维能通信物联网实验室方案

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1、维能通信物联网实验室建设方案南京维能通信技术有限公司2011年11月编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第22页 共21页一、方案背景2二、方案特色3三、物联网实验室方案介绍33.1实验室组成33.2实验室布局43.3实验室设备介绍6四、物联网实训平台124.1无线智能家居安防系统12教与学：134.2智能温室大棚控制系统154.3 RFID仓储物流18教与学：194.4农产品溯源19典型软件实现的功能：21教与学：214.5个人保健21五、物联网体验中心成功案例22一、 方案背景物联网是一个由感知层、网络层、应用层等构成的庞大的社会信息系统，涉及国民经济各行各业

2、、社会生活各个领域。物联网结构复杂，其连接范围及其功能远远大于互联网：它扩大连接到物品，实现物物(也包括人)相连，能够形成一个连接万亿个物品(设备)和数亿人的无比庞大的数据库，采集和存储着海量信息；它不仅能够分析处理信息知识，而且具有控制指挥的“智能”，从而具有处理和解决问题的功能。物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 此外，在“物联网”普及以后，用于动物、

3、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。美国权威咨询机构FORRESTER预测，2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务， 由此我们知道，物联网是继计算机、互联网和移动通信之后新一轮信息技术革命，是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力，是加速推进工业化、信息化融合

4、的催化剂。发展物联网，是实现技术自主可控，保障国家安全的迫切需要；是促进产业结构调整，推进两化融合的迫切需要；是发展特色新兴产业，带动经济发展的迫切需要；是提升整体创新能力，建设创新型国家的迫切需要。作为高校，适应经济发展要求，着眼未来，为物联网、传感网这类战略性新兴产业提供人才资源保障，这是历史赋予的使命，更是面向未来的理智选择！二、 方案特色l 系统学习物联网知识的实验平台：方案涵盖物联网的传感、传输和应用各层主流技术，由浅到深为用户提供完整的实验内容，同时配套详细的实验指导书。l 切身体验物联网应用的实训平台：方案通过各相关领域的应用实训，让学生不仅切身体验各种场景，而且，通过工程的形式

5、强化理论，达到知识的融会贯通。l 深入研究物联网技术的开发平台：开放的实验、实训软件资源，功能强大的硬件配套，是教师、兴趣小组做课题研究的得力助手；是锻炼动手能力，提高创新能力的理想选择。三、 物联网实验室方案介绍3.1实验室组成由各种硬件（实验柜、前端模块等）、软件构成的多功能实验室，提供了从基础的实验套件、模块到包含丰富模拟应用的实验柜，再到可用于工程上的物联网展示厅，形成从理论到实际应用的完整体系结构。 硬件组成：物联网实验柜系列物联网智能实验开发平台型物联网智能实验开发平台型物联网智能实验开发平台型物联网智能实验开发平台-A型传感器及控制模块玻璃破碎探测传感器雨滴传感器颜色传感器光强度

6、传感器三轴加速度传感器温湿度传感器烟雾感应传感器红外遥控模块指纹识别模块人体感应模块手机浇花模块窗帘遥控模块Zigbee实验套件Zigbee协调器模块 Zigbee路由器模块 Zigbee传感控制节点模块 样板间（实训）系统智能家居样板间智能停车场样板间智能物流样板间智能农业样板间智能交通样板间沙盘模型智能家居沙盘模型智能农业沙盘模型智能交通沙盘模型软件组成：应用软件基础实验：BEEP、AD、Telephone、Video电子秘书环境监测门禁检测音乐播放器智能家居安防系统软件系统软件物联网智能实验开发平台软件3.2实验室布局整个实验室主要有教学区、实训区。具体布局见下图：智能家居安防实训平台智

7、能温室大棚实训平台RFID仓储物流管理实训平台智能停车场管理平台教师教学区 学生实训区教学区：教师使用实验柜进行授课，学生可用实验柜进行基础和实训实验。在进行教学实验时，学生可进行分组操作。演示区：对于不同应用领域设计不同的样板间、演示沙盘。3.3实验室设备介绍物联网智能实验开发平台/型SeaIOT-DP01-C（简称型柜）、SeaIOT-DP02-C（简称型柜）物联网智能实验开发平台是把传感器技术、无线通讯技术、嵌入式物联网应用技术整合一起的专业型研发及综合实训平台。两种型号的主要区别是外观和结构，型柜多了可容纳PC机的空间。与普通的实训系统相比（1） 物联网应用软件更为专业、高端、智能化，

