專利名稱：一種集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，屬通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
物聯(lián)網(wǎng)是指把所有物品通過傳感器和射頻識別(RFID)等信息感知設(shè)備與互連網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理，它具備全面感知、可靠傳輸和智能處理三個基本特征。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)涵蓋感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個層次，其中感知層主要功能是識別物體，采集信息；網(wǎng)絡(luò)層的功能是傳輸感知層獲取的信息；應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。 從高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的角度，培養(yǎng)具有專業(yè)基礎(chǔ)扎實、工程能力及創(chuàng)新能力突出的物聯(lián)網(wǎng)人才是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的人力保障。目前很多高校依托自動化、通信工程和計算機等相關(guān)專業(yè)開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的課程，其中工程實驗環(huán)節(jié)是必不可少的組成部分。物聯(lián)網(wǎng)實驗設(shè)備應(yīng)體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基本特征，滿足基礎(chǔ)實驗、物聯(lián)網(wǎng)綜合體驗和工程實踐等多層次人才培養(yǎng)目標。但現(xiàn)有的實驗設(shè)備以獨立的實驗箱或模擬的工程實驗臺為主，不具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)特點，其在實驗和管理過程中主要存在以下的問題I)各個獨立的實驗箱之間不具有相互通信的功能，也沒有采用統(tǒng)一的平臺對這些獨立的實驗箱進行管理，實驗數(shù)據(jù)無法在統(tǒng)一的平臺上進行存儲和分析。采用這些分散的實驗箱進行實驗，不能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基本特征。此外，實驗箱采集節(jié)點的數(shù)量和監(jiān)控范圍非常有限，與實際的物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用有較大的距離。學(xué)生借助這些獨立的實驗箱無法了解并掌握實際物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成和工作原理。2)大部分模擬的工程實驗臺的功能和結(jié)構(gòu)比較簡單，僅提供一些基本的演示功能，用戶只能進行一些簡單的開、關(guān)和調(diào)用等操作，不能在這些實驗臺上進行開發(fā)，很難幫助學(xué)生建立起完整、實際的物聯(lián)網(wǎng)概念；模擬的工程實驗臺不能針對不同專業(yè)和學(xué)科特點進行集成和擴展，無法滿足行業(yè)應(yīng)用的需求。3)實驗箱與模擬的工程實驗臺之間不能互聯(lián)互通，也沒有采用統(tǒng)一的平臺對它們進行管理和維護，實驗室管理成本較高，無法建立完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概念，無法滿足工程實踐能力培養(yǎng)的需要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，以滿足物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)和實踐的需要。本實用新型所稱問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，由平臺子系統(tǒng)、中心服務(wù)器、顯示設(shè)備和客戶端訪問控制設(shè)備構(gòu)成，所述中心服務(wù)器通過公共通信網(wǎng)絡(luò)或通信電纜與平臺子系統(tǒng)、顯示設(shè)備和客戶端訪問控制設(shè)備進行通信，所述平臺子系統(tǒng)包括實驗箱子系統(tǒng)、智能家居子系統(tǒng)、多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和RFID實驗設(shè)備管理子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)與中心服務(wù)器之間、各子系統(tǒng)之間通過公共通信網(wǎng)絡(luò)進行通信。上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述客戶端訪問控制設(shè)備包括觸摸控制臺、平板電腦和智能手機。上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述實驗箱子系統(tǒng)包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱和無線射頻識別實驗箱，每個實驗箱通過一個網(wǎng)關(guān)與公共通信網(wǎng)絡(luò)連接。