高校物联网实验室建设初探

高校物联网实验室建设初探2011.04.25主要内容123物联网专业实验室建设解决方案举例物联网专业实验室内容、架构分析物联网专业实验室需求分析物联网的产业链条涉及传感器、芯片、设备制造及软件应用等行业，将拉动各国经济的发展作为新一轮的信息技术革命，物联网已经上升为国家战略，温总理曾在2011政府工作报告中指示：促进物联网示范应用高校作为培养高层次人才的“主战场”，应针对性地设置“物联网工程”相关专业，有目标地培养“物联网工程”专门人才物联网的广阔前景引起了产业链上各行业的青睐，我国已有60多所高校设置了本科物联网专业，有些学校的物联网专业已招收2届本科生了物联网的战略需求及人才培养需求使实验室建设迫在眉睫建哪些？如何建？1.1物联网实验室建设的迫切性物联网专业实验室需求分析物联网专业特点物联网专业培养要求物联网实验室建设目标物联网专业实验室需求分析–物联网是典型的交叉学科，涉及电子、计算机、测控与通信等多领域相关专业知识–物联网专业培养的人才，不仅要掌握传感器、微处理器、嵌入式技术和相应的软件技术，还要掌握无线通讯、高频设计、低功耗、无线传感网络以及3G无线网络设计等最新技术–物联网不同于其它专业，是现有信息技术综合集成化的产物，它的呈现形式是“一个实际落地的应用系统”物联网专业特点1.2物联网专业实验室需求分析–物联网专业应用的多样性，要求我们必须培养宽口径人才–要重视基础训练，同时，要求培养应用系统综合开发能力–物联网应用性非常强的学科，仅传授技术是一定不够的，一定要立足实践，从应用入手，要落地物联网专业培养要求1.2物联网专业实验室需求分析1.2物联网专业实验室需求分析–实验室建设应重视基本应用开发能力培养–实验环境能培养学生对实际物联网应用项目的整体把握的能力–有条件的建立宽泛实验环境，增加学生选择的机会，鼓励创新精神物联网实验室建设目标主要内容123物联网专业实验室建设解决方案举例物联网专业实验室建设方案分析物联网专业实验室建设需求分析物联网实验室生产实习专业群认识基础课程实验课程设计竞赛活动毕业设计科研创新2.1物联网专业实验教学环节分析2.1.1新生认识专业群新生入学后需要了解自己选择的专业–其它专业的经验：通常的做法是参观专业实验室或以PPT的形式向学生展示专业的发展史及其对人类生活的影响，使学生获得对自己专业的初步认识物联网专业是新生事物，专业发展历史很少，还没有规模成功的应用案例。使新生了解物联网专业需要新的解决方案：–根据学校所处行业特点，建立特定行业的物联网“综合演示实训中心”–通过参观物联网综合演示实训中心，“观看后思考”，使学生获得对物联网专业及其应用的整体认识，激发学生对自己专业的兴趣观与思同在2.1.2生产实习其他专业的经验通常带领学生到工业生产现场进行参观见习，使学生了解必要的专业生产知识和专业管理知识，获得对本专业相关行业领域较深刻的感观认识新兴的物联网专业可供学生去工业生产现场进行参观见习的机会很少。需要新的物联网专业实习解决办法：建立“物联网综合演示实训中心”让学生“体验实践”利用地方政府建立的物联网示范基地学校自建或者校企合作共建实训中心观与思同在2.1.3专业基础学习——学与做同行物联网专业工程性更强，对培养人才的动手能力有较高要求，因此，需要加强实践教学环节¤建议一：完善丰富专业基础教学实验室，满足多样化需求¤建议二：丰富课程设计的综合实验内容，设计制作课程设计套件，如果指导教师时间紧，可以采用第三方的提供的产品方案谚语：“我听到的会忘掉，我看到的能记住，我做过的才真正明白”竞赛对校内课程体系改革有推动，它进一步开发了学生的创新意识和能力，为更新教学内容和方法提供了实践的平台。