物聯(lián)網系統(tǒng)集成實訓室建設的探索與實踐

龔蘭芳

【摘 要】物聯(lián)網開發(fā)應用涉及電子、嵌入式開發(fā)、網絡通信、計算機等專業(yè)知識的綜合應用，針對高職的學生來說，更需要進一步掌握動手實踐能力，才能適應工作的需要。高等職業(yè)院校開展以實驗、項目開發(fā)為主的物聯(lián)網應用實訓則是一個極好的人才培養(yǎng)途徑。另外，實訓環(huán)節(jié)的教學工作是職業(yè)教育教學體系的重要環(huán)節(jié)。因此，建立符合人才市場需求的實訓室也成為專業(yè)建設的重要工作。

【關鍵詞】物聯(lián)網；實訓室建設；智能家居；社會服務

0 前言

物聯(lián)網是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信之后的又一次信息產業(yè)的革命性發(fā)展。目前物聯(lián)網被正式列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一。物聯(lián)網產業(yè)具有產業(yè)鏈長、涉及多個產業(yè)群的特點，其應用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。

物聯(lián)網專業(yè)作為一個全新學科，已經受到各院校的高度重視。2010年全國共有近700所本科院校向教育部提交了增設物聯(lián)網等相關專業(yè)的申請，教育部批準了30所大學設立“物聯(lián)網工程”專業(yè)，5所大學設立“傳感網技術”專業(yè)。同時，也有非常多的高職院校提交了“物聯(lián)網應用技術”專業(yè)的申報申請。我們經過兩年的大量調研后，在學校的大力支持下，依托計算機、電子信息等專業(yè)的優(yōu)勢，自動化工程系提交了建立“物聯(lián)網應用技術”專業(yè)的申請，于2012年7月獲得教育部正式批準，成為廣東省第二批設置“物聯(lián)網應用技術”專科專業(yè)的單位之一。為迎接未來物聯(lián)網產業(yè)在我國的高速發(fā)展，為物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展做人才準備，物聯(lián)網專業(yè)建設在未來幾年將會是全國高校的趨勢所在。到今年，我校的第一屆物聯(lián)網應用技術專業(yè)的學生圓滿畢業(yè)走上了工作崗位，走訪了了部分學生頂崗實習的企業(yè)，對我們的學生普遍評價都比較高，這有功于我們的實踐環(huán)節(jié)的學習，感謝我們的實訓室環(huán)境的建設。在這里，我將我們實訓室建設的經驗介紹給大家，以此共勉。

1 實訓室建設的必要性及主要項目

從“物聯(lián)網”的應用來看，我們認為有三個層次：一是，傳感網絡，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實現(xiàn)“物”的識別。二是，傳輸網絡，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網、廣電網絡、通信網絡或未來的NGN網絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算。三是，應用網絡，即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機、PC等終端進行。由此可以看到，“物聯(lián)網”的關鍵在于射頻標簽（RFID）、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數(shù)據(jù)計算等領域。根據(jù)已經制定的教學計劃安排，本專業(yè)已開出“無線通信技術”、“傳感器應用與檢測技術”、“單片機原理與接口技術”、 “無線傳感網絡技術”、“RFID技術與應用”、“綜合布線技術”、“局域網組網技術”、“嵌入式應用技術”、 “智能家居”、“智能樓宇”等系列課程，并設置若干課程設計、實訓課程，這些課程、課程設計、實訓都具有很強的實踐性，必須通過全面深入的實踐性教學，才能培養(yǎng)出合格的物聯(lián)網應用技術專業(yè)人才。

該專業(yè)的實訓室建設，我們分為兩期建設工程：第一期是智能傳感網實訓場——主要針對“無線通信技術”、“傳感器應用與檢測技術”、“無線傳感網絡技術”、“RFID技術與應用”等傳感網絡和傳輸網絡層次的單一的訓練；這個實訓室無法滿足系統(tǒng)性的實訓及“智能家居及安防系統(tǒng)”等應用網絡層次的綜合課程訓練、課程設計、實習和畢業(yè)設計的需要，這就有必要在一期主要訓練傳感網絡和傳輸網絡層次的單項能力訓練的基礎上建立一個系統(tǒng)性的物聯(lián)網技術應用網絡層次的集成綜合實訓室，就是我們的第二期實訓室建設。該實訓室是一期智能傳感網實訓場重要的能力培養(yǎng)提升部分，主要基于行業(yè)職業(yè)標準培養(yǎng)學生的技術應用，同時結合考證需要，以考證的內容為載體，在對學生進行綜合項目練習的同時也具備了職業(yè)技能鑒定的水平。目前已獲人社部批準的技能鑒定項目為“數(shù)字家庭技術集成師”，“高級物聯(lián)網應用操作員”，都屬于高新系列。本期的系統(tǒng)集成綜合實訓室是智能傳感網實訓場的組成部分，因此實驗室之間符合統(tǒng)一的技術平臺要求，設備和系統(tǒng)可以互聯(lián)互通，系統(tǒng)集成綜合實訓室既可獨立運行，又可聯(lián)網運行和管理。