上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述智能家居子系統(tǒng)包括智能家居后臺服務(wù)器和多個智能家居模塊，每個智能家居模塊通過ZigBee無線射頻模塊或RJ45接口與智能家居后臺服務(wù)器進行通信，智能家居后臺服務(wù)器通過RJ45接口或者WiFi無線模塊連接到公共通信網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器進行通信。上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由視頻監(jiān)控服務(wù)器及安裝在不同視頻監(jiān)控點的多個視頻監(jiān)視器組成，每個視頻監(jiān)視器依次經(jīng)無線視頻數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、視頻監(jiān)控服務(wù)器、以太網(wǎng)與中心服務(wù)器進行通信。 上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述平臺子系統(tǒng)的構(gòu)成中還包括擴展功能子系統(tǒng)，所述擴展功能子系統(tǒng)與中心服務(wù)器及其它子系統(tǒng)之間通過公共通信網(wǎng)絡(luò)進行通信。上述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，所述顯示設(shè)備為投影儀或顯示器。本實用新型集成了實驗箱、智能家居、視頻監(jiān)控、設(shè)備管理等多個子系統(tǒng)，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)的感知、傳輸和應(yīng)用三個層次，滿足基礎(chǔ)實驗、綜合體驗、工程應(yīng)用和科學(xué)研究四個方面的培養(yǎng)需求，具有很高的工程應(yīng)用價值。本實用新型可對多個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，方便設(shè)備的維護和信息統(tǒng)計；通過實訓(xùn)平臺可記錄和觀察實驗箱的具體使用情況，指導(dǎo)學(xué)生進行課程實驗和設(shè)計；通過實訓(xùn)平臺可以調(diào)用智能家居和視頻監(jiān)控的圖像等信息，對智能家居中的家電進行控制。通過實訓(xùn)平臺可以管理設(shè)備管理子系統(tǒng)的設(shè)備，對設(shè)備使用記錄進行統(tǒng)計分析。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型作進一步詳述。圖I是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖中各標號為1、平臺子系統(tǒng)；2、中心服務(wù)器；3、顯示設(shè)備；4、客戶端訪問控制設(shè)備；5、實驗箱子系統(tǒng)；6、智能家居子系統(tǒng)；7、多點視頻監(jiān)視子系統(tǒng)；8、RFID實驗設(shè)備管理子系統(tǒng)；9、擴展功能子系統(tǒng)；10、觸摸控制臺；11、平板電腦；12、智能手機；NET、公共通信網(wǎng)絡(luò)。
具體實施方式
本實用新型利用傳感器件(包括溫濕度、光照、氣體、煙霧、振動等多種傳感器)、射頻識別設(shè)備和視頻攝像頭等全面感知環(huán)境和設(shè)備等的信息，然后把采集到的信息通過公共通信網(wǎng)絡(luò)(主要指無線通信網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng))傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的服務(wù)器并進行存儲，再利用實訓(xùn)平臺對收集到的信息進行分析處理。物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示，實訓(xùn)平臺由平臺子系統(tǒng)I、中心服務(wù)器2、顯示設(shè)備3 (投影儀等)和客戶端訪問控制設(shè)備4 (觸摸控制臺10、平板電腦11、智能手機12)構(gòu)成。其中平臺子系統(tǒng)部分主要包括實驗箱子系統(tǒng)5、智能家居子系統(tǒng)6、多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)7、RFID實驗設(shè)備管理子系統(tǒng)8四個部分(實框表示)。這四個部分既能單獨完成實驗或者研發(fā)任務(wù)，又能通過物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通，生動展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在各個方面的應(yīng)用場景。平臺還可以根據(jù)需要擴展其他子系統(tǒng)(虛框表示)。四個平臺子系統(tǒng)和擴展功能子系統(tǒng)優(yōu)先選擇RJ45接口與公共通信網(wǎng)絡(luò)互連。實訓(xùn)平臺的中心服務(wù)器2提供三種公共通信網(wǎng)絡(luò)的通信接口 面向WiFi網(wǎng)絡(luò)的無線通信接口、面向通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service, GPRS)網(wǎng)絡(luò)的無線通信接口和面向以太網(wǎng)的RJ45接口。