物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)智能家居實訓(xùn)室建設(shè)與實踐

摘? 要：為促進五年制高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展，滿足社會對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)技術(shù)人才的需求，經(jīng)過對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的研究，結(jié)合本地區(qū)企業(yè)崗位要求，提出了智能家居實訓(xùn)室建設(shè)和實踐方案。系統(tǒng)包括智能環(huán)境控制系統(tǒng)、智能燈光控制系統(tǒng)、家庭影院系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。經(jīng)過實踐證明，智能家居實訓(xùn)室滿足了師生的學(xué)習(xí)和實踐需求，促進了專業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能家居;實訓(xùn)室建設(shè);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

中圖分類號：TU855 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2021）07-0174-04

The Construction and Practice of Smart Home Training Room for

Internet of Things Major

YUAN Ming

（Suzhou Industrial Park Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Suzhou? 215123，China）

Abstract：In order to promote the development of internet of things major in five-year higher vocational colleges and meet the social demand for technical talents related to internet of things technology，through the research on talent training scheme of internet of things major，combined with the post requirements of local enterprises，this paper puts forward the construction and practice scheme of smart home training room. The system includes intelligent environment control system，intelligent lighting control system，home theater system，security system，etc. Practice has proved that the smart home training room meets the learning and practical needs of teachers and students，and promotes the professional development.

Keywords：smart home;construction of training room;internet of things technology

收稿日期：2021-03-10

課題項目：中華職業(yè)教育社2020年立項課題（ZJS20200829）;江蘇省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會2020年立項課題（XHYBLX201986）

0? 引? 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對美好生活的需求越來越高，熱衷于追求舒適的、智能化的家居生活。智能家居首先在20世紀80年代的日本和歐洲興起，我國在20世紀90年代也逐漸出現(xiàn)智能家居產(chǎn)品。智能家居是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把家居里的照明、窗簾、空調(diào)、影音服務(wù)、安防等系統(tǒng)連接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、照明控制、家電控制等功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，也體現(xiàn)了我國人民對美好生活的向往。智能家居的逐漸普及，使企業(yè)需要大量的專業(yè)技術(shù)人員，完成家居系統(tǒng)安裝、布線、調(diào)試和后期維護等工作。因此，五年制高職學(xué)校有必要建設(shè)智能家居的實訓(xùn)室，以滿足社會、企業(yè)對相關(guān)人才的需求，也符合五年制高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求。

1? 智能家居實訓(xùn)室建設(shè)必要性

對于五年制物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)而言，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)的實訓(xùn)室是必不可少的。一方面，對于職業(yè)院校而言，可以著重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐的能力;另一方面，從物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)職業(yè)崗位定位上分析，也需要采用實訓(xùn)室教學(xué)。

職業(yè)教育以培養(yǎng)技能型人才為主要目標(biāo)，強調(diào)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，職業(yè)教育的特點決定了專業(yè)教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的重要性。教學(xué)需要理論結(jié)合實際，提高學(xué)生實際動手能力、團隊合作開發(fā)能力。智能家居實訓(xùn)室可以再現(xiàn)實際家居環(huán)境的場景，采用項目化的實訓(xùn)項目訓(xùn)練，系統(tǒng)性地掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)理論知識和實踐技能。

我市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)取得了較快發(fā)展，在傳感器件、核心芯片、融合通信接入網(wǎng)絡(luò)、融合業(yè)務(wù)應(yīng)用、高性能計算等方面擁有了一定的先行優(yōu)勢，研發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、行業(yè)應(yīng)用等方面位居全省領(lǐng)先。目前已初步形成了傳感器件、通訊及集成電路兩大物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群。我校制定的五年制物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，依據(jù)的就是本地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和職業(yè)崗位需求，其核心職業(yè)崗位如表1所示。

2? 智能家居實訓(xùn)室建設(shè)方案

智能家居實訓(xùn)室建設(shè)應(yīng)滿足人才培養(yǎng)方案所要求的課程內(nèi)容，貼近實際的智能家居系統(tǒng)，突出實踐訓(xùn)練。通過在實訓(xùn)室的訓(xùn)練，能讓學(xué)生熟練掌握家居設(shè)備的安裝布線、系統(tǒng)的調(diào)試維護和家居應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，提高學(xué)生的實際動手能力和崗位競爭力。

智能家居實訓(xùn)室綜合運用傳感器采集、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、中間件等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在網(wǎng)板上的各種傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端實現(xiàn)家居生活環(huán)境的智能安全監(jiān)測、智能安防監(jiān)測、智能報警、智能設(shè)備控制、遠程視頻監(jiān)控等功能，貼近實際智能家居系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)提供一個完備的應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)。

智能家居監(jiān)測網(wǎng)板實訓(xùn)系統(tǒng)主要由感知設(shè)備、安防門禁設(shè)備、控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端以及鋁合金鋼架結(jié)構(gòu)組成。整個實訓(xùn)系統(tǒng)主要包含以下幾個子系統(tǒng)。

2.1? 智能環(huán)境控制系統(tǒng)

通過溫濕度、光線傳感器等節(jié)點實時監(jiān)測居室內(nèi)的溫度值與光線值，智能網(wǎng)關(guān)實時接收保存當(dāng)前溫度值、光線值，根據(jù)預(yù)設(shè)的值，控制窗簾拉開、關(guān)閉、停止等，調(diào)節(jié)居室的采光度和光照度。

