物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的探索與建設(shè)

洪 嵐, 王佳斌, 鄭力新

(華僑大學(xué) 工學(xué)院, 福建 泉州 362000)

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物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的探索與建設(shè)

洪 嵐, 王佳斌, 鄭力新

(華僑大學(xué) 工學(xué)院, 福建 泉州 362000)

提出了利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合到實(shí)驗(yàn)室的管理和教學(xué)中,讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。配合“實(shí)景式、開放式、探究式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)型”的實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,該系統(tǒng)既能讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接為教學(xué)和管理服務(wù),又能作為學(xué)生實(shí)訓(xùn)實(shí)踐的平臺(tái),還可以充當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的展示平臺(tái)。總之,該系統(tǒng)一方面使實(shí)驗(yàn)室的管理更加智慧,另一方面能讓物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生通過實(shí)景教學(xué)更深入地了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵,掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方興未艾,把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室管理,是在原有高校實(shí)驗(yàn)室管理信息化的基礎(chǔ)上的一次重大提升,特別是在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識(shí)別、無線傳感器等方式來獲取物理世界的各種信息,結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳輸和交互,并采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,從而實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制[1]。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、構(gòu)建實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一種新的嘗試。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是教育部根據(jù)現(xiàn)階段國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略需要設(shè)立的新專業(yè)[2],是信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)方向重點(diǎn)支持開辦的專業(yè)之一,是一門跨領(lǐng)域的綜合學(xué)科,涵蓋了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、云計(jì)算等多種技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心,工程性強(qiáng),培養(yǎng)具備物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)智能和工程技術(shù)體系結(jié)構(gòu)以及研發(fā)設(shè)計(jì)能力的專業(yè)人才,注重培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐能力[3]。目前,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主要開設(shè)“無線射頻識(shí)別技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”“無線傳感技術(shù)”“嵌入式系統(tǒng)”“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”等專業(yè)課程,這些課程都配備有多課時(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課環(huán)節(jié)更好地掌握物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心技術(shù)。

2 目前物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的模式以及存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室初期,沒有成熟的模式可以參考,按照建設(shè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的模式,為每門實(shí)驗(yàn)課程購買實(shí)驗(yàn)箱,按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書來完成實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過二三年的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的摸索,發(fā)現(xiàn)每門課程的實(shí)驗(yàn)各成體系,相對(duì)獨(dú)立,課程與課程之間沒有交互,且每門課程配套的實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較簡單,實(shí)驗(yàn)步驟和過程都是給定的,導(dǎo)致了學(xué)生只能片面地了解一個(gè)實(shí)驗(yàn)或一項(xiàng)技術(shù),給學(xué)生提供的設(shè)計(jì)或者開發(fā)空間不足。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱模式和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)上未能達(dá)到很理想的教學(xué)效果[4]，因此利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了一套物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體構(gòu)想是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理的具體需求,把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分結(jié)合到實(shí)驗(yàn)室管理中,使該系統(tǒng)一方面可以輔助實(shí)驗(yàn)室的管理,另一方面可成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和科創(chuàng)實(shí)踐的基地,為學(xué)院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研等做出相應(yīng)的支撐,達(dá)到一舉兩得的效果。

3 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別等方式來獲取各類信息,借助互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行信息的傳送和交互,最終采用云計(jì)算技術(shù)對(duì)采集到的信息進(jìn)行智能計(jì)算,實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室智能化的監(jiān)控與協(xié)調(diào),構(gòu)造智慧型實(shí)驗(yàn)室。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)采用和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)類似的3層結(jié)構(gòu),感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[5],見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總體框圖

3.1 基于RFID技術(shù)的門禁考勤系統(tǒng)

采用RFID技術(shù)和指紋識(shí)別相結(jié)合,主要具備門禁刷卡和指紋考勤的功能。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃中實(shí)驗(yàn)室上課時(shí)間的安排,可以給教師設(shè)置相關(guān)權(quán)限,教師即可在上課的時(shí)間段打開相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的門,并且后臺(tái)及時(shí)記錄開門的時(shí)間和人員,這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出情況一目了然,同時(shí)也可用于學(xué)生考勤[6]。這部分功能可支持物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“射頻識(shí)別技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”“物聯(lián)網(wǎng)概論”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分和相關(guān)的實(shí)踐課。