8、完全面向终端产品应用开发设计 （2）前端传感器采用模块化设计、独创加入机电一体化功能（3）无线通讯系统支持多种通讯协议，如433M、ZIGBEE、蓝牙、WIFI及3G等，构建了多网融合的构思，实现了不同网络的信息交互。本综合实训平台采用三星公司主频为400MHz的高端S3C2440微处理器（可扩展800M 的S3C6410），前端采用TI公司的MSP430低功耗单片机(433M及ZIGBEE功能)配合丰富的外围设备接口，是一款优秀的物联网学习和开发平台。网关核心配置：模块功能配置参数PCB板性能稳定，经过强电磁环境考验6层PCB设计处理器S3C2440A处理器 可升级S3C6410主频400M

9、Hz，可倍频至533MHzSDRAMRAM64M字节 2片HY57V561620(32M)NANDFlashNAND Flash128M字节 K9F1G08U0B 时钟RTC时钟12MHz系统外部时钟源；32.768KHz的RTC时钟源网关接口配置：模块功能配置参数PCB板性能稳定 2层PCB设计电源供电9V 、12VUART串口数据传输一个五线异步串口，一个三线串口，两个三线TTL电平扩展引出485 485数据传输一路485接口ADC 10位AD通道ADC接口SPI 2路SPI接口2路SPI接口PWM 外接直流电机外接直流电机网卡DM9000网卡100M网口，采用DM9000AE，带联接和传

10、输指示灯USBUSB Device，程序下载USB HOST，挂载USB设备一个USB Device接口三个USB HOST接口音频音频输出，输入一路立体声音频输出扬声器；另一路音频输入麦克风SD卡外接存储设备一个SD卡接口触摸LCD终端显示LCD和触摸屏接口，支持7寸TFT液晶屏VGA终端显示终端显示CANCAN总线数据传输CAN-bus规范V2.0JTAG调试配有下载调试板，可进行下载、程序仿真调试IIC IIC接口外接256字节的EEPROM存储单元ZLG7290控制的键盘和显示LED；GPIO GPIO接口蜂鸣器、LED灯、步进电机USB摄像头拍照、录像 中星微摄像头适用手持设备，摄像

11、监控方面。USB接口 中星微摄像头（30万）采用最经典稳定的中芯微301P方案，色彩逼真速率30fps/s，硬件30万，插值500万像素影像感光器件:高品质CMOS1/3inch,超CCD感光效果,VGA/CIF格式Video数据格式：8/16bit工作温度：0-40手机模块收发短信、语言通话、发送彩信PTM100 GPRS彩信模块功能指标三频段：GSM900/DCS1800/PCS1900MHzGPRS 多时隙 Class 12标准AT 指令集：GSM 07.07电源电压：3.4 4.3 V射频无线数据传输CC1100体积小（QLP 44mm封装，20脚） 真正的单片UHF RF收发器频率波

12、段：300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz 高灵敏度（1.2kbps下-110dBm，1数据包误差率） 可编程控制的数据传输率，可达500kbps 较低的电流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz） 物联网智能实验开发平台 A 型SeaIOT-DP03A(简称A型机) 创造性的集成了433M、ZIGBEE两个物联网开发平台，还集成了通过手机GSM网络控制的电器开关柜功能。下图是维能通信A型柜原理拓扑图，由图可见，A型柜由黄色的ZIGBEE无线传感网系统和绿色的433M无线传感网系统构成。主机部分采用三星S3C2440网关（可升级为三星S3C641

13、0嵌入式网关），其中433M部分标配10个无线传感网传感器节点，ZIGBEE部分标配8个无线传感网传感器节点。维能通信A型柜原理拓扑图参数说明：参数协议说明网络节点433M节点可选 CC1101 等型号CC1101-433 无线模块采用TI(chipcon)高性能无线芯片CC1101开发，是一种低成本、高度集成的UHF收发器，专为低功耗无线应用而设计。支持外接直流电源、干电池、USB口等供电方式，其中干电池供电模式可同时为传感器和CC1101长时间供电，便于有效范围内无障碍任意移动。Zigbee使用TI当下主流Zigbee解决方案中推荐的处理器CC2530F256；含有丰富的I/O端口、A/D