通過燃氣探測器、煙霧探測器實時檢測居室內(nèi)有害氣體，智能網(wǎng)關(guān)會根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)，控制燃氣切斷閥工作。

2.2? 智能燈光控制系統(tǒng)

光線傳感器實時檢測居室內(nèi)的光照度，智能網(wǎng)關(guān)實時接收當(dāng)前光線值，根據(jù)預(yù)設(shè)的上、下限值，控制強電控制器工作，進而控制節(jié)能燈打開、關(guān)閉。

2.3? 家庭影院系統(tǒng)

通過紅外學(xué)習(xí)遙控器內(nèi)置Zigbee無線通信模塊，代替電視、音響、播放器遙控器，實現(xiàn)遠程控制電視機的開關(guān)，切換頻道，調(diào)節(jié)音量;實現(xiàn)遠程控制音響的開關(guān)，調(diào)節(jié)音量;實現(xiàn)遠程控制播放器的開關(guān)，切換節(jié)目，調(diào)節(jié)音量等功能，系統(tǒng)控制界面如圖1所示。

2.4? 安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)包括門禁、視頻監(jiān)控和入侵檢測。門禁由可視門口機、視頻顯示器、密碼系統(tǒng)、機械帶反饋電子鎖、一鍵開門按鈕、指紋識別系統(tǒng)、門磁探測器組成，實現(xiàn)指紋錄入權(quán)限解鎖，密碼解鎖，密碼加身份識別解鎖，一鍵解鎖等功能。采用網(wǎng)絡(luò)攝像機進行視頻監(jiān)控，具有IP地址和MAC地址，用于遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控。采用紅外探測器進行入侵檢測，遭到非法入侵時會自動觸發(fā)報警器報警。遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行界面如圖2所示。

3? 智能家居實訓(xùn)室建設(shè)實踐

3.1? 主要設(shè)備選型

根據(jù)實訓(xùn)室建設(shè)方案，主要設(shè)備選型如表2所示。

除以上主要采集控制設(shè)備外，需配備配套的設(shè)備，如窗簾、電視機、播放器、音響、排氣扇、報警燈等。

3.2? 控制系統(tǒng)實踐

智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成拓撲圖如圖3所示，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備如溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器等節(jié)點，紅外控制和窗簾控制設(shè)備如窗簾、報警燈、紅外遙控模塊等，安防門禁設(shè)備如門磁、指紋器等與Zigbee協(xié)調(diào)器進行短距離通信。智能網(wǎng)關(guān)嵌入式主板集成了ZigBee無線通信模塊和Wi-Fi模塊，和平板電腦終端、智能手機終端、PC監(jiān)控服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)連接通信，構(gòu)成一個完整的智能家居采集控制系統(tǒng)。用戶可以在網(wǎng)關(guān)、手機等不同設(shè)備上實現(xiàn)對家中環(huán)境的檢測和設(shè)備的控制。

智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，系統(tǒng)軟件主要包括無線網(wǎng)絡(luò)傳感器數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網(wǎng)關(guān)基于Qt的智能家居系統(tǒng)軟件、基于Android的智能家居系統(tǒng)軟件、基于C#的智能家居系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)提供基于B/S體系結(jié)構(gòu)的智能家居網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控軟件，同時連接到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺，可以通過WEB端軟件和Android手機端軟件，同步實現(xiàn)外網(wǎng)遠程訪問。不僅能完成遠程查看加入網(wǎng)絡(luò)中各類探測器的數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，還可以遠程控制或加入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和節(jié)點。

學(xué)生分組實踐操作，可以進行設(shè)備安裝布線、系統(tǒng)配置維護、軟件編程、調(diào)試等訓(xùn)練，掌握智能家居系統(tǒng)所需的基本技能。主要實訓(xùn)項目如表3所示。

4? 智能家居實訓(xùn)室建設(shè)意義

職業(yè)院校的人才培養(yǎng)，主要注重技能的訓(xùn)練，所以對于新興的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)必須要有配套的實訓(xùn)室，給學(xué)生提供一個動手實踐的場所。實訓(xùn)室建設(shè)的合理性、適應(yīng)性會很大程度地影響學(xué)生的實踐能力。本文探討的智能家居實訓(xùn)室，采用市場上主流的設(shè)備和技術(shù)，具有一定的實用性和代表性，經(jīng)過實踐證明本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全符合需求。

有了智能家居實訓(xùn)室，教師可以在實訓(xùn)室進行理實一體化教學(xué)，學(xué)生可以接觸前沿的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識，系統(tǒng)學(xué)習(xí)智能家居相關(guān)理論和實踐，同時可以進行創(chuàng)新開發(fā)實戰(zhàn)，切實提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。對于教師而言，實訓(xùn)室也提供了一個科研平臺，教師可以在此平臺上進行理論研究、實驗、工程項目開發(fā)。同時也為教師參加教學(xué)、技能比賽提供了一個環(huán)境，進一步提高教師的專業(yè)水平。

5? 結(jié)? 論

2014年，我校設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，2015年建設(shè)成立了物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)基地，智能家居實訓(xùn)室作為實訓(xùn)基地的重要組成部分，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)、教師發(fā)展提供了一個合適的平臺。智能家居實訓(xùn)室建設(shè)方案切實有效，實訓(xùn)項目設(shè)置合理可行，提供了理實一體化的教學(xué)平臺，培養(yǎng)了一批合格的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展輸送了一批技能人才。

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作者簡介：袁銘（1984—），男，漢族，浙江嵊州人，講師，碩士研究生，研究方向：電子信息與通信。