基于綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

許東濱+林悅銘+梁明輝+陳大同

摘 要 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)是一門新興學(xué)科，高校在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面還處于摸索階段，結(jié)合齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，從硬件資源、軟件資源、課程資源建設(shè)三個(gè)方面，詳細(xì)闡述物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)驗(yàn)室；綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

中圖分類號：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號：1671-489X（2017）16-0048-03

Abstract Because of IOT （Internet of Things） is a new branch of science， the IOT laboratory construction in universities is still in theexploratory stage. In this paper， we elaborate the construction processof IOT laboratory in our university and introduce laboratory resourceconstruction in 3 aspects： hardware resources， software resources， curriculum resources， which base on the integrated training platform of IOT.The construction process of IOT laboratory is practical and significant.

Key words IOT； laboratory； integrated training platform

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來的新一代信息技術(shù)，英文縮寫是IOT（Internet of Things）。物聯(lián)網(wǎng)最早由美國麻省理工學(xué)院Auto-ID研究中心于1999年提出，其定義為：把所有物品通過射頻識(shí)別（RFID）和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理功能的網(wǎng)絡(luò)[1]。2015年，國際電信聯(lián)盟（ITU）對物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行擴(kuò)展，除RFID技術(shù)外，傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能終端等技術(shù)也將得到更加廣泛的應(yīng)用。之后，歐盟、日本、韓國等國家和地區(qū)都針對物聯(lián)網(wǎng)提出了本國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略和定義標(biāo)準(zhǔn)。

我國在物聯(lián)網(wǎng)方面的發(fā)展起步并不落后，2010年將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展問題寫入《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》（國發(fā)〔2010〕32號）。2012年，工信部正式發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，指明產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展道路。目前，在政府的積極推動(dòng)和支持鼓勵(lì)下，在醫(yī)療、電力、交通、公安、物流等各個(gè)領(lǐng)域，已有不少省份采用傳感網(wǎng)技術(shù)來進(jìn)行控制并提供相關(guān)服務(wù)[2]。

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院于2014年開始籌劃建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，2016年基本完成物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。本文主要針對該時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)過程，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，給出一些看法和體會(huì)，希望對其他高校后續(xù)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有幫助和借鑒作用[3]。

2 實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)包括硬件資源、軟件資源、課程資源三大部分[4]。其中硬件資源建設(shè)主要是指實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)和設(shè)備設(shè)施的選購，以滿足教學(xué)功能需要。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備選購上主要有三類設(shè)備。

1）基于模塊化的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新平臺(tái)。這種平臺(tái)的特點(diǎn)是各模塊相互獨(dú)立存在，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的靈活性，方便設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；存在的問題就是不好維護(hù)，學(xué)生很容易在實(shí)驗(yàn)過程中因操作不當(dāng)而損壞模塊。

2）集成度較高的一體化實(shí)訓(xùn)裝置。這種平臺(tái)主要將各模塊集成在一起，學(xué)生在工程實(shí)踐過程中只是按步驟完成一些基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能滿足開放性原則[5]。這種設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)方便，可靠性高。

3）有一定集成度的模塊化綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。這種平臺(tái)介于前兩者之間，將實(shí)驗(yàn)利用率較高的主機(jī)、數(shù)碼顯示、語音、SD數(shù)據(jù)讀取等模塊集成在一起，其他模塊利用無線通信模塊相連接。這種設(shè)備最大的優(yōu)點(diǎn)是主機(jī)等昂貴硬件集成度高，不易損壞，傳感器模塊有通用接口可自由更換，具有一定的可擴(kuò)展性。

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院選用的是第三類，北京精儀達(dá)勝科技有限公司制造的EL-NC900物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)的體系架構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出，除協(xié)調(diào)器與PC機(jī)的通信采用串口或USB外，其他各個(gè)部分之間都采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)。其中，協(xié)調(diào)器采用LM3S9B96芯片，處理能力更強(qiáng)；終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)采用LM3S811芯片，造價(jià)更低；通信模塊采用CC2420 Zigbee模塊芯片，該芯片性能穩(wěn)定且功耗極低，選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的實(shí)物圖如圖2所示。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)與電子電路實(shí)驗(yàn)室和單片機(jī)嵌入式實(shí)驗(yàn)室相鄰或復(fù)用，這樣電子實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成的信號發(fā)生器、示波器、萬用表等硬件資源以及嵌入式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室的芯片設(shè)備和傳感器資源可以得到更加充分有效的使用，大大降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本[6]。

3 實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室軟件資源建設(shè)主要是指結(jié)合硬件資源，在PC端配置安裝配套的軟件，以滿足實(shí)驗(yàn)仿真的需要。下面將詳細(xì)介紹齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心的軟件情況。

Keil uVersion 4軟件 該軟件由美國Keil Software

公司出品，主要功能是進(jìn)行程序編寫、調(diào)試、執(zhí)行、下載，主要支持C/C++及傳統(tǒng)的匯編語言，兼容51系列單片機(jī)及Cortex-M系列的Cortex-R4、ARM7、ARM9器件，是目前較為流行的程序編譯工具。endprint

IOT節(jié)點(diǎn)監(jiān)控軟件 該軟件由北京精儀達(dá)勝科技有限公司開發(fā)，主要用來監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)情況，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)情況。圖3為IOT節(jié)點(diǎn)監(jiān)控軟件中上位機(jī)案例的拓?fù)溥B線界面和數(shù)據(jù)監(jiān)控界面。

串口調(diào)試助手 可用SSCOM32代替，是目前比較通用的串口調(diào)試工具，支持串口RS232/485通信，可在Windows XP及以上環(huán)境下查看不同COM口的接收數(shù)據(jù)，并可以向該串口發(fā)送數(shù)據(jù)。

4 課程資源建設(shè)

實(shí)驗(yàn)課程資源的獲取有兩個(gè)途徑。

從設(shè)備配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中獲取 這也是獲取實(shí)驗(yàn)案例資源的主要途徑。目前多數(shù)設(shè)備廠家都會(huì)根據(jù)自己的設(shè)備，提供附贈(zèng)的程序案例。實(shí)驗(yàn)室在驗(yàn)收設(shè)備的同時(shí)，應(yīng)該積極組織實(shí)驗(yàn)員與售后技術(shù)人員一同進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試，保證實(shí)驗(yàn)員能夠獨(dú)立完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)程序的調(diào)試運(yùn)行。

從教學(xué)實(shí)踐中獲取的開放性實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的競賽資料整理總結(jié) 在教學(xué)實(shí)踐過程中，有一些綜合設(shè)計(jì)性的環(huán)節(jié)，比如開放性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室可以對這類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行跟蹤，及時(shí)更新現(xiàn)有的案例數(shù)據(jù)；同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中可以吸納學(xué)生的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和案例；對于物聯(lián)網(wǎng)競賽中學(xué)生完成的參賽作品、項(xiàng)目設(shè)計(jì)書、C程序，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該積極存檔，這對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展大有幫助。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人才需求的不斷增加，高校對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的投入也不斷加大，其中物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)水平無疑是衡量一所學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)能力的重要指標(biāo)。本文結(jié)合齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)闡述物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的硬件資源、軟件資源和課程資源建設(shè)，希望為高校的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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