14、和各种常用外围接口(定时器、UART、DMA、中断等)；适应2.4-GHz IEEE 802.15.4；具有片内256K的可编程Flash，和8K的SRAM；工作电压2.0V-3.6V，超低功耗，支持休眠及唤醒功能；支持TI 官方Z-Stack2007/Pro协议栈；传输距离：可视距离400 米；基于IAR5.10.6 集成开发环境的工程仿真调试环境；支持形状网、树状网和网状(Mesh)组网方式；支持路由中继功能、网络节点自动修复功能传感器节点433M1. 温度检测模块2. 湿度检测模块3. 震动探测模块4. 玻璃破碎探测模块5. 气体检测模块 6. 烟雾检测模块7. 红外遥控模块8. RFI

15、D射频模块9. 指纹识别模块10. 其他传感器模块Zigbee1. 温度/湿度传感器: 用于检测当前环境温度/湿度2. 光强度传感器：用于检测光照强度检测3. 三轴加速度传感器：三轴数字加速度传感器模块4. 气压传感器：用于检测当前环境气压及温度5. 颜色传感器：检测颜色的传感器模块6. 雨滴传感器：用于对周围环境是否下雨等做检测7. 其他传感器模块嵌入式网关嵌入式网关处理器采用S3C2440（可升级S3C6410）微处理器，S3C2440A采用了ARM920t的内核，0.13um的CMOS标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。1. 64

16、M RAM，128M NAND FLASH2. 2 端口USB 主机/1 端口USB 设备（1.1 版）3. 3个UART，引出2个RS232口4. UDA1314解码器接口5. 7寸真彩色LCD，外带触摸屏，分辨率800*4806. 摄像头接口，支持中芯微芯片微型130万像素摄像头7. DM9000 10/100M网卡8. SD卡接口传感器及控制模块名称：温度模块名称：湿度模块名称：震动探测模块名称：玻璃破碎探测模块名称：气体检测模块名称：烟雾检测模块名称：红外遥控模块名称：RFID射频模块名称：指纹识别模块名称：光强度传感器模块名称：三轴加速度传感器模块名称：颜色传感器模块名称：雨滴传感器

17、模块名称：气压传感器模块名称：温湿度传感器模块名称：窗帘遥控模块名称：台灯控制模块名称：手机浇花模块 名称：摄像头模块名称：名称： 四、物联网实训平台无线智能家居安防系统左图为无线智能家居系统的设计框图，主要包括前端传感器部分，安防控制主机、报警部分和家电控制部分。前端传感器主要是使用各类不同用途的传感器探测家居环境中的物理参数，如烟雾、水浸、门窗等；安防控制主机主要实现这个系统的控制硬件和可视化软件；报警部分和家电控制部分是其实现的主要目的，异常情况下拉响警笛、拨出报警电话等；通过安防主机的无线通信开启或者关闭家电，使得家居生活更加安全，智能，方便。名称功能描述联发动作温度检测模块 通过检测

18、室内温度开启空调降温湿度检测模块检测室内湿度开启空调除湿玻璃破碎探测模块检测玻璃是否破碎触发GSM报警气体检测模块 检测液化气浓度开窗，触发GSM报警 烟雾检测模块检测室内烟雾浓度触发GSM报警红外遥控模块对各种家用电器进行控制RFID射频模块 用于门禁系统中进行身份识别指纹识别模块用于门禁系统中进行身份识别光强度传感器 用于检测光照强度检测控制电灯的开关雨滴传感器用于对周围环境是否下雨等做检测关闭窗户手机浇花模块通过主机远程实现自动浇花遥控窗帘模块通过主机实现对窗帘的自动控制台灯控制模块（压力传感器）通过压力传感器控制台灯的开关Zigbee协调器组建ZigBee无线网络，将传感控制节点采集的

19、数据传输到主机进行处理。GSM模块可发短信、彩信、拨打电话摄像头模块用于门禁系统中进行访客记录、拍照、录像主机模块信息处理中心，对于系统各方面的信息进行处理智能家居安防综合实训平台软件电子秘书基础实训环境监测基础实训门禁检测基础实训家庭安防基础实训家居安防综合实训平台教与学： 通过教师指导，学生利用可用模块搭建自己的硬件开发平台，提高学生的动手能力 搭建软件环境，了解wince内核编译过程，建立嵌入式开发环境（eMbedded Visual C+），学会用C+编写应用程序 通过电子秘书模块让学生学会GPRS和GSM相关知识。 通过环境监测模块，让学生学会在IAR中编程，掌握I2C、SPI总线协

