一套构思完整的物联网实验室建设方案

一套构思完整的物联网实验室建设方案

物联网是通过各种传感设备，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、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。

1999年美国麻省理工学院（MIT）首次提出物联网的概念，是指把所有物品通过射频识别（RFID）等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络。国际电信联盟（ITU）在2005年的年度报告中对概念的涵义进行了扩展，该报告中指出，信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，而万物的连接就形成了物联网。在这份报告所提到的物联网中，除RFID技术外，更多的新技术，例如：传感器、纳米、嵌入式芯片等技术被广泛应用。

2009年初，美国已将新能源和物联网列为振兴经济的两大武器，世界其它国家、公司、团体都将物联网的发展提升到了战略高度，相关的技术、应用、产品也得到了极大的发展。我国也开始加速推动物联网的进程，我国的物联网发展与世界基本同步，目前传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案也被采纳。2009年下半年以来，物联网概念火遍中国，中央、地方、企业都从各自角度展开了一系列行动谋划和进入物联网—2009年10月，科技部同意在无锡太湖国际科技园建立国家（无锡）传感网国际科技合作基地，以加快引进国际领先的传感信息技术，推进国内传感信息产业的发展。

在物联网的产业价值链中，有着众多的参与者，传感器企业、RFID 芯片企业、RFID 读卡器企业是最早被关注的，各种传感器不断翻新；还有各种电子设备制造企业，海尔已经让其冰箱上网了，交通管理系统根据行车的速度和位置随时发布各条道路的交通状况，广告公司利用物联网随时更新其户内和户外电子广告内容，联邦快递可以在每个物流环节更新其递送物品的位置，供其内部管理人员和客户的查询。物联网相关技术的人才的培养需要相关的各种条件，主要包括物质条件、人力资源条件、技术积累等。

物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系,感知层主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器以及M2M终端、传感器网络和传感器网关等，在这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体，采集、捕获信息。感知层要突破的方向是具备更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化和低成本的问题。

完备的无处不在的移动通信网络是物联网发展的基础条件,中国移动在物联网的实践与创新是把移动通信能力向下与感知层结合起来，通过在机器内部嵌入GSM/TD通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求，即M2M应用。目前中国移动在M2M领域已形成一整套拥有自主知识产权的技术标准、解决方案和相关产品，并已面向政府、行业和家庭开展多样化的物联网应用实践。

物联网创新实验系统可实现多种物联网构架，面向各大高校及大专院校的专业教学及创新

和竞赛，提供了众多实验例程，便于学生熟悉和掌握物联网的构成及实际应用。

物联网实验系统包括硬件设备、软件资源、实验资源三大部分。硬件设备包括微型无线传感器、RFID、GPS、TD-SCDMA和其他配套设备。软件资源包括系统网络软件，嵌入式网关软件，PC数据管理与分析软件，实验资源包括基于控制器的基础实验、传感器信息采集实验、无线信号收发实验、Zigbee网络通讯实验、及组件控制实验等，通过对这三部分资源的充分学习，可为物联网工程应用打下坚实的基础，并能通过不同传感器的特性，不同网络的组成形式，开发出更多实用性强的物联网应用模式。

硬件设备

物联网Zigbee技术教学实验平台

实验平台实验内容组成

1、协议分析层面：Z-Stack寻址：间接传送；单播传送；多播（组播）传送；广播传送

多对一路由选择协议等。2、网络拓扑层面：星型无线传感器网络；树簇型无线网络；网络同步；加入/退出网络等。3、传感器节点层面：温湿度传感器实验；光电传感器实验；压力传感器实验等。

微型无线传感器

微型无线传感器分为温度，湿度，光电，触力等多种传感器。每个节点由MCU/RF部分、传感器部分和电源管理部分组成，包括智能三项传感节点与智能触力传感节点。

（1）智能三项传感节点

支持温度，湿度，光电三种传感器，支持2.4G无线组网，配备按键输入和LED输出，支持电池工作，并配套电池充电功能。

（2）智能触力传感节点

支持压力传感器，支持2.4G无线组网，配备按键输入和LED输出，支持电池工作，并配套电池充电功能。

通用传感器以及被控对象

通用传感器以及被控对象包括通用调试器母板，红外模拟传感器母板，超声波模拟传感器母板，酒精浓度传感器母板，电机控制器母板等。每种母版均支持对微型无线传感器的程序更新与调试，母板可独立控制自身硬件，也可联合微型无线传感器进行联网，实现网络化控制。系统配置一个无线线网络电源充电模块，同时支持8个无线模块的供电或充电。

嵌入式网关

嵌入式网关采用嵌入式PXA270系统。

（1）核心板

CPU：Intel XScale PXA270 520MHz

SDRAM：64Mbyte

FLASH：32Mbyte

以太网：100M Ethernet controller (LAN91C111)

CPLD：Xilinx 95144 (117 User IO)

接口：160 PIN 接口

（2）底板

以太网接口：100M 以太网接口1 个

视频：4.3寸TFT LCD（包含触摸屏和有机玻璃外壳）

音频：AC97标准音频输入输出接口

USB CLIENT：1 个，支持PC与设备同步

串行接口：3 个，UART0是系统的调试端口；UART1是带有流控制的5线串行接口，可以连接GPRS/GSM-Modem；UART2是标准的3线串口（等等）

软件资源

1、无线传感网软件

2、嵌入式网关软件

3、PC数据管理与分析软件

实验资源

实验从无线网络处理器的基本实验，逐步进阶到无线数据采集通信的高级实验，即能满足基础的教学要求，又能加强学生的实际应用能力。基于CC2430的实验CC2430是TI 2.4G无线网络的主流控制器，是微型无线传感器的核心控制器。实验内容共计63个。