物联网实验室建设方案

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天津高校物联网实验室建设方案
建设背景
随着社会的快速发展，移动通信网和互联网的广泛应用，以及信息采集于计算机技术的迅猛发展，大规模的发展物联网的相关产业时机日渐成熟。2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 同年奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。“智慧地球”战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

目前，物联网技术仍一个新兴技术阶段，正在飞速发展。学习与掌握物联网的技术理论，发展方向与行业应用是目前高等教育的重点核心目标。2010年最新的教育部通知已经将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点，鼓励各大院校申报该专业。
为此可预测物联网崛起以势不可挡，在不久将来物联网将给我们的生活带来改革性的变化。
物联网与建设实验室意义
2.1物联网介绍
物联网是指通过GPS、传感器、RFID、全球定位系统、激光扫面器等信息传感技术，按约定的协议获取物理世界的各种信息。通过网络（如WIFI、2G、3G）接入方式，进行信息的传递与交互实现物与物、物与人的范在连接，通过智能计算机对信息分析处理，从而提高对物质世界的感知力，以实现智能化感知、识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，可广泛应用于各行各业，如把各种传感器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，形成物联网，通过无线信息的收发，便于通讯和监管，不用数据线，成本低，使用便利。物联网将物理世界网络化、信息化，对传统的分离的物理世界和信息空间实现互联整合，代表未来网络发展的趋势。是继计算机、互联网之后的信息产业又一次浪潮。目前物联网理论与技术已成为中国以及各国竞争的焦点与制高点。
从构架上看物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。（如下图所示）感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。

2.2建设意义
物联网是国家大力发展的战略性新产业是未来社会发展主流之一，物联网的发展离不开高端人才的支撑，而物联网高端人才储备量将间接制约着中国社会经济发展，因此培养物联网高端人才成为国内教育事业的重点核心工作。
从“智能地球”到“感知中国”物联网倍受国际关注。物联网应用更是被评定为未来四大高新技术产业之一，可预见，物联网是继互联网之后的又一个新兴产业。物联网的广泛运用必然也会对传统行业起着巨大的拉动作用。
建设物联网高校实验室有一下几点优势
①可以培养行业人才符合社会对物联网人才的需求
②有利于学校自身的发展建设
③能使学生、教师、学校以及整个物联网行业受益
方案建设
（一）建设物联网基础认知科研实验区
　　物联网基础认知科研实验区主要用来开展物联网的信息采集、处理、通讯、控制等研究实验和物联网相关技术的应用研究，以及硬件产品的使用教程。
本实验区开展的物联网认知科研实验涵盖如下专业内容：
1、RFID 认知知识群　　
本实验群涵盖的实验研究内容：电磁技术基础，RFID 标签算法，EPC通讯协议和原理；大功率RFID 读卡器原理和设计，RFID 和物联网数据库结构和原理。
2、物联网传输层认知知识群　　
本实验群涵盖的实验研究内容：物联网网关原理和结构，GSM/GPRS 技术原理，3G 技术原理和结构，M2M 数据传输和远程通讯，嵌入式和高级实时操作系统在物联网系统设计技术等。
3、单片机和嵌入式认知知识群　　
本实验群涵盖的实验研究内容：8051 单片机、ARM 嵌入式技术、微机原理，接口技术、微控制器体系和原理、实时操作系统、C 语言编程技术。
4、无线通讯和无线网络认知知识群　　
本实验群涵盖的实验研究内容：短距离无线数据通讯基础和原理，无线自组网技术，ZIGBEE 无线技术和802.15.4 无线标准。网络安全和加密技术，C 语言和无线网络算法高级技术原理。
5、无线片上系统认知知识群　　
本实验群涵盖的实验研究内容：无线单片机通讯接口结构和原理，无线有线收发器结构和原理，通讯结构和原理，嵌入式软件基础等。
本实验区可以支持以下认知型科研实验：　　
1、数据感知检测类　　
图像采集、声音采集、温度采集、湿度采集、气压采集、CO含量采集、振动采集等等常规采集。
2、近距离蜂窝通讯类　　
基于2.4G无线的通讯RF2401A、基于433M的通讯、ZigBee、CC1100等的近距离通讯过程。
3、远距离无线传输类　　
GPRS无线传输、3G无线传输实验、2KM数传电台数据传输实验。
4、有线类数据通信过程　　
SOCKET模式、WEBSERVERS模式、HTTP模式、TCP/UDP模式、RS232模式、485模式、电流环等任意，达到双方的通讯过程。
5、数据汇总处理类　　
常规算法实现例如求和、求平均、数据分布与趋势等。
6、界面展示类　　
PC界面展示、LED屏幕界面展示、嵌入式平台界面展示。
7、输出控制类　　
输出LED灯闪烁报警、继电器动作进行拉闸操作、摇杆动作等，输出声音或者语音提示标识等。
（二）建设物联网应用科研实验区　　
物联网应用科研实验区开展典型应用认识型研究实验和典型物联网应用的应用型研究实验。
　　物联网应用实验包含物联网应用场景描述、需求分析、系统集成流程，基于现有产品面向具体应用的监测体系建设和运行。
　　
1、物联网物流系统　　
（1）实验背景　　
物联网物流系统是一个基于识别技术为货物识别追踪、管理和查验货物信息的平台，系统将先进的识别技术和计算机的数据库管理查询相结合，自动识别货物信息，该系统的应用能大大节约人力物力。
（2）实验研究内容　　
①存货管理实验。模拟货物流通的过程，利用标签打印机，分类打印标签贴纸将货物放置货架。系统记录货物所在区域和数量，当某种商品数量少于预警值时，系统自动提醒。研究物联网条件下的库存管理特点。
　　②防窃控制实验。在应用科研实验区的物流实验所有出口都装上读写器，当贴有标签的货物被拿出出口时，系统提示货物被盗。
③货物信息实时性实验。通过扮演收件员、地区代理站、派件员的模拟货物流动、交付体现物流过。每人手持一个读写器，当读写器扫描货物时，将扫描到的信息利用无线传输到主机，主机将详细的信息公布在网站上的实时查询系统 ，为客户提供实时查询，提高客户满意度。
2、智能农业系统