20、议和CC1100无线收发模块的工作原理。 通过门禁系统模块，让学生掌握摄像头、人体感应等相关组件的编程 通过家庭安防模块，让学生掌握智能家居中关键功能的实现过程。 通过家居安防综合实训平台，让学生掌握整个系统的设计与实现过程，培养学生进行项目开发的能力。 以下实训基于433传感器转换为Zigbee；433相关程序改写成Zigbee程序；2440板升级到6410、A84.1无线智能家居安防系统初步采用VS2008编写（wince）。（修改原系统）名称功能描述联发动作温度检测模块 通过检测室内温度开启空调降温湿度检测模块检测室内湿度开启空调除湿玻璃破碎探测模块检测玻璃是否破碎触发GSM报警气体检测

21、模块 检测液化气浓度开窗，触发GSM报警 烟雾检测模块检测室内烟雾浓度触发GSM报警红外遥控模块对各种家用电器进行控制RFID射频模块 用于门禁系统中进行身份识别指纹识别模块用于门禁系统中进行身份识别光强度传感器 用于检测光照强度检测控制电灯的开关雨滴传感器用于对周围环境是否下雨等做检测关闭窗户手机浇花模块通过主机远程实现自动浇花遥控窗帘模块通过主机实现对窗帘的自动控制台灯控制模块（压力传感器）通过压力传感器控制台灯的开关Zigbee协调器组建ZigBee无线网络，将传感控制节点采集的数据传输到主机进行处理。GSM模块可发短信、彩信、拨打电话摄像头模块用于门禁系统中进行访客记录、拍照、录像主机

22、模块信息处理中心，对于系统各方面的信息进行处理智能家居安防综合实训平台软件电子秘书基础实训环境监测基础实训门禁检测基础实训家庭安防基础实训家居安防综合实训平台增加功能：远程访问控制（实现方式？点对点方式/Web服务器方式） 远程监控（网络摄像头） 能耗监测4.2智能温室大棚控制系统初步采用java编写（android）WIFI有线网GPRSGSM路由网关显示屏幕摄像头人体感应用户用户Zigbee主节点温度湿度光照风扇、 加湿器该实训平台将当前的物联网技术、嵌入式技术和无线传感器网络技术相融合，通过不同的传感器可高精度测量温室大棚内的各种参数自动实现大棚内保温、保湿、光照等，实时监测温室内部环境

23、。该平台还可通过GSM或PC进行远程访问和控制。温度传感器检测大棚内温度湿度传感器检测大棚内湿度光照传感器检测大棚内光照强度气体（CO2）传感器检测大棚内CO2浓度风扇控制模块根据光照度、CO2浓度等确定是否开启高清摄像头视频监控GSM模块远程监控太阳能增温系统控制白天有阳光时，太阳能系统蓄热，进行水循环换热控制，将蓄水箱中的水循环至太阳能吸热板（管）中；无阳光或夜间系统进行供热循环。温室脊热转移控制为了充分利用能源，温室内设置脊热转移控制装置，当屋脊温度高于35时，启动脊热转移装置（风机），温度降至25时停止。温室生态参数采集对温室生态及环境参数进行采集、处理及储存，当参数超出预定值时，能发

24、出报警及操作提示（相关设备）。视频监控包含一个微型摄像头，安装在主机板上，可以通过短信命令抓取图片并发送彩信给用户。另设置高清摄像机，进行现场高清图像采集。远程通信及报警采用GSM网络先进的无线分组技术，通过SMS进行远程传输，用户通过手机发短信访问控制器，包括短信请求传感器数据，报警信息发送到手机，短信进行远程控制设备开关. 并预留网卡接口，以便将来接入网络或通过GPRS访问。温室大棚控制系统报警系统模块远程访问控制模块环境监测模块温室大棚控制系统教与学： 通过教师指导，学生利用可用模块搭建自己的硬件开发平台，提高学生的动手能力 搭建软件环境，了解android系统编译过程，建立嵌入式开发环

25、境（ubuntu+eclipse），学会用java编写应用程序 掌握简单驱动的加载过程，如人体感应驱动的编写加载。 通过报警系统让学生学会编写串口、GPRS和GSM相关知识。 通过环境监测模块，让学生学会在IAR中编程，掌握I2C、SPI总线协议和ZIGBEE无线收发模块的工作原理。 通过远程访问控制模块，让学生掌握TCPIP等网络编程及其原理。 通过温室大棚控制系统，让学生掌握整个系统的设计与实现过程，培养学生进行项目开发的能力。 4.3 RFID仓储物流初步采用VS2008编写RFID仓储物流管理系统的目标是在仓库体系中建立一条基于RFID技术的快速通道，实现库房高效管理，收发货高速自动记

