物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的探索與實(shí)踐

龔蘭芳

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)應(yīng)用涉及電子、嵌入式開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機(jī)等專業(yè)知識的綜合應(yīng)用，針對高職的學(xué)生來說，更需要進(jìn)一步掌握動手實(shí)踐能力，才能適應(yīng)工作的需要。高等職業(yè)院校開展以實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目開發(fā)為主的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)則是一個極好的人才培養(yǎng)途徑。另外，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)工作是職業(yè)教育教學(xué)體系的重要環(huán)節(jié)。因此，建立符合人才市場需求的實(shí)訓(xùn)室也成為專業(yè)建設(shè)的重要工作。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)訓(xùn)室建設(shè)；智能家居；社會服務(wù)

0 前言

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

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為一個全新學(xué)科，已經(jīng)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(shè)物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)專業(yè)的申請，教育部批準(zhǔn)了30所大學(xué)設(shè)立“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)，5所大學(xué)設(shè)立“傳感網(wǎng)技術(shù)”專業(yè)。同時，也有非常多的高職院校提交了“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)的申報申請。我們經(jīng)過兩年的大量調(diào)研后，在學(xué)校的大力支持下，依托計算機(jī)、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(wǎng)應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)的申請，于2012年7月獲得教育部正式批準(zhǔn)，成為廣東省第二批設(shè)置“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)”專科專業(yè)的單位之一。為迎接未來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國的高速發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展做人才準(zhǔn)備，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)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(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的學(xué)生圓滿畢業(yè)走上了工作崗位，走訪了了部分學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)的企業(yè)，對我們的學(xué)生普遍評價都比較高，這有功于我們的實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，感謝我們的實(shí)訓(xùn)室環(huán)境的建設(shè)。在這里，我將我們實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)介紹給大家，以此共勉。

1 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的必要性及主要項(xiàng)目

從“物聯(lián)網(wǎng)”的應(yīng)用來看，我們認(rèn)為有三個層次：一是，傳感網(wǎng)絡(luò)，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)“物”的識別。二是，傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)或未來的NGN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計算。三是，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、PC等終端進(jìn)行。由此可以看到，“物聯(lián)網(wǎng)”的關(guān)鍵在于射頻標(biāo)簽（RFID）、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數(shù)據(jù)計算等領(lǐng)域。根據(jù)已經(jīng)制定的教學(xué)計劃安排，本專業(yè)已開出“無線通信技術(shù)”、“傳感器應(yīng)用與檢測技術(shù)”、“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”、 “無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”、“RFID技術(shù)與應(yīng)用”、“綜合布線技術(shù)”、“局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)”、“嵌入式應(yīng)用技術(shù)”、 “智能家居”、“智能樓宇”等系列課程，并設(shè)置若干課程設(shè)計、實(shí)訓(xùn)課程，這些課程、課程設(shè)計、實(shí)訓(xùn)都具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，必須通過全面深入的實(shí)踐性教學(xué)，才能培養(yǎng)出合格的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才。

該專業(yè)的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)，我們分為兩期建設(shè)工程：第一期是智能傳感網(wǎng)實(shí)訓(xùn)場——主要針對“無線通信技術(shù)”、“傳感器應(yīng)用與檢測技術(shù)”、“無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”、“RFID技術(shù)與應(yīng)用”等傳感網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)層次的單一的訓(xùn)練；這個實(shí)訓(xùn)室無法滿足系統(tǒng)性的實(shí)訓(xùn)及“智能家居及安防系統(tǒng)”等應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次的綜合課程訓(xùn)練、課程設(shè)計、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計的需要，這就有必要在一期主要訓(xùn)練傳感網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)層次的單項(xiàng)能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)上建立一個系統(tǒng)性的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次的集成綜合實(shí)訓(xùn)室，就是我們的第二期實(shí)訓(xùn)室建設(shè)。該實(shí)訓(xùn)室是一期智能傳感網(wǎng)實(shí)訓(xùn)場重要的能力培養(yǎng)提升部分，主要基于行業(yè)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用，同時結(jié)合考證需要，以考證的內(nèi)容為載體，在對學(xué)生進(jìn)行綜合項(xiàng)目練習(xí)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(zhǔn)的技能鑒定項(xiàng)目為“數(shù)字家庭技術(shù)集成師”，“高級物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用操作員”，都屬于高新系列。本期的系統(tǒng)集成綜合實(shí)訓(xùn)室是智能傳感網(wǎng)實(shí)訓(xùn)場的組成部分，因此實(shí)驗(yàn)室之間符合統(tǒng)一的技術(shù)平臺要求，設(shè)備和系統(tǒng)可以互聯(lián)互通，系統(tǒng)集成綜合實(shí)訓(xùn)室既可獨(dú)立運(yùn)行，又可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和管理。

另外，系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室既要完全滿足考證的技術(shù)要求，同時也要盡量兼顧學(xué)院其他智慧系統(tǒng)的應(yīng)用，提高實(shí)訓(xùn)室的利用率。先進(jìn)的信息化手段與教學(xué)的融合，已成為提高教學(xué)質(zhì)量，提高管理服務(wù)水品、提升內(nèi)部管理效率，減員增效的必要手段。在學(xué)校，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學(xué)互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，提高教學(xué)水平的關(guān)鍵。現(xiàn)行的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認(rèn)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(jié)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(xué)生舉手或者口頭回答，不能獲得準(zhǔn)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(jìn)行教學(xué)，沒有準(zhǔn)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(xué)方式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)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(yùn)用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。而智慧教室本身也是物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用項(xiàng)目之一，可作為學(xué)生實(shí)訓(xùn)的一個實(shí)際真實(shí)的項(xiàng)目來練習(xí)。另一個會議室環(huán)境控制項(xiàng)目也將是學(xué)生實(shí)訓(xùn)的一個實(shí)際真實(shí)的項(xiàng)目。本文將主要介紹第二期物聯(lián)網(wǎng)集成實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的內(nèi)容。

