2.2建設目的

實踐能力培養(yǎng)：通過實訓室的建設，旨在提供一個真實的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，讓學生能夠在實際環(huán)境中進行實際操作和實踐項目。通過實踐，培養(yǎng)學生的實踐能力，讓他們能夠熟練運用物聯(lián)網(wǎng)技術進行應用開發(fā)、測試和調(diào)試。

團隊協(xié)作能力培養(yǎng)：物聯(lián)網(wǎng)工程應用往往需要多個人員協(xié)作完成，包括硬件設備安裝、系統(tǒng)架構設計、軟件開發(fā)等。實訓室的建設目標是培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，讓他們能夠在實際項目中與他人合作，形成分工合作的良好氛圍。

解決問題能力培養(yǎng)：在實際的物聯(lián)網(wǎng)應用中，問題和挑戰(zhàn)時常出現(xiàn)，如設備故障、數(shù)據(jù)傳輸異常等。實訓室的建設目標是培養(yǎng)學生的解決問題的能力，通過實際操作和調(diào)試，讓他們能夠獨立分析和解決問題，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決方案的能力。

創(chuàng)新意識培養(yǎng)：物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室鼓勵學生在實際項目中提出創(chuàng)新的想法和解決方案，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神。通過實踐和實驗，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們在物聯(lián)網(wǎng)領域中的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)能力。

實際應用能力培養(yǎng)：物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室的目標是培養(yǎng)學生在實際應用中的能力。通過針對實際應用場景的項目實踐，學生將能夠掌握物聯(lián)網(wǎng)技術在不同領域中的應用，如智能家居、工業(yè)自動化、智慧城市等，為未來的求職和職業(yè)發(fā)展奠定堅實的基礎。

物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室的建設目標是通過實踐和項目實踐，培養(yǎng)學生的實踐能力、團隊協(xié)作能力、解決問題能力、創(chuàng)新意識和實際應用能力，以適應物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的需求，并為學生的職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎。

三、物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓室組成

3.1物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓臺

物聯(lián)網(wǎng)工程應用實訓臺是一款物聯(lián)網(wǎng)多功能教學實訓平臺，按照物聯(lián)網(wǎng)技術架構，分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層，以智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、智能交通、智慧安防為案例，為學生提供一個學習物聯(lián)網(wǎng)底層硬件構成、業(yè)務原理及應用開發(fā)的實訓環(huán)境。實訓臺綜合運用傳感器技術、RFID技術、接口控制技術、無線傳感網(wǎng)技術、Android應用開發(fā)等，配合實訓臺上的433M無線通信設備、ZigBee節(jié)點、射頻設備、控制設備、網(wǎng)關以及物聯(lián)網(wǎng)云平臺，構建集基礎性、驗證性、設計性、綜合性和創(chuàng)新性開發(fā)五位一體綜合實訓臺，實現(xiàn)智能家居門禁安防監(jiān)控、智能家居環(huán)境監(jiān)測、家居設備智能控制、農(nóng)業(yè)環(huán)境智能檢測、農(nóng)業(yè)設備智能控制等功能。

產(chǎn)品特點

1、方便教學：以職業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和方法為基礎，在實訓教學上進行優(yōu)化和設計，提出從物聯(lián)網(wǎng)知識技術的認知，到物聯(lián)網(wǎng)實操技能的訓練，最終達到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)崗位能力提升的教學理念。

2、技術覆蓋廣：設計上將盡量多的主流的物聯(lián)網(wǎng)設備或物聯(lián)網(wǎng)技術集成到系統(tǒng)中，包括傳感器技術、數(shù)據(jù)采集技術、射頻識別技術、無線網(wǎng)絡技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術、嵌入式技術、智能終端技術、上位機應用軟件技術等，物聯(lián)網(wǎng)相關技術領域覆蓋全面。

3、提供豐富的應用實訓系統(tǒng)實例：系統(tǒng)以智能家居應用、智慧交通應用、智慧農(nóng)業(yè)應用、智能環(huán)境監(jiān)控等應用場景，及基于應用場景的多種業(yè)務子項，所有的應用場景及業(yè)務子項功能均選材至真實的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用。

4、模塊化設計方便擴展：軟硬件系統(tǒng)采用平臺化、模塊化設計，結合通用化、標準化設計的物聯(lián)網(wǎng)實訓工位，除了可完成配套實訓內(nèi)容的演示訓練，還可以基于物聯(lián)網(wǎng)實訓工位以及系統(tǒng)的軟硬件模塊，外接、擴展更多的技術或業(yè)務。