3.2 儀器設(shè)備管理系統(tǒng)

系統(tǒng)采用RFID技術(shù)完成儀器設(shè)備基本信息管理、借用管理、維修管理和貴重儀器管理等。在每臺(tái)設(shè)備上貼上RFID標(biāo)簽。每個(gè)RFID標(biāo)簽關(guān)聯(lián)了該臺(tái)儀器的相應(yīng)信息,通過手持RFID讀寫設(shè)備掃描標(biāo)簽,即可讀取該臺(tái)設(shè)備的所有信息,方便管理人員對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行檢查與盤點(diǎn)。儀器的借還管理、維修管理以及貴重物品管理也基于RFID標(biāo)簽完成,管理人員只要掃描相應(yīng)設(shè)備的標(biāo)簽,就可在平臺(tái)上對(duì)其進(jìn)行借出、歸還登記及維修登記等,簡單便捷,不容易出錯(cuò)[7]。

該系統(tǒng)還可作為設(shè)備防盜系統(tǒng)。在每間實(shí)驗(yàn)室門口布設(shè)RFID感應(yīng)天線,當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器被非法搬出實(shí)驗(yàn)室時(shí),感應(yīng)天線能及時(shí)讀取設(shè)備信息,并第一時(shí)間反饋到主控中心并發(fā)出報(bào)警。這部分功能可支持物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“射頻識(shí)別技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”“EPC技術(shù)基礎(chǔ)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分以及相關(guān)的實(shí)踐課程等。

3.3 基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能控制系統(tǒng)

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)布設(shè)各種類型的無線傳感器節(jié)點(diǎn)和電器控制節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)采集前端數(shù)據(jù),并通過智能網(wǎng)關(guān)匯集到信息管理系統(tǒng)平臺(tái)中[8]。可通過PC機(jī)或移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程登錄信息管理系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)時(shí)查詢實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部環(huán)境參數(shù),如溫濕度監(jiān)測(cè)、二氧化碳/氧氣濃度監(jiān)測(cè)、光照度監(jiān)測(cè)、煙霧檢測(cè)等,同時(shí),用戶也可通過系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng),遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)室中的空調(diào)、投影儀、照明、插座以及窗簾等設(shè)備,真正實(shí)現(xiàn)智能化管理[9]。這部分功能可支持物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“射頻識(shí)別技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”“無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN仿真”“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分以及相關(guān)的實(shí)踐課程等。

3.4 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室布設(shè)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī),教師可隨時(shí)隨地通過電腦或手機(jī)登錄信息管理系統(tǒng)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)各實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)圖像,對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的人員活動(dòng)、上課情況、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí),高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)還可作為安全措施的重要組成部分。這部分功能可支持物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“數(shù)字視頻處理”“數(shù)字信號(hào)處理”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分以及相關(guān)的實(shí)踐課程等。

4 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 智能網(wǎng)關(guān)

(1) 智能網(wǎng)關(guān)是整個(gè)系統(tǒng)的重要部分,在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中起著承上啟下的重要作用,是連接終端節(jié)點(diǎn)和用戶通信的紐帶[10],同時(shí)擔(dān)負(fù)著各種不同設(shè)備通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換任務(wù),還可以作為服務(wù)平臺(tái)為用戶提供各種可能的增值服務(wù)。前端各類型節(jié)點(diǎn)采取到的視頻、數(shù)據(jù)和信息都會(huì)匯集到智能網(wǎng)關(guān),通過以太網(wǎng)傳輸?shù)皆品?wù)器,用戶則通過登錄云服務(wù)器的信息管理系統(tǒng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)和控制。智能網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)圖