2 實(shí)訓(xùn)室具體主要建設(shè)內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)集成項(xiàng)目及考證項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)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(shè)備：

a.家庭組網(wǎng)：家庭網(wǎng)絡(luò)的搭建與組網(wǎng)；

b.安防報警：智能安防可以實(shí)時監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄漏；

c.視頻監(jiān)控：實(shí)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(guān)、明暗度， 支持情景模式；

e.窗簾控制：控制窗簾的開關(guān)，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(diào)、冰箱、窗簾、門窗等；

h.控制方式：可通過手機(jī)、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(diào)等開啟場景模式；

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

k.系統(tǒng)調(diào)試軟件可自動感知系統(tǒng)設(shè)備的存在，并自動建立設(shè)備通訊，系統(tǒng)自動感知并自組網(wǎng)，設(shè)備免調(diào)試。

2.1.2 實(shí)現(xiàn)教學(xué)層次所需要的環(huán)境和設(shè)備：

a.聯(lián)動控制的智能家居模型，為帶花園的三層獨(dú)立別墅，配置各種家電及接受控制的各種仿真設(shè)備，學(xué)生可以非常直觀的看到完整智能家居方案設(shè)計及控制的結(jié)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(shí)版的完整系統(tǒng)功能體現(xiàn)，學(xué)生在一期實(shí)驗(yàn)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(xué)生自身的設(shè)計缺陷可通過該比對得到顯現(xiàn)。

2.2 智慧教室系統(tǒng)設(shè)計

智慧教室系統(tǒng)基于交換機(jī)為核心，建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺，所有的設(shè)備系統(tǒng)均可以通過標(biāo)準(zhǔn)模塊WiFi設(shè)備服務(wù)器無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺，通過服務(wù)器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設(shè)備；同時，教室智慧系統(tǒng)的設(shè)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(xué)生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學(xué)習(xí)和研究。

該實(shí)訓(xùn)室建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，用于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究，以及教師開展科學(xué)研究，具體實(shí)現(xiàn)功能如下：

門禁系統(tǒng)：采用RFID卡（校園卡）刷卡開門，及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制開、關(guān)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(jī)構(gòu)、WiFi無線聯(lián)網(wǎng)模塊、以及配套的服務(wù)器軟件和本地控制軟件構(gòu)成。

服務(wù)端軟件運(yùn)行在A405服務(wù)器上，通過設(shè)置校園卡權(quán)限（只有授權(quán)的校園卡才能夠打開門），實(shí)現(xiàn)門的管控。同時也可以通過授權(quán)遠(yuǎn)程登陸服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)門的開、關(guān)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(gòu)成。

本地網(wǎng)絡(luò)自動控制、或手動控制燈光開關(guān)；遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)授權(quán)登陸服務(wù)器，察看實(shí)驗(yàn)燈光情況，并實(shí)施遠(yuǎn)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(gòu)成。

通過本地有線、或無線網(wǎng)絡(luò)，以及遠(yuǎn)程授權(quán)登陸服務(wù)器監(jiān)控軟件，實(shí)施對實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時視頻監(jiān)控。

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

實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的自動控制；以及本地有線、無線網(wǎng)絡(luò)控制中央空調(diào)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程授權(quán)登陸服務(wù)器，查詢空調(diào)器狀態(tài)、環(huán)境溫度、及實(shí)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(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務(wù)器。

該系統(tǒng)通過本地、遠(yuǎn)程有線或無線網(wǎng)絡(luò)，授權(quán)登陸服務(wù)器，察看窗戶的開、合狀態(tài)，同時設(shè)置敏感時段，實(shí)施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室平面圖及各區(qū)域功能說明

2.3.1 A5-405物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（圖1）

2.3.2 門禁系統(tǒng)（圖2）

2.3.3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室布置圖（圖3）

3 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)后的社會服務(wù)效益分析

3.1 校企合作

3.1.1 與廣東省物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)企業(yè)合作共建共享型實(shí)訓(xùn)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(shí)訓(xùn)室為平臺進(jìn)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(xiàng)，完成成果轉(zhuǎn)換。

3.1.2 共享型實(shí)訓(xùn)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(shí)訓(xùn)基地，具有教育、訓(xùn)練、生產(chǎn)和輻射功能。作為“合作共享型”實(shí)訓(xùn)基地，在設(shè)備的運(yùn)行過程中把實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機(jī)統(tǒng)一起來。實(shí)訓(xùn)基地不僅負(fù)有培養(yǎng)人才的任務(wù)，還具有科研開發(fā)、成果轉(zhuǎn)化對外培訓(xùn)服務(wù)、技能鑒定與考證等的任務(wù)。同時和兄弟院校共享實(shí)訓(xùn)資源，提高設(shè)備利用率。

3.2 對外培訓(xùn)

針對目前信息化建設(shè)的迫切需求，依托實(shí)訓(xùn)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(shù)、傳感技術(shù)、移動終端開發(fā)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的師資培訓(xùn)，開拓繼續(xù)教育培訓(xùn)、師資培訓(xùn)、企業(yè)員工培訓(xùn)等。到2015年，社會培訓(xùn)人數(shù)達(dá)到100人次/年。

3.3 職業(yè)技能鑒定與考證

該項(xiàng)目是物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)應(yīng)用，教師通過該平臺學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)最新應(yīng)用，通過該平臺可開發(fā)出水利、電力物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)產(chǎn)品，預(yù)期可通過該平臺申報水利物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)縱向科研項(xiàng)目及橫向科研技術(shù)改造項(xiàng)目。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]