5、配套海量教學資源：本實訓裝置除提供完整的軟硬件系統(tǒng)外，還配備針對設備完整的物聯(lián)網(wǎng)實訓指導書、完整豐富的教學實訓素材資源、以及基于設備系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)教學視頻。提供免費的安裝部署服務和設備實訓培訓服務。

技術優(yōu)勢

（1）無線通信模組

無線節(jié)點可以直接通過唯眾“可視化界面生成器”和“可視化控制器”進行功能配置，支持動態(tài)改變無線節(jié)點模塊IO口的功能，功能包括按鍵接入、數(shù)字量接入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、PWM輸出，應做到切換這些功能時，無需重新燒寫無線節(jié)點固件。

（2）可視化編輯器

通過電腦PC端可直接以“可見即可得”的方式在此工具上生成不同的設備操作界面，支持指示燈、按鍵、圖片集合、變量視窗、圖文鏈接等五種可視化控件。所有控件的動作都可以直接反應到實際的物聯(lián)設備（即無線節(jié)點模塊）上。界面生成后，可以直接導入App使用，而不需要重新編譯或安裝App。

（3）可視化控制器

App可實現(xiàn)對無線節(jié)點的數(shù)據(jù)查看、狀態(tài)查看、動作控制等功能。App可實現(xiàn)不同無線節(jié)點間的動作聯(lián)動。聯(lián)動操作可直接通過App進行配置，而不需要重新編寫嵌入式或App代碼。App可以實現(xiàn)動作列表的編輯，可以將執(zhí)行器的動作按順序打包為動作列表，并為其配備觸發(fā)源信號，從而實現(xiàn)聯(lián)動。

（4）物聯(lián)網(wǎng)關

基于ARMCortex-M4核心的通信網(wǎng)關，支持唯眾無線節(jié)點模塊，與配套唯眾物聯(lián)網(wǎng)教學App和唯眾物聯(lián)網(wǎng)PC編輯器。物聯(lián)網(wǎng)關可以管理不同協(xié)議的無線節(jié)點模塊，并能將多個無線節(jié)點模塊視作不同設備，將無線節(jié)點模塊的數(shù)據(jù)轉換為TCP網(wǎng)絡通信，網(wǎng)關同無線節(jié)點模塊可以互通互聯(lián)，輕松構建物聯(lián)網(wǎng)絡。具共同構成的物聯(lián)應用開發(fā)平臺。通過本物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以迅速降低物聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)成本和開發(fā)時間，開發(fā)者即便不會編程，也可以在一兩天之內(nèi)，就迅速使用本平臺開發(fā)出自己的物聯(lián)網(wǎng)應用。唯眾物聯(lián)網(wǎng)關自帶兩路串口透傳服務，可外接zigbee、lora、NB-IOT等多種無線傳輸模塊，同時支持協(xié)議轉換，可通過唯眾物聯(lián)云平臺直接查看節(jié)點數(shù)據(jù)，也可生成API接口供應用層開發(fā)。

實訓功能

提供以下軟硬件支撐：

1）基礎硬件：包含唯眾物聯(lián)網(wǎng)關、唯眾物聯(lián)節(jié)點構成，覆蓋、 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡、433M無線通信、 Wi-Fi 無線網(wǎng)絡、BLE藍牙、 LoRa窄帶物聯(lián)通信、 NB-IOT物聯(lián)通信技術、Android 移動互聯(lián)開發(fā)、嵌入式開發(fā)、傳感器技術、執(zhí)行控制、網(wǎng)絡通信、 NET 開發(fā)、 JavaScript 等技術；

2）實訓模塊：采用工業(yè)級高精度傳感器、執(zhí)行器，涵蓋采集模擬量/數(shù)字量等多種傳感采集技術，基于行業(yè)的具體應用進行功能模塊的設計，提供完整的硬件驅動層、網(wǎng)絡傳輸層、協(xié)議轉換調(diào)試等教學實訓內(nèi)容；

3）實訓項目：通過實訓掛板提供的硬件模塊，組合形成的各種復雜應用場景，提供完整的硬件驅動層、網(wǎng)絡傳輸層、唯眾應用層（Android 和 NET）等教學實訓內(nèi)容；

4）綜合案例：基于物聯(lián)網(wǎng)結合到具體行業(yè)的應用案例，提供完整的案例開發(fā)手冊及相關源碼。

3.2物聯(lián)網(wǎng)云平臺

物聯(lián)網(wǎng)融合云平臺是一款Web應用程序，該平臺主要服務于全國各地的高職高專院校，為高職高專院校提供了完善物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，方便于學生通過物聯(lián)網(wǎng)融合平臺學習到物聯(lián)網(wǎng)硬件知識及掌握軟件編程技術，同時滿足物聯(lián)網(wǎng)技能大賽的需要。