另外，系統(tǒng)集成實訓室既要完全滿足考證的技術要求，同時也要盡量兼顧學院其他智慧系統(tǒng)的應用，提高實訓室的利用率。先進的信息化手段與教學的融合，已成為提高教學質量，提高管理服務水品、提升內部管理效率，減員增效的必要手段。在學校，課堂教學環(huán)節(jié)是學生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學環(huán)節(jié)的質量，提高教學水平的關鍵。現(xiàn)行的教學過程中，傳統(tǒng)的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認環(huán)節(jié)、提問互動環(huán)節(jié)、課堂小測試環(huán)節(jié)存在諸多問題。簽到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現(xiàn)象，結果不便于教師統(tǒng)計；提問互動環(huán)節(jié)和課堂小測試的環(huán)節(jié)中，教師給出簡單選擇后，學生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來判斷是否進行教學，沒有準確的數(shù)據(jù)，更不能考慮后期的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。傳統(tǒng)的教學方式已經不適應現(xiàn)代化教學的需要，基于物聯(lián)網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環(huán)境智慧調節(jié)、視頻監(jiān)控及遠程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)在逐步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學手段，給教育行業(yè)帶來了新的機遇。而智慧教室本身也是物聯(lián)網綜合應用項目之一，可作為學生實訓的一個實際真實的項目來練習。另一個會議室環(huán)境控制項目也將是學生實訓的一個實際真實的項目。本文將主要介紹第二期物聯(lián)網集成實訓室建設的內容。

2 實訓室具體主要建設內容

2.1 系統(tǒng)集成項目及考證項目實訓系統(tǒng)——聯(lián)動控制的智能家居模型

2.1.1 需要的環(huán)境與設備：

a.家庭組網：家庭網絡的搭建與組網；

b.安防報警：智能安防可以實時監(jiān)控非法闖入、火災、煤氣泄漏；

c.視頻監(jiān)控：實現(xiàn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控與圖像抓拍、錄像；

d.照明控制：控制照明的開關、明暗度， 支持情景模式；

e.窗簾控制：控制窗簾的開關，支持多種情景控制模式；

f.節(jié)能控制：控制電源節(jié)能，支持多種情景控制模式；

g.影音控制：控制電視、音響、空調、冰箱、窗簾、門窗等；

h.控制方式：可通過手機、PAD、電腦等不同方式控制；

i.場景控制：如回家開門后，燈、窗簾、空調等開啟場景模式；

j.多屏互動：PAD、手機、電腦，實現(xiàn)多媒體信息多屏體的無縫、實時、全自動推送，同時支持多媒體信息遠程推送功能；

k.系統(tǒng)調試軟件可自動感知系統(tǒng)設備的存在，并自動建立設備通訊，系統(tǒng)自動感知并自組網，設備免調試。

2.1.2 實現(xiàn)教學層次所需要的環(huán)境和設備：

a.聯(lián)動控制的智能家居模型，為帶花園的三層獨立別墅，配置各種家電及接受控制的各種仿真設備，學生可以非常直觀的看到完整智能家居方案設計及控制的結果；

b.聯(lián)動控制的3D智能家居場景仿真軟件，各種家居控制的現(xiàn)場效果都可通過該3D仿真軟件體現(xiàn)；

c.智能家居模型為縮小版的完整系統(tǒng)功能體現(xiàn)，3D智能家居仿真軟件為放大版真實版的完整系統(tǒng)功能體現(xiàn)，學生在一期實驗室所做的智能家居系統(tǒng)開發(fā)可形成鮮明和清晰的對比，學生自身的設計缺陷可通過該比對得到顯現(xiàn)。

