基于綜合實訓平臺的物聯網實驗室建設研究

許東濱+林悅銘+梁明輝+陳大同

摘 要 物聯網技術專業是一門新興學科，高校在物聯網實驗室建設方面還處于摸索階段，結合齊齊哈爾醫學院物聯網實驗室建設經驗，以物聯網綜合實訓平臺為基礎，從硬件資源、軟件資源、課程資源建設三個方面，詳細闡述物聯網實驗室建設過程，具有一定的現實意義。

關鍵詞 物聯網；實驗室；綜合實訓平臺

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）16-0048-03

Abstract Because of IOT （Internet of Things） is a new branch of science， the IOT laboratory construction in universities is still in theexploratory stage. In this paper， we elaborate the construction processof IOT laboratory in our university and introduce laboratory resourceconstruction in 3 aspects： hardware resources， software resources， curriculum resources， which base on the integrated training platform of IOT.The construction process of IOT laboratory is practical and significant.

Key words IOT； laboratory； integrated training platform

1 引言

物聯網是基于互聯網技術發展而來的新一代信息技術，英文縮寫是IOT（Internet of Things）。物聯網最早由美國麻省理工學院Auto-ID研究中心于1999年提出，其定義為：把所有物品通過射頻識別（RFID）和條碼等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理功能的網絡[1]。2015年，國際電信聯盟（ITU）對物聯網概念進行擴展，除RFID技術外，傳感器技術、納米技術、智能終端等技術也將得到更加廣泛的應用。之后，歐盟、日本、韓國等國家和地區都針對物聯網提出了本國的物聯網發展戰略和定義標準。

我國在物聯網方面的發展起步并不落后，2010年將物聯網發展問題寫入《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》（國發〔2010〕32號）。2012年，工信部正式發布《物聯網“十二五”發展規劃》，指明產業未來發展道路。目前，在政府的積極推動和支持鼓勵下，在醫療、電力、交通、公安、物流等各個領域，已有不少省份采用傳感網技術來進行控制并提供相關服務[2]。

齊齊哈爾醫學院于2014年開始籌劃建設物聯網實驗室，2016年基本完成物聯網實驗室建設工作。本文主要針對該時期物聯網實驗應用平臺的建設過程，結合經驗，給出一些看法和體會，希望對其他高校后續的物聯網實驗室建設有幫助和借鑒作用[3]。

2 實驗室硬件建設

物聯網實驗室環境建設包括硬件資源、軟件資源、課程資源三大部分[4]。其中硬件資源建設主要是指實驗室平臺建設和設備設施的選購，以滿足教學功能需要。物聯網實驗室的設備選購上主要有三類設備。

1）基于模塊化的物聯網創新平臺。這種平臺的特點是各模塊相互獨立存在，提高了實驗設備的靈活性，方便設計創新性實驗；存在的問題就是不好維護，學生很容易在實驗過程中因操作不當而損壞模塊。

2）集成度較高的一體化實訓裝置。這種平臺主要將各模塊集成在一起，學生在工程實踐過程中只是按步驟完成一些基礎性和驗證性實驗，不能滿足開放性原則[5]。這種設備的主要優點是準備實驗方便，可靠性高。

3）有一定集成度的模塊化綜合實訓平臺。這種平臺介于前兩者之間，將實驗利用率較高的主機、數碼顯示、語音、SD數據讀取等模塊集成在一起，其他模塊利用無線通信模塊相連接。這種設備最大的優點是主機等昂貴硬件集成度高，不易損壞，傳感器模塊有通用接口可自由更換，具有一定的可擴展性。

齊齊哈爾醫學院選用的是第三類，北京精儀達勝科技有限公司制造的EL-NC900物聯網綜合實訓平臺。該平臺的體系架構如圖1所示。

從圖1可以看出，除協調器與PC機的通信采用串口或USB外，其他各個部分之間都采用ZigBee網絡。其中，協調器采用LM3S9B96芯片，處理能力更強；終端節點和路由節點采用LM3S811芯片，造價更低；通信模塊采用CC2420 Zigbee模塊芯片，該芯片性能穩定且功耗極低，選擇性和敏感性指數超過了IEEE802.15.4標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。

