農業類高職院校物聯網工程實訓應用平臺

張潔

摘 要： 物聯網工程應用實訓平臺適用于物聯網、計算機、電子、網絡等相關專業的實訓教學。介紹了平臺的特點和功能，平臺根據物聯網的識別、感知、通訊傳輸、組網以及數據分析的架構體系開發，包含了由實訓工位、行業應用套件及平臺資源包三部分組成的實訓系統。智慧農業套件是適合農業類院校的教學與實訓的擴展需求而加載的，室外溫室大棚就是利用物聯網工程實訓平臺，有效實現對農作物的智能控制。

關鍵詞： 物聯網工程； 實訓平臺； 智慧農業； 智能控制

中圖分類號：TP393.18 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）08-94-03

Abstract： The application practical training platform of Internet of things is suitable for the practical teaching of the Internet of things， computers， electronics， networks and other related specialties. This paper introduces the characteristics and functions of the platform， the platform is developed according to the IoT architectures of recognition， perception， communication， networking and data analysis， and it contains the practical training system composed of three parts： the training station， industry application kit and platform resource package. The wisdom agriculture kit is suitable for the expended requirements of agricultural colleges and universities teaching and training， it is the outdoor greenhouse that makes use of the practical training platform of Internet of things to effectively realize the intelligent control of crops.

Key words： IoT engineering； practical training platform； wisdom agriculture； intelligent control

0 引言

物聯網[1]是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，結合互聯網、移動通信網等網絡進行信息的傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質世界的感知能力，實現智能化的決策和控制。從目前物聯網工程技術的發展趨勢[2]來看，社會對物聯網工程專業的人才需求量十分巨大，供不應求，主要是高職院?；螂娮有畔㈩惐究圃盒５漠厴I生，從事物聯網系統設計、產品開發、物聯網項目實施等，包括RFID系統的設計與開發、嵌入式軟件開發、網絡安裝調試、物聯網硬件開發、傳感技術開發、市場營銷、售前售后技術支持等工作。在這種極好的行業發展前景驅使下，許多高職院校紛紛開設物聯網工程專業，物聯網工程實訓應用平臺正是辦好此專業的基礎硬件條件。

1 物聯網工程實訓室介紹

物聯網工程應用實訓系統[3]，主要是針對物聯網行業綜合技能型人才培養，基于對物聯網的認知、感知、通信、組網，以及數據分析的逐層架構體系而設計開發的，用于物聯網、計算機網絡、通信等相關專業的物聯網技術實訓教學產品。

這個系統由實訓工位、行業應用套件及平臺資源包三部分組成。這些產品還配套了全面的實訓教程和技術資源，重點是培養學生在物聯網工程系統的開發、運行和維護等方面的動手實操能力，使學生能更系統化、全面的與物聯網行業的崗位對接。

1.1 物聯網工程實訓平臺特點

⑴ 教學特點

根據農業類高職物聯網專業人才培養目標，在實訓教學上進行優化和設計，提出從農業物聯網知識技術的認知，到實操技能的訓練，最終達到崗位能力提升的教學理念。

⑵ 技術特點[4]

把眾多的物聯網設備和技術集成到一個系統中，包括傳感器技術、數據采集技術、ZigBee傳輸技術、射頻識別技術、無線網絡技術、移動互聯技術、嵌入式技術、智能終端技術、電子墨水屏技術、上位機應用軟件技術等。

⑶ 應用場景[5]

設計了一個以智慧城市為物聯網應用導向，讓學生按照項目要求組織“智慧城市”為主題的物聯網應用系統搭建。系統中包含智能商業、智能農業、智能環境監測及智能安防等多種業務功能，所有的應用場景及功能，均來自于真實的物聯網應用行業。

⑷ 擴展及配套

整套系統采用平臺化、模塊化設計，結合通用化、標準化的物聯網實訓工位，除了可完成配套實訓內容的演示外，還可以基于物聯網實訓工位以及系統的軟硬件模塊，外接、擴展更多的技術或業務。該系統不僅擁有完整的軟、硬件系統，還配備針對設備完整的實訓指導書、教學實訓素材、以及教學視頻等資料。

1.2 物聯網實訓平臺功能[6]

從產品實訓的功能角度上，主要針對農業類高職院校物聯網相關專業，主要包括三方面內容。

1.2.1 認知型實訓功能

⑴ 物聯網基礎知識

通過對產品觀察和演示操作，使學生接觸和感受物聯網，了解物聯網的基礎知識，認識物聯網三層架構體系結構。

⑵ 物聯網設備認知

通過配備的各種物聯網相關設備，如感知類的溫、濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器等，識別RFID讀寫器、高頻讀卡器、條碼掃描槍、移動互聯終端、通訊類的串口服務器、路由器、ZigBee等，使學生認識、了解和熟悉這些常見的物聯網設備。

⑶ 物聯網技術認知

通過對物聯網設備的操作和使用，使學生認識和熟悉典型的物聯網相關技術。

⑷ 物聯網應用認知

通過多個場景及系統的演示和操作，使學生了解和熟悉物聯網技術在行業中的應用場景，熟悉物聯網應用軟件系統的形態和內容。

⑸ 云平臺應用認知

通過部署和使用云平臺提供的基礎服務、數據存儲等功能，熟悉云平臺架構，了解云平臺在設備接入的實用性及可擴展性。

1.2.2 實操型實訓功能[7]