中心服務(wù)器2通過這些通信接口連接到公共通信網(wǎng)絡(luò)。中心服務(wù)器還連接上投影儀和顯示器等顯示設(shè)備，用于演示物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實驗和工程實踐的相關(guān)內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的使用者可通過客戶端訪問控制設(shè)備4，登陸客戶端服務(wù)軟件進行操作，例如查看物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)、獲取中心服務(wù)器2的數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)分析處理?？蛻舳嗽L問控制設(shè)備4主要包括觸摸控制臺10、平板電腦11和智能手機12等。其中觸摸 控制臺10可通過USB接口與中心服務(wù)器2直接互連，平板電腦11可通過RJ45接口或者WiFi網(wǎng)絡(luò)訪問中心服務(wù)器2，智能手機12主要通過3G移動通信網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器2進行通信。I)實驗箱子系統(tǒng)實驗箱子系統(tǒng)主要包括兩種實驗箱=ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱和無線射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)實驗箱。每個物聯(lián)網(wǎng)實驗箱都能獨立進行基礎(chǔ)編程實驗和課程設(shè)計。每個獨立的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱都配備有一個實驗箱網(wǎng)關(guān)，實驗箱網(wǎng)關(guān)至少有一個串口，串口通過連接的無線射頻模塊(例如GPRS和WiFi無線模塊)與無線通信網(wǎng)絡(luò)進行通信，實驗箱網(wǎng)關(guān)同時通過配備的RJ45接口連接到以太網(wǎng)。通過公共通信網(wǎng)絡(luò)，實驗箱子系統(tǒng)中所有實驗箱都能互聯(lián)互通，它們的數(shù)據(jù)也可以發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的服務(wù)器進行存儲和分析處理。2)智能家居子系統(tǒng)智能家居子系統(tǒng)包括電燈、家電(空凋和電視等)、溫濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、窗簾、電表、報警器和視頻攝像頭等智能家居模塊，其中電燈、家電、傳感器、窗簾、報警器和電表等智能家居模塊都連接了 ZigBee無線射頻模塊，視頻攝像頭模塊配備有RJ45接口。智能家居子系統(tǒng)配備有智能家居后臺服務(wù)器。連接有ZigBee無線射頻模塊的智能家居模塊通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與智能家居后臺服務(wù)器進行通信。配備有RJ45接口的模塊(例如視頻攝像頭設(shè)備)通過RJ45接口連接到智能家居后臺服務(wù)器。智能家居的后臺服務(wù)器通過RJ45接口或者WiFi無線模塊(優(yōu)先選擇RJ45接口)連接到公共通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的服務(wù)器進行通信，智能家居的數(shù)據(jù)被保存在物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺的服務(wù)器中。3)多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)在多個重要地點設(shè)置視頻監(jiān)控點，利用無線局域網(wǎng)產(chǎn)品和無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)組成無線視頻數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。視頻監(jiān)控點的視頻和圖像信息通過Mesh網(wǎng)絡(luò)或者RJ45接口與公共通信網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送到視頻監(jiān)控服務(wù)器，視頻監(jiān)控服務(wù)器通過RJ45接口經(jīng)由以太網(wǎng)與中心服務(wù)器進行通信。無線視頻傳輸優(yōu)先選用Strix公司的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，能實現(xiàn)移動式無線接入。4)實驗設(shè)備管理子系統(tǒng)實驗室設(shè)備管理子系統(tǒng)采用RFID技術(shù)進行設(shè)備管理，設(shè)備的使用情況要及時登記，任何設(shè)備進出實驗室都要通過門禁的RFID系統(tǒng)進行識別。實驗室設(shè)備管理子系統(tǒng)通過RJ45接口與以太網(wǎng)進行通信。 設(shè)備借出時需要在設(shè)備管理系統(tǒng)進行登記，未完成登記通過門禁的RFID系統(tǒng)時，實驗室喇叭會發(fā)出告警信號。當設(shè)備及時歸還時，也要通過門禁的RFID系統(tǒng)進行識別，設(shè)備管理系統(tǒng)自動錄入RFID系統(tǒng)識別的設(shè)備的相關(guān)信息。設(shè)備的借出、歸還和使用維護等信息會被保存在存儲器，用于分析和統(tǒng)計設(shè)備的利用率和質(zhì)量等重要信息。