竞赛对“创新”、“理论付诸实践”、“团队合作”三个方面的有积极的帮助促进学校的基础知识教育和提高学生综合能力2.1.4学科竞赛——促进增长参加全国大学生电子设计竞赛，它涉及了很多物联网基础内容，从发展趋势看，后期也会有物联网方向相关的题目组织开展校内或基础单科竞赛，普及受众面，例如单片机应用竞赛、zigbee芯片应用竞赛组织开展创意型竞赛，学生自己命题，时间适当延长，先交论文，后评作品，类似挑战杯＋指导力量不足学生作为主体参与的科研活动，往往离不开教师的指导；激烈的竞争环境使教师教学科研任务繁重，难于抽出太多时间为学生提供高质量的指导科研载体有限场所、设备有限可以参考的、规范的创新流程和技术文档少可以借助的技术支持力量少解决方案-教师去公司参加培训，工程师来校园开展讲座、培训；-建立完善的《应用实训中心》，丰富实训项目软、硬件资源；-加快开放性实验室建设-先开展微创新，再实施创新2.1.5科研创新典型问题科技成就梦想创新引领未来谚语：学书不比临古人，必堕恶道实训项目的要求–典型的项目最好来自业界，且高于业界–有规范的功能规格书，设计文档、实习题目的源代码供学生临摹，在此基础上进行学习、变化、创新–既能培养良好的物联网工程师职业素养，又能培养学生的创新能力，减轻教师负担–教师可以通过参考源代码快速掌握项目核心内容以及系统功能的实现过程，便于在指导学生进行实践活动微创新——临摹业界成熟实训项目其他专业的经验学生参与教师的科研项目、完成教师自拟的题目或者到企业做毕业设计新兴的物联网专业新事物、专业经验积累不足、项目案例少。物联网毕业设计可行、高效的解决方案是：校企合作：“走出去，请进来”建立开放的“物联网应用实训中心”以及“物联网综合演示实训中心”采用实训平台提供的开发流程、规范化文档以及丰富的资料，可以提高毕业设计的效率，缩短毕业生到职业化工程师的差距2.1.6毕业设计——学与做同行针对高校的行业特点，建立特定行业应用的大中型系统实训中心。提供专业认识、科技创新、科研、毕业设计等内容综合演示实训类实验内容拓展策略与步骤构建通用典型的物联网小型系统以及中规模应用系统。提供专业认识、课程设计、科技竞赛及创新相关的实验服务应用实训类提供学科基础课程实验，进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养基础教学实验类2.2高校物联网专业实验内容设置传感器实验室单片机实验室FPGA实验室嵌入式系统室RFID实验室计算机编程实验室计算机网络实验室物联网实验室群综合演示实训中心基础实验中心应用实训中心智能停车管理实训室智能农业实训室智能建筑实训室智能物流实训室智能电网实训室智能家居系统智能安防系统智能消防系统智能门禁系统智能教室系统智能校园系统智能家校通系统实验设备智能管理系统2.3高校物联网专业实验室架构主要内容123物联网专业实验室建设解决方案举例物联网专业实验室建设方案分析物联网专业实验室建设需求分析智能家居实训平台…温室大棚实训系统停车管理实训系统…•物联网基础实验平台•3G实验平台、FPGA实验平台•嵌入式系统、单片机开发实验箱•竞赛、创新实训套件…物联网实验设备分类综合演示实训类应用实训类基础教学类3物联网实验类型与解决方案第21页3.1《综合演示实训中心》——智能家居功能楼宇对讲、安防视频监控室内灯光、窗帘控制家电控制家用电器远程操控访客环境、灾害远程监控与报警老人健康监测家庭能源管理社区信息查询与服务融合多种物联网技术，背景熟悉，适合各类院校采用。多个子系统、模块化，丰俭由人具有典型物联网整体解决方案特征特点技术架构凌阳综合演示实训中心解决方案涵盖了丰富的物联网技术•涉及电子技术、传感器技术、单片机、无线传感网RFID技术、嵌入式网关、中间件、电机控制、计算机、网络通讯、音视频多媒体技术物联网理论实际应用的经典集成•通过网络管理家居设备，如家电、照明、窗帘控制；指纹身份识别；图像采集与编解码、图像留言；声音采集与编解码；室内外遥控、定时控制；电话、计算机远程控制有众多子系统，适合综合演示实训•通过多中子系统的实训提升学生的工程实践能力•提高学生对实际物联网应用项目的整体认识与把握智能家居综合演示实训中心特点60