物聯網實訓平臺的實物圖如圖2所示。同時，物聯網實驗室應與電子電路實驗室和單片機嵌入式實驗室相鄰或復用，這樣電子實驗室現成的信號發生器、示波器、萬用表等硬件資源以及嵌入式單片機實驗室的芯片設備和傳感器資源可以得到更加充分有效的使用，大大降低實驗室建設的成本[6]。

3 實驗室軟件建設

實驗室軟件資源建設主要是指結合硬件資源，在PC端配置安裝配套的軟件，以滿足實驗仿真的需要。下面將詳細介紹齊齊哈爾醫學院實驗中心的軟件情況。

Keil uVersion 4軟件 該軟件由美國Keil Software

公司出品，主要功能是進行程序編寫、調試、執行、下載，主要支持C/C++及傳統的匯編語言，兼容51系列單片機及Cortex-M系列的Cortex-R4、ARM7、ARM9器件，是目前較為流行的程序編譯工具。endprint

IOT節點監控軟件 該軟件由北京精儀達勝科技有限公司開發，主要用來監控物聯網的動態組網情況，以及實時監控物聯網的終端節點動態數據情況。圖3為IOT節點監控軟件中上位機案例的拓撲連線界面和數據監控界面。

串口調試助手 可用SSCOM32代替，是目前比較通用的串口調試工具，支持串口RS232/485通信，可在Windows XP及以上環境下查看不同COM口的接收數據，并可以向該串口發送數據。

4 課程資源建設

實驗課程資源的獲取有兩個途徑。

從設備配套的實驗指導書中獲取 這也是獲取實驗案例資源的主要途徑。目前多數設備廠家都會根據自己的設備，提供附贈的程序案例。實驗室在驗收設備的同時，應該積極組織實驗員與售后技術人員一同進行設備的安裝調試，保證實驗員能夠獨立完成各項實驗程序的調試運行。

從教學實踐中獲取的開放性實驗、畢業設計、物聯網相關的競賽資料整理總結 在教學實踐過程中，有一些綜合設計性的環節，比如開放性實驗，實驗室可以對這類實驗進行跟蹤，及時更新現有的案例數據；同時在畢業設計中可以吸納學生的應用經驗和案例；對于物聯網競賽中學生完成的參賽作品、項目設計書、C程序，實驗室應該積極存檔，這對物聯網實驗室的發展大有幫助。

5 結束語

隨著社會對物聯網相關人才需求的不斷增加，高校對物聯網專業的投入也不斷加大，其中物聯網實驗室的建設水平無疑是衡量一所學校物聯網專業教學能力的重要指標。本文結合齊齊哈爾醫學院物聯網實驗室建設經驗，詳細闡述物聯網實驗室的硬件資源、軟件資源和課程資源建設，希望為高校的物聯網實驗室建設規劃提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]劉志杰.物聯網技術的研究綜述[J].軟件，2013，34（5）：164-168.

[2]劉錦，顧加強.我國物聯網現狀及發展策略[J].企業經濟，2013（4）：114-117.

[3]陳景賢，陳志生.高校物聯網實驗室建設與應用[J].實驗室研究與探索，2013，32（8）：451-453.

[4]林莉，陳麗麗.高校物聯網實驗室建設規劃[J].長春理工大學學報，2012（4）：23-24，58.

[5]安健，桂小林，楊麥順.工程實踐與科技創新的物聯網開放實驗室建設[J].實驗技術與管理，2016，33（10）：245-248.

[6]付永貴.基于分組教學的高校物聯網實驗室構建研究[J].中國教育信息化，2011（5）：63-65.endprint