(2) 智能網(wǎng)關(guān)就是實(shí)現(xiàn)管理人員和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備之間通信的一個(gè)橋梁,是系統(tǒng)中最重要的控制單元。一方面,智能網(wǎng)關(guān)通過ZigBee與系統(tǒng)中的所有設(shè)備進(jìn)行無線通信,讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送指令；另一方面,智能網(wǎng)關(guān)通過TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接到互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中,方便管理人員對(duì)其進(jìn)行訪問和讀取。由于接口的不同和通信方式的差異,因此網(wǎng)關(guān)就是解決不同設(shè)備之間的信息和數(shù)據(jù)交換這個(gè)問題的。

(3) 由于智能網(wǎng)關(guān)要處理的數(shù)據(jù)量比較大,不同設(shè)備之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換復(fù)雜,因此在設(shè)計(jì)軟件時(shí),采用多線程的編程技術(shù)[11]。多線程的編程技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)在它可以把上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)分開來處理,并且2個(gè)線程可同時(shí)運(yùn)行,節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。這樣一方面充分發(fā)揮嵌入式Linux網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能,另一方面能獲得最大的通信效率和穩(wěn)定性。網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)編程是通過Socket接口來實(shí)現(xiàn)的,系統(tǒng)在網(wǎng)關(guān)和上位機(jī)之間建立了一個(gè)面向連接的服務(wù),使得網(wǎng)關(guān)可以用無線或者有線的方式和上位機(jī)進(jìn)行通信。在系統(tǒng)工作的主程序中,網(wǎng)關(guān)服務(wù)器不斷地檢測(cè)來自設(shè)備終端和來自用戶終端的連接請(qǐng)求,當(dāng)從任一端收到請(qǐng)求命令時(shí),服務(wù)器被激活并創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程與發(fā)送請(qǐng)求端通信,直到通信結(jié)束服務(wù)器方才結(jié)束該進(jìn)程,而主程序返回繼續(xù)檢測(cè)來自其他終端的連接請(qǐng)求。

4.2 云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算是分布式計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模資源管理等技術(shù)的融合和發(fā)展,它融合了數(shù)據(jù)中心管理、資源虛擬化、海量數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)安全等多個(gè)研究方向[12]。在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中,我們利用云計(jì)算技術(shù)建立起實(shí)驗(yàn)室信息管理網(wǎng)站,以服務(wù)的形式為用戶提供應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、基礎(chǔ)設(shè)施等資源。用戶可隨時(shí)隨地通過各種終端設(shè)備,如電腦、手機(jī)、平板等訪問云計(jì)算平臺(tái)。

5 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)例

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課基地,可實(shí)現(xiàn)“實(shí)景式、開放式、探究式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)型”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。大部分物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課和實(shí)踐課都可在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中完成。系統(tǒng)中所有的代碼和接口都是開放的,因此任課教師可指導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)的功能模塊上進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化,學(xué)生可全面參與研發(fā)和設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景教學(xué)系統(tǒng),這樣學(xué)生能夠直觀地感受到自己所學(xué)的知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用,也能對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)有個(gè)全面的認(rèn)識(shí),能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主探索能力和創(chuàng)新能力。

5.1 智能家居實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)一門綜合性極強(qiáng)的教學(xué)實(shí)踐課程,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)根據(jù)智能家居的特點(diǎn)布設(shè)門禁、窗簾控制、環(huán)境探測(cè)等相關(guān)無線傳感器節(jié)點(diǎn),構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò),通過自行設(shè)計(jì)改進(jìn)的智能家居網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)。學(xué)生可通過實(shí)驗(yàn)室或自己的計(jì)算機(jī)完成采集智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù),或完成通過節(jié)點(diǎn)控制各類電器開關(guān)等綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。該實(shí)踐課程極大地鍛煉了學(xué)生綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)的能力,同時(shí)還能作為展示物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的示范實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要分成3個(gè)部分:終端設(shè)備的組建、ARM網(wǎng)關(guān)的開發(fā)和客戶端的開發(fā),可為物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用等主干課程開出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

(1) 終端設(shè)備的組建。讓學(xué)生了解各種傳感器的工作原理,掌握無線傳感網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí),包括各種傳感器的信息采集、數(shù)據(jù)分析、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇及控制、通信協(xié)議分析、通信幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