2.2 智慧教室系統(tǒng)設計

智慧教室系統(tǒng)基于交換機為核心，建成一個綜合型的物聯(lián)網共享平臺，所有的設備系統(tǒng)均可以通過標準模塊WiFi設備服務器無線接入物聯(lián)網工程信息平臺，通過服務器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設備；同時，教室智慧系統(tǒng)的設計能開放足夠多的端口和豐富、完善的接口函數(shù)以及二次開發(fā)包，為教師、學生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學習和研究。

該實訓室建成一個綜合型的物聯(lián)網應用場景，用于學生進行創(chuàng)新實驗研究，以及教師開展科學研究，具體實現(xiàn)功能如下：

門禁系統(tǒng)：采用RFID卡（校園卡）刷卡開門，及遠程網絡控制開、關門。

A405安裝的門禁系統(tǒng)由校園卡讀卡器、控制電路、門鎖自動執(zhí)行機構、WiFi無線聯(lián)網模塊、以及配套的服務器軟件和本地控制軟件構成。

服務端軟件運行在A405服務器上，通過設置校園卡權限（只有授權的校園卡才能夠打開門），實現(xiàn)門的管控。同時也可以通過授權遠程登陸服務器，通過網絡實現(xiàn)門的開、關控制。

燈光控制系統(tǒng)：燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、配套的系統(tǒng)軟件構成。

本地網絡自動控制、或手動控制燈光開關；遠程通過網絡授權登陸服務器，察看實驗燈光情況，并實施遠程控制。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)：視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構成。

通過本地有線、或無線網絡，以及遠程授權登陸服務器監(jiān)控軟件，實施對實驗室的實時視頻監(jiān)控。

空調控制系統(tǒng)：空調控制系統(tǒng)由中央空調電源控制器、溫度傳感器和配套控制軟件構成。

實現(xiàn)室內溫度的自動控制；以及本地有線、無線網絡控制中央空調系統(tǒng)；遠程授權登陸服務器，查詢空調器狀態(tài)、環(huán)境溫度、及實施控制。

窗戶監(jiān)視系統(tǒng)：窗戶監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。

窗戶門磁模塊用于檢測窗戶的開關狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務器。

該系統(tǒng)通過本地、遠程有線或無線網絡，授權登陸服務器，察看窗戶的開、合狀態(tài)，同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。

2.3 實驗實訓室平面圖及各區(qū)域功能說明

2.3.1 A5-405物聯(lián)網系統(tǒng)集成實訓室網絡拓撲圖（圖1）

2.3.2 門禁系統(tǒng)（圖2）

2.3.3 物聯(lián)網系統(tǒng)集成實訓室布置圖（圖3）

3 實訓室建設后的社會服務效益分析

3.1 校企合作

3.1.1 與廣東省物聯(lián)網行業(yè)企業(yè)合作共建共享型實訓基地

與廣州興森快捷電路科技有限公司 、廣東安居寶數(shù)碼科技股份有限公司等合作企業(yè)以實訓室為平臺進行深度校企合作；與廣州數(shù)字化家庭示范基地人才培養(yǎng)中心共同成立研發(fā)中心，承接科研立項，完成成果轉換。

3.1.2 共享型實訓基地的功能

與廣州數(shù)字化家庭示范基地等合作共建的實訓基地，具有教育、訓練、生產和輻射功能。作為“合作共享型”實訓基地，在設備的運行過程中把實踐性教學環(huán)節(jié)與生產環(huán)節(jié)有機統(tǒng)一起來。實訓基地不僅負有培養(yǎng)人才的任務，還具有科研開發(fā)、成果轉化對外培訓服務、技能鑒定與考證等的任務。同時和兄弟院校共享實訓資源，提高設備利用率。

3.2 對外培訓

針對目前信息化建設的迫切需求，依托實訓基地及研發(fā)中心，與校企合作企業(yè)共同開展自動識別技術、傳感技術、移動終端開發(fā)等物聯(lián)網應用技術領域的師資培訓，開拓繼續(xù)教育培訓、師資培訓、企業(yè)員工培訓等。到2015年，社會培訓人數(shù)達到100人次/年。

3.3 職業(yè)技能鑒定與考證

該項目是物聯(lián)網新技術應用，教師通過該平臺學習物聯(lián)網最新應用，通過該平臺可開發(fā)出水利、電力物聯(lián)網的相關產品，預期可通過該平臺申報水利物聯(lián)網相關縱向科研項目及橫向科研技術改造項目。

【參考文獻】

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[責任編輯：湯靜]