个专业认识、生产实习体验式实训项目30个课程实习项目10个科技创新项目6个深度开发方案四个层次的实验，100个大小不同的项目，方便教师因时施教高品质的标准化文档资料，简洁、易读免费技术支持与服务免费提供凌阳正版开发工具设计说明书（电路原理图、程序流程图、安装测试说明）提供体验实践和课程实习的全部规范源代码凌阳教育对师资提供专业培训工程师及驻地公司代表提供快速响应支持支持校企合作智能家居综合演示实训中心优势3.2《应用实训中心》——解决方案RFID智能车辆管理实训系统智能温室控制实训系统应用实训中心举例3.2.1智能温室控制实训系统需求分析主要功能应用物联网技术，通过对影响植物生长的光照、湿度、温度等几个重要因素进行实时的智能化监测和控制，并通过手机短信通知农户，实现了现代化低能耗的农业生产涵盖技术传感器技术单片机技术嵌入式技术网络技术传感网技术自动控制凌阳物联网智能温室控制实训系统系统监测功能温、湿度、光照度监测安防监测功能视频监测功能局域网远程访问GPRS访问控制参数设定及浏览显示实时数据曲线存储显示历史数据/曲线ZigBee协调器嵌入式网关无线网卡无线路由GPRS模块触屏液晶显示器用户用户USB摄像头温度传感器节点ZigBee路由器光照度传感器节点热释红外传感器节点控制节点湿度传感器节点硬件资源温度传感器湿度传感器光照度传感器红外感应传感器烟雾探测传感器噪声/声音传感器金属探测传感器超声波测距传感器系统控制功能控制风扇散热控制环境升温控制空气加湿实验内容5个层次34个进阶实验因时、因材施教–15个单片机实验–4个温室传感器实验–4个ZigBee操作系统实验–5个ZigBee2006协议栈实验–5个嵌入式网关实验–1个物联网综合实验九大实训功能温、湿度监控功能控制风扇散热功能控制环境升温功能控制空气加湿功能安防监测功能光照度监测功能视频监测功能局域网远程访问与控制GPRS网络访问与控制控制参数设定及浏览显示实时数据曲线存储显示历史数据曲线凌阳物联网智能温室控制实训系统特点3.2.2物联网RFID智能车辆管理系统需求分析身份识别语音提示道闸自动控制信息记录图像摄取满位显示视频监控小区内远程监控中心系统控制端入口控制检测出口控制检测ETC无人管理电子钱包自动计费时间显示Inter网远程访问手机远程访问Wifi无线网络技术RFID技术嵌入式系统技术图像处理等技术语音单片机传感器信息采集电机控制凌阳智能车辆管理实训系统平台规范的文档资料开发说明书组装测试说明使用说明书全部规范的源代码（含单片机、嵌入式、智能车代码）出口入口ARM控制中心凌阳61板电控路闸车辆检测器LED显示语言播报读写器RFID电子标签凌阳61板电控路闸车辆检测器LED显示语言播报读写器RFID电子标签可完成科技创新竞赛活动毕业设计专业认识拓展可完成智能交通管理车牌照识别无人驾驶车辆救灾机器人GPS货车追踪可完成车辆检测识别匝道控制智能小车功能自动寻迹自动蔽障速度检测3.3《基础实验中心》TextFPGA实验平台双核嵌入式平台基础实验系列设备物联网实验平台电子竞赛实训套件单片机平台3G技术实验平台电子竞赛实训套件3.3.1物联网实验平台需求分析传感器数据采集短距离通讯网关查询型应用•智能检索•远程抄表扫描型应用•手机钱包•ETC收费控制型应用•农业大棚•路灯控制监控型应用•物流监控•污染监控凌阳物联网实验平台——方案硬件资源实验内容技术支持与服务凌阳教育提供专业化师资培训丰富的资料支持校企合作工程师及驻地公司代表提供快速响应支持12种传感器控制执行功能语音人机交互自带电源供电模块化设计易于扩展创新5个层次、34个进阶实验，因时、因材施教15个单片机基础实验4个温室传感器实验9个ZigBee协议实验5个嵌入式网关实验1个物联网综合实验原创实验指导书基础实验课程设计科技创新竞赛活动毕业设计专业认识物联网实验平台应用拓展凌阳物联网实验平台——功能特点应用层传输层3.3.23G技术应用实验平台需求分析1应用层