(2) ARM網(wǎng)關(guān)開發(fā)。針對(duì)提高學(xué)生的嵌入式編程能力,主要包括LINUX操作系統(tǒng)的移植、外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的編寫、系統(tǒng)相關(guān)庫的移植以及各種服務(wù)器端的程序編寫等。網(wǎng)關(guān)開發(fā)包含了Web服務(wù)器的移植和socket服務(wù)端的設(shè)計(jì)。

(3) 客戶端開發(fā)。可包含安卓客戶端設(shè)計(jì)和Web瀏覽器客戶端設(shè)計(jì)2種。

5.2 RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)實(shí)例

RFID技術(shù)通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),而無需在識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸,是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。RFID射頻識(shí)別技術(shù)課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的重要必修課,該門課程主要讓學(xué)生系統(tǒng)掌握RFID射頻識(shí)別技術(shù)的原理和應(yīng)用,而該門課程配套的實(shí)驗(yàn)就是讓學(xué)生通過實(shí)踐操作來加深對(duì)RFID理論的認(rèn)識(shí)。在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中,通過在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的出入口布設(shè)RFID閱讀器,并結(jié)合儀器設(shè)備管理系統(tǒng)就可作為實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)設(shè)備等的智能管理系統(tǒng),同時(shí)也可開放部分環(huán)節(jié)作為RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的平臺(tái)。

RFID的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要包括RFID器件等硬件類實(shí)驗(yàn)和RFID通信協(xié)議的分析和設(shè)計(jì)等軟件類實(shí)驗(yàn)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景教學(xué)系統(tǒng),可開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有RFID系統(tǒng)的編碼、載波產(chǎn)生、信號(hào)調(diào)制、RF信號(hào)功率放大、末級(jí)輸出調(diào)制載波信號(hào)、天線等硬件類的實(shí)驗(yàn),還包括標(biāo)簽信息的讀寫、防沖突算法、數(shù)據(jù)包分析等協(xié)議類實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用程序開發(fā)設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。讓學(xué)生參與到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景系統(tǒng)中,可讓學(xué)生對(duì)RFID技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中有一個(gè)全面的、直觀的認(rèn)識(shí)。

6 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一進(jìn)行智能化管理,達(dá)到展示物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)涵。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從概念轉(zhuǎn)為現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn),使學(xué)生更深入地了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,讓學(xué)生一進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,就能體驗(yàn)到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的存在,近距離與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接觸交流；同時(shí),在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理上大量采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),如RFID實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的登記和跟蹤、基于電子門禁系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)驗(yàn)室、云終端智能會(huì)議室、太陽能供電、視頻智慧安防系統(tǒng)等,使實(shí)驗(yàn)室“智慧”化。實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理的物聯(lián)網(wǎng)化,還可以讓學(xué)生在實(shí)景中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),加深對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)理論的理解。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高度智慧化的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)架,高效、優(yōu)質(zhì)地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)管理。

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Exploration and construction of a real-situation experimental teaching system of IoT

Hong Lan, Wang Jiabin, Zheng Lixin

(College of Engineering, Huaqiao University, Quanzhou 362000, China)

Based on Internet of Things (IoT) technologies, this paper presents a real-situation experimental teaching system. The system integrates IoT technologies, converting the experimental teaching of IoT from a traditional experiment box to a practical application. Cooperating with the real-situation, open-style, inquiry-based and task driven teaching methods, the system is able to serve the teaching and management affairs directly. Moreover, the system can provide a practical platform for students and work as a display platform of IoT applications as well.In summary, the system not only makes the management of laboratories more intelligent, but also enables the students of the IoT engineering major to gain a deeper insight into the IoT technology.

Internet of Things；real-situation experimental teaching； experimental teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.043

2016-06-15

福建省科技創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目(2013H2002)；泉州市科技重點(diǎn)項(xiàng)目(2013Z12)；華僑大學(xué)2014年度實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與建設(shè)課題(66661408)

洪嵐(1980—)，女,福建泉州,碩士,實(shí)驗(yàn)師,主要從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面和實(shí)驗(yàn)室智能化管理方面的教學(xué)科研及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理工作.

E-mail：hhlam@126.com

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0172-04