權(quán)利要求1.一種集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，它由平臺子系統(tǒng)(I)、中心服務(wù)器(2)、顯示設(shè)備(3)和客戶端訪問控制設(shè)備(4)構(gòu)成；所述中心服務(wù)器(2)通過公共通信網(wǎng)絡(luò)(NET)或通信電纜與平臺子系統(tǒng)(I)、顯示設(shè)備(3)和客戶端訪問控制設(shè)備(4)進行通信；所述平臺子系統(tǒng)(I)包括實驗箱子系統(tǒng)(5)、智能家居子系統(tǒng)(6)、多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(7)和RFID實驗設(shè)備管理子系統(tǒng)(8)，每個子系統(tǒng)與中心服務(wù)器(2)之間、各子系統(tǒng)之間通過公共通信網(wǎng)絡(luò)(NET)進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述客戶端訪問控制設(shè)備(4)包括觸摸控制臺(10)、平板電腦(11)和智能手機(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述實驗箱子系統(tǒng)(5)包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗箱和無線射頻識別實驗箱，每個實驗箱通過一個網(wǎng)關(guān) 與公共通信網(wǎng)絡(luò)(NET )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述智能家居子系統(tǒng)(6)包括智能家居后臺服務(wù)器和多個智能家居模塊，每個智能家居模塊通過ZigBee無線射頻模塊或RJ45接口與智能家居后臺服務(wù)器進行通信，智能家居后臺服務(wù)器通過RJ45接口或者WiFi無線模塊連接到公共通信網(wǎng)絡(luò)與中心服務(wù)器(2)進行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(7)由視頻監(jiān)控服務(wù)器及安裝在不同視頻監(jiān)控點的多個視頻監(jiān)視器組成，每個視頻監(jiān)視器依次經(jīng)無線視頻數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、視頻監(jiān)控服務(wù)器、以太網(wǎng)與中心服務(wù)器(2)進行通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述平臺子系統(tǒng)(I)的構(gòu)成中還包括擴展功能子系統(tǒng)(9)，所述擴展功能子系統(tǒng)(9)與中心服務(wù)器(2)及其它子系統(tǒng)之間通過公共通信網(wǎng)絡(luò)進行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，其特征是，所述顯示設(shè)備(3)為投影儀或顯示器。
專利摘要一種集成化的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)平臺，用于解決物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)問題。它由平臺子系統(tǒng)、中心服務(wù)器、顯示設(shè)備和客戶端訪問控制設(shè)備構(gòu)成，所述中心服務(wù)器通過公共通信網(wǎng)絡(luò)或通信電纜與平臺子系統(tǒng)、顯示設(shè)備和客戶端訪問控制設(shè)備進行通信，所述平臺子系統(tǒng)包括實驗箱子系統(tǒng)、智能家居子系統(tǒng)、多點視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和RFID設(shè)備管理子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)與中心服務(wù)器之間、各子系統(tǒng)之間通過公共通信網(wǎng)絡(luò)進行通信。本實用新型集成了實驗箱、智能家居、視頻監(jiān)控、設(shè)備管理等多個子系統(tǒng)，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)的感知、傳輸和應(yīng)用三個層次，滿足基礎(chǔ)實驗、綜合體驗、工程應(yīng)用和科學(xué)研究四個方面的培養(yǎng)需求，具有很高的工程應(yīng)用價值。
文檔編號G09B9/00GK202601004SQ20122018980
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月29日
發(fā)明者孔英會, 陳智雄, 趙建立, 余萍, 賈惠彬, 趙振兵, 鮑慧, 韓東升, 李保罡, 項洪印, 張京席, 程文清 申請人:華北電力大學(xué)(保定)