26、录。系统以RFID中间件为支撑平台，由收货、入库、盘点、出库等多个流程组成，各功能既可独立运行也可平滑连接，形成一个完整的基于RFID自动识别技术的仓储物流管理系统。系统配置服务器（PC）： 服务端软件（运行于PC机）；VS2008开发平台；Access数据库客户端（网络读卡器）：客户端软件（运行于WINCE系统中）无线WIFI通信模块配套的标签或卡实训内容串口通讯实验RFID读卡实验WIFI通讯实验以太网通讯实验Access数据库操作实验RFID仓储物流综合实验教与学： 学会在VS2008中编写C+程序 掌握串口通信原理 掌握电子标签的工作原理4.4农产品溯源初步采用VS2008编写为每一个

27、地块或一个品种设定一个标签，对该地块或该品种蔬菜从种植到打包上市的整个过程中的必要信息通过读入或输入设备进行及时初始信息的录入，如蔬菜的品种、生长时间，所喷施农药的名称及次数，所使用的化肥、收割时间等。在加工过程中，再对RFID添加加工单位、加工日期、加工过程所使用的添加剂、包装重量等信息。其过程为： 典型软件实现的功能：教与学： 学会 掌握串口通信原理 掌握电子标签的工作原理 了解超高频读写器的工作原理 了解专用电子秤的工作原理 4.5个人保健人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。状况：暂无资

28、料六、物联网体验中心成功案例序号项目名称功能要求1 开放式通道系统开放式通道防盗系统，以RFID 技术为基础，结合自动控制技术、计算机技术、无线通讯技术、视频技术，以全新的开放式通道门禁自动识别模式，当人员未佩戴受权代表证通过时，门禁会自动识别出来并且提出报警警示。能对私自带带有RFID图书出实训室有检测报警功能。系统由数据中心、开放式防盗系统、人员管理系统及身份卡组成。开放式通道识别设备，有三个感应区，而且卡片360 度旋转仍能感应。人员管理系统主要要求包括以下功能模块：语音功能 抓拍功能 人员管理 卡片管理部分要求进出门时能播报语音2客厅一 要求能够看到当前温度湿度气压值二 要求能通过红外

29、对射装置控制窗帘和灯的开关三 提供物联网ZIGBEE家庭影院控制：要求能提供对房间内电视、机顶盒的统一管理，用户可通过遥控器对房间内的设备进行控制和调用各种模式；要求触摸屏上界面可以在电视上对应显示；要求具备红外学习能力；要求具有支持影片的存储和播放功能；要求具有支持任意房间的音视频点播功能；要求具有红外、网络、RS232串口通讯等接口；要求能通过按键开关、遥控器或是触摸屏控制。四 通过家庭影院播放物联网宣传片3书房：RFID图书管理系统图书馆管理采用RFID技术，要求实现读者自助借阅、24小时读者自助还书、图书管理功能及安全防盗功能。提供物联网ZIGBEE灯光控制：要求通过遥控器调节灯光强弱

30、；要求用GSM手机短信控制灯开关；要求人坐在凳子上，头上的灯自动打开，要求人离开时，头上的灯自动关闭。4书房：空调提供物联网ZIGBEE家庭空调控制，能控制我校实训室现有的空调，要求根据设定的温湿度，自动开或关闭空调。要求能通过手机短信关闭空调5 卧室一、要求能根据卧室内有人无人控制窗帘、灯光的开关二、要求能测量人的体重和体温，并能播放相应语音 6花房手机浇花系统，要求通过短信开关浇花设备及定时功能趣味实验系统：要求能通过压力传感器触发喷雾装置 ，达到寓教于乐效果7厨房提供物联网家庭安防控制：要求烟雾报警时触发喷淋系统 ，并且语音报警。短信控制电饭煲开关8 学生设计体验系统要求包含十五种以上常见物联网传感器以及演示教学系统，能进行二次开发，能通过软件演示各传感器被触发报警实验。要求包含十种以上常见物联网传感器（不加电，与上面十五种不重复）并配以介绍，9 被体验系统要求能观察3种传感器工作状态物联网智能家居体验中心样板间成功案例平面图第 22 页 共 21 页