高职物联网综合实训平台设计和开发

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1、高职物联网综合实训平台设计和开发　　摘要：物联网综合实训平台在人才培养过程中具有重要作用，文中将实训平台分成数据采集、数据处理与分析和执行机构智能控制三个部分，用户只需根据业务规则来配置相关参数即可搭建物联网应用系统。结果证明，该实训平台易用、灵活，能较好地培养学生的物联网集成技能。关键词：物联网；综合实训平台；物联网集成；设计与开发中图分类号：TP393；G642文献标识码：A文章编号：2095-1302（2013）08-0088-030引言物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一[1]，在培养技术技能型物联网

2、人才的过程中，物联网实训平台起着关键作用。目前，各厂家推出的设备主要有无线传感器网络实验箱、RFID实验箱等，为首批开设物联网专业的院校提供了实训平台，但也存在着一些问题急需解决：实验箱提供的实训项目多为验证性实验，无法满足基于真实项目的实训要求；硬件平台没有形成统一标准，在应用系统开发过程中，兼容性差；物联网应用领域呈现多样化，在智能软件开发过程中，存在大量的重复性工作等。8本文提炼出物联网应用系统中的共性功能，将复杂的基于硬件的编程通过函数的形式提供给用户，设计开发物联网综合实训平台。在使用该平台进行系统开发时，用户只需借助

3、某一高级语言（如C#），通过函数调用便可完成物联网应用系统的搭建，并按照一定的业务规则通过配置参数（如阈值设置、警告触发动作、数据展示方式等）来生成某一特定领域的智能应用系统。1平台需求分析1.1平台目标大多数公司开发的物联网应用系统实训平台主要能够完成一些基础实验的验证，如跑马灯、串口通信、温湿度传感器实验等，最后通过一个综合项目，如智能家居的应用来训练学生的综合能力。这种实训平台偏向于底层开发的训练，需要学生对硬件开发有一定基础，具备一定的嵌入式开发能力，高职学生很难达到这一水平。本实训平台的研制，使物联网应用系统综合集成平

4、台屏蔽对硬件的开发，直接用高级语言来实现传感器节点间的通信，并通过封装，完成执行结构的控制函数，使学生在使用该平台时，只需根据项目功能要求，选择合适的传感器节点，通过系统参数的设置，就能拼装出满足需求的物联网应用系统。1.2平台用户8本实训平台主要针对职业院校的学生，以训练学生物联网应用系统的集成能力，使学生了解无线传感器网络、RFID等基本的知识，掌握C#等编程语言和数据库技术，具备物联网应用系统的分析与设计能力。1.3平台功能本实训平台为高职学生了解和开发物联网应用系统提供了一个孵化平台，学生不必全部掌握复杂的基于硬件的编程

5、，只需调用平台提供的函数便可完成物联网应用系统的搭建，根据实际项目的功能要求，按照一定的业务规则通过配置参数（如阈值设置、警告触发动作、数据展示方式等）来生成某一特定领域的智能应用系统。2物联网综合实训平台架构设计物联网综合实训平台中将传感器采集的数据类型进行提炼，分成数字量输入和模拟量输入两大类型的数据；将执行机构进行提炼，分成数字量输出和模拟量输出两大类型。因此，整个综合实训平台分成三个部分：第一部分完成数据采集功能，第二部分完成数据处理与分析功能，第三部分完成执行机构智能控制功能。教师可根据某一领域的具体应用案例，设计智能

6、应用系统功能，学生根据系统功能，选择合适的传感器、设计系统流程和业务规则、设置系统参数，通过模块化的编程实现智能化的控制，完成整个应用案例的模型搭建。物联网综合实训平台的功能框架如图1所示。3物联网综合实训平台设计与实现83.1协调器、传感器节点硬件设计与开发协调器、传感器节点的基本硬件功能模块如图2所示，主要由处理单元、无线收发单元、传感单元和电源管理单元等几部分组成。传感单元主要由传感器、数/模转换模块等构成，主要用于获取信息，并将其转化成数字信号；处理单元是传感器节点的核心模块，主要负责协调和控制传感节点各部分的工作，各层

7、的通信协议、数据融合等数据处理也是由处理单元来实现的；无线收发单元由无线射频电路和天线组成，主要负责收发数据和交换控制信息；电源管理单元是任何电子系统的必备基础模块，为传感器节点提供正常工作所需的能源。3.1.1处理单元从处理器的角度来看，无线传感器网络节点可以分为两类[2]：一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器，该类节点的能量消耗比较大，多数支持DVS（动态电压调节）或DFS（动态频率调节）等节能策略，其处理能力较强，适合于图像等高数据量业务的应用，一般采用高端处理器来作为网络汇聚节点或网关节点；另外一类是采用低端微控制器

8、为代表的节点，常见的有采用8/16位的单片机，该类节点的处理能力相对较弱，但能量消耗功率很小，一般用作前端数据采集节点。在选择处理器时，应首先考虑系统对处理能力的需要，然后再考虑功耗问题。8无线传感器网络节点本质上是一个微型嵌入式系统，嵌入式微处理器与通用的微处