平臺基于linux底層針對教學和技能大賽而開發(fā)，基于B/S架構，采用 MVC 模式開發(fā)；抽象出對象層，展現(xiàn)層和控制層，之間沒有依賴性，松耦合的代碼組織方便進行大規(guī)模的并行開發(fā)，分批分次對整個系統(tǒng)進行升級、維護、改造提供基礎，擴展能力極強。物聯(lián)網(wǎng)融合平臺集教學和大賽為一體，在滿足學生學習使用平臺和實訓設備的同時，也能提高對技能大賽所考核內(nèi)容的熟練程度。每個學生可以在平臺中自由創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)項目，通過自己的項目來控制實訓設備，并且該平臺同時支持多端操作（可以上網(wǎng)的PC、智能手機、平板電腦等），物聯(lián)網(wǎng)融合平臺真正的做到了讓學生體會到物聯(lián)網(wǎng)技術的應用以及物聯(lián)網(wǎng)應用的職業(yè)前景。

產(chǎn)品特點

1、簡化數(shù)據(jù)管理：對于服務層的傳感器數(shù)據(jù)較多，以及用戶數(shù)據(jù)較多的情況，云端支持一鍵同步功能，只要確保在服務層連接外網(wǎng)的情況下，可將數(shù)據(jù)同步到云端；對于網(wǎng)關、傳感器設備，只要確定在服務層連接外網(wǎng)的情況下，服務層發(fā)生改變自動同步到云端，不需要再次添加。

2、豐富的數(shù)據(jù)分析：提供豐富的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析結果展示，幫助學校從整體上把握設備的使用情況。

3、跨平臺：基于Web架構你所需的僅僅是網(wǎng)頁瀏覽器或者移動終端，無需糾結使用哪款操作系統(tǒng)，任何可以上網(wǎng)的PC、智能手機、平板電腦等設備都可以隨時隨地的訪問云平臺

平臺主要有四個功能特色

第一，平臺提供物聯(lián)網(wǎng)感知層設備快速接入物聯(lián)網(wǎng)感知層(網(wǎng)關、節(jié)點，如攝像頭)接入目前平臺提供多種接入?yún)f(xié)議類型

第二，平臺提供API標準輸出平臺提供二次開發(fā)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式標準，簡單，不限開發(fā)語言,以便學生通過云平臺提供的統(tǒng)一API接口進行數(shù)據(jù)的采集、分析和設備的監(jiān)測控制快速開發(fā)屬于自己的物聯(lián)網(wǎng)應用程序。

第三，實訓項目管理學生可創(chuàng)建、啟動、修改、刪除屬于自己的物聯(lián)網(wǎng)項目,并根據(jù)項目生成專屬API接口文檔管控項目內(nèi)感知層(網(wǎng)關、節(jié)點，如攝像頭)的硬件連接。

第四，輕松上云平臺提供完善、安全的云端數(shù)據(jù)開發(fā)接口,規(guī)避復雜物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的解析、云端數(shù)據(jù)轉換任務,簡化物聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)、調(diào)試過程,使學生簡單、高效地開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)項目應用。平臺非常適合物聯(lián)網(wǎng)初學者使用，通過將感知層與應用層快速連接，降低了學習門檻，支持主流高級開發(fā)語言做出企業(yè)級的應用。

實訓功能

學生可以在前臺實訓頁面中自由創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)項目，創(chuàng)建項目之后可以對項目進行配置，如添加設備、添加傳感器、配置策略。在配置完之后，學生可以執(zhí)行生成API接口文檔操作。學生可以參照API接口文檔來進行編程，最終達到控制實訓設備的目的。

3.3圖形化編程工具

圖形化編程工具是一款基于拖拽式圖形化設計的可視化編程工具庫，通過拖拽式圖形化編程完成程序設計。作為一種易于掌握的圖像化編程環(huán)境，是編程初學者學習和掌握程序設計方法的有力工具。用圖形化編程方式去理解程序語言，可以讓學生更加容易理解編程語句的內(nèi)容，解決了絕大多數(shù)編程語法入門難的痛點。

圖形化編程工具基于blockly語言模塊，用圖形模塊表示使用硬件的各類底層驅動庫，根據(jù)圖形模塊上下關聯(lián)形式連接變量、函數(shù)、輸入輸出等各類語言代碼，最終組合為可執(zhí)行C語言或python語言代碼?；趫D形化的編程模型很好地映射實際代碼關系和層級結構，替代傳統(tǒng)的代碼編寫過程，簡化底層硬件代碼編寫過程。