（1）实验研究背景　　
农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络， 通过各种传感器采集信息， 以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程检测和控制的生产设备。
（2）实验研究内容　　
①光照、温度、湿度传感器对模拟大棚进行管理和检测，并把相关的数据通过无传输模块传回服务器，服务器上的管理系统对这些数据作出控制算法。研究光照、温度、湿度传感器的工作机理、适应领域以及偏差处理，梳理、优化信息传递过程、路线以及控制信息的智能反馈机制。
　　②架设超声波、音量和音频传感器，通过模拟老鼠的小动物穿过传感器，系统接收到这些信号后，发出警报，采取相应的灭鼠、灭虫等应对策略。研究超声波、音量和音频传感器的工作机理、适应领域以及偏差处理，对策略、时效、动作控制等进行归类和性能优化。
　　③使用流量传感器，利用计算机系统模拟自动控制农田水利灌溉。研究流量传感器的工作机理、适应领域以及偏差处理。
④假设加温设备、通风设备、光照等模拟设备，在控制中心按照算法需要进行加温、通风、光照时给出相应的控制动作，达到温室大棚环境的自动调节处理。
⑤生长周期监控，根据要求控制成熟率采摘。特定某种果物在生长几分熟时进行采摘提示。
3、智能超市系统
（1）实验背景　　
射频识别技术应用于超级市场，能迅速查询、调用各商品的信息，能对商品的信息实时改写和对商品进行远距离的群识别，达到宏观管理、实现信息共享、提高工作效率的目的；而且能加快顾客支付速度，提高顾客的满意度和忠诚度，降低超市的风险度。
（2）实验研究内容　　
①实验室模拟超市设立货架，利用RFID标签打印机打印商品一维和二维条码，贴至虚拟商品上，然后用手持RFID对货品扫描并分类摆放。研究物联网条件下的出库、上架、盘点业务特点。
　　②模拟一个超市收货通道，收货通道是集成了RFID阅读器的收货口，当带有贴有RFID电子标签的货物经过通道时，系统可以自动扫描，并显示在系统的计价单中。研究物联网条件下的超市点货、支付过程的特点。
　　③自主设计超市卖场的产品从进库上架、购买、付款等过程，探索新的超市服务模式。
（三）建设物联网创新科研实验区　　
物联网创新科研实验区开展物联网条件下的电子商务技术、模式等创新研究。创新科研实验区支持以下科研实验：　　
1、传感采集控制开发　　
通过图像采集、声音采集、温度采集、湿度采集、气压采集、CO2含量采集、振动采集等等常规采集方法、处理流程的实验，研究掌握现有的和未来可能发展的各种传感数据采集方式以及传感数据采集设备、传感及控制设备的设计和开发。根据实际应用环境设计、开发、使用、维护不同的物联网数控设备进行创新性地科研。
2、通信网络开发　　
通过学习研究数据、设备的通信、网络传输、数据接入等方面的内容，掌握基于2.4G无线的通讯、基于433M的无线通讯、ZigBee、CC1100、数传电台等的近距离通讯过程和GPRS无线传输、3G无线等远距离无线传输，掌握有线类数据通信例如SOCKET模式、WebService模式、HTTP传输模式、TCP/IP协议、UDP协议、RS232模式、485模式、微根模式等的应用和开发特点。根据实际应用环境创新性地设计、开发、使用、维护在各类通信系统中组织传感和控制信号的应用设备等。
3. 系统应用开发　　
通过研究和掌握物联网技术在不同应用领域的上层应用设计、数据安全、系统集成、数据使用，可以根据实际应用领域和应用实例创新性地设计、开发、使用、维护全面的物联网行业应用系统等。
项目实施
1：确定项目人员。
由公司选取优秀团队全力对此项目进行规划、设计、施工、维护到试运行以及整个项目的完工投入使用以保证项目的顺利完成。
2：前期调研与现场勘测。
由公司派遣负责人与用户负责人沟通勘测，做好前期铺垫工作。
3：规划平面布置图与设备清单
根据用户意见以及场地的勘测制作出平面布置图与客户沟通并予以确认双方达成最终共识。设备清单交予负责人并予以确认。
4：协定项目施工过程计划书
与客户协定施工计划书，制定项目进度计划，做好进度失控措施，以及严格的质量控制。
5：实验室功能检测与交付使用文档
项目完工后可由公司项目负责人陪同客户对设备以及功能进行演示、检测以及确认，并对项目进行交接。
方案解决公司：摩佰尔（天津）电子科技有限公司
摩佰尔（天津）电子科技有限公司
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