包括硬件設備安裝調試、網絡設備連接配置、軟件系統部署維護、應用場景演示操作。

⑴ 硬件設備安裝調試

① 把套件的各類傳感器、各類執行器件等設備，按照實訓指導書的要求，安裝到物聯網實訓工位的面板上，并按要求進行接線連接配置。

② 按照實訓指導書的要求，將智能商業應用套件的各種設備等安裝到實訓工位面板上，完成連接配置。

③ 根據實訓指導書的要求，將智能安防相關套件，如紅外對射、安防巡更等設備安裝到實訓工位面板上。

⑵ 網絡設備連接配置

按照實訓指導書要求，完成設備網絡的搭建，包括網絡連接布線，無線路由器設置，ZigBee、串口服務器、計算機、網絡攝像機、移動互聯終端等各類接入到網絡的終端設備進行網絡配置。

① 對系統軟件的運行環境進行部署安裝；對產品配套的應用軟件進行部署安裝維護等。

② 對智能商業、智能農業、智能安防、智能環境監測、智能家居等5個應用場景子功能的使用操作、業務流程進行熟悉和操作。

③ 基于云平臺的API接口，根據需要了解、熟悉獲取數據，控制對應執行器件，對歷史數據如何進行分析挖掘，組建具有邏輯功能的各種應用場景。

1.2.3 開發型實訓功能[8]

包括DotNet客戶端開發、DotNet Web端開發、Android移動端開發、無線傳感網WSN開發。

⑴ DotNet客戶端開發

根據配套實訓指導書中環境監測應用場景、智能商業應用場景、智能路燈應用場景的要求，開發和實現簡易的基于DotNet開發平臺下的PC客戶端功能程序。

⑵ DotNet Web端開發

根據配套實訓指導書中智能商業應用場景功能的要求，開發和實現簡易的基于DotNet開發平臺下的Web應用程序。

⑶ Android移動端開發

根據配套實訓指導書中智能農業應用場景、智能商業應用場景、智能路燈應用場景功能的要求，開發和實現簡易的基于Android開發平臺下的移動應用程序。

⑷ 無線傳感網WSN開發

根據配套實訓指導書中智能農業應用場景功能的要求，開發和實現簡易的基于ZigBee技術的無線傳感網應用程序。

⑸ 物聯網應用程序基礎開發

根據配套相關的教材，結合硬件設備，深入掌握基于C語言及JAVA開發語言的物聯網應用系統。

2 物聯網智慧農業實訓平臺案例

如圖1所示，在智能溫室環境里，利用物聯網技術，一個溫室可成為無線傳感器網絡的一個測量控制區，采用不同的傳感器節點和具有簡單執行機構的節點，構成無線網絡來測量土壤的成分、pH值、降水量、溫度、濕度和氣壓、光照強度、CO2濃度；再通過模型分析、自動調控溫室環境、控制灌溉和施肥作業，從而獲得植物生長的最佳條件。

2.1 環境檢測

環境監測系統由各類傳感器節點、無線傳感網絡、無線傳感網關構成，實現對農產品生長過程全面監管和精準調控。

2.2 智能控制[9]

智能控制系統包括智能溫、濕度控制系統、智能光照控制系統、智能灌溉系統、智能空氣控制系統等。

⑴ 智能溫、濕度控制

智能溫、濕度控制系統利用溫度、濕度數據自動采集、設備控制參數設置、遠程強制手動控制、手動/自動切換、數據的繪圖、統計等五種功能來實現對大棚溫室信息的不間斷采集、整理、統計、制圖、呈現，以及溫、濕度的自動調節。

⑵ 智能灌溉控制

智能灌溉系統根據土壤水分傳感器和空氣溫、濕度傳感器數據，自動感測何時需要灌溉，灌溉多長時間；自動開啟/關閉灌溉系統；同時可以根據土壤的干濕度，實現土壤智能噴灌等。

⑶ 智能光照控制

智能光照控制系統根據大棚內光照傳感器和光合有效輻射傳感器，自動感測大棚內光照是否合適，并通過控制卷簾的開關及人工照明燈的亮/滅，自動調節大棚的光照強度。

⑷ 智能空氣控制

智能空氣控制系統根據大棚CO2含量傳感器和溫濕度傳感器，自動感測到大棚內空氣質量，并通過控制通風設備和頂窗、側窗卷簾的開閉，調節大棚的空氣質量，以滿足農作物生長需要。

此外，為實現物聯網農業溫室大棚實驗平臺的統一管理、實驗室設備管控，以及開展功能復雜的綜合設計和科研項目，在實驗室內配置一臺服務器。該服務器安裝系統軟件及物聯網實驗的服務器端軟件，提供本地或遠程訪問服務，并實施對物聯網實驗的視頻監控和設備管理。數據中心通過大屏幕實時顯示環境參數、音/視頻信息的匯總及各種異常狀態和生產信息提示。

3 總結

物聯網工程實訓平臺系統，加載了智慧農業套件，室外的溫室大棚實現了對農作物的智能控制，反映了農業類高職院校把智慧農業設備為基礎，結合可靈活部署的移動實訓平臺，幫助學生從物聯網理論學習過渡到實際動手操作，培養學生物聯網綜合應用的能力，為學生后續行業實訓打下堅實基礎。通過這個實訓平臺，在今后的教學實訓環節中還可與其他智慧行業相結合，拓展學生項目設計能力。

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