物联网系统集成实训室建设的探索与实践

龚兰芳

【摘 要】物联网开发应用涉及电子、嵌入式开发、网络通信、计算机等专业知识的综合应用，针对高职的学生来说，更需要进一步掌握动手实践能力，才能适应工作的需要。高等职业院校开展以实验、项目开发为主的物联网应用实训则是一个极好的人才培养途径。另外，实训环节的教学工作是职业教育教学体系的重要环节。因此，建立符合人才市场需求的实训室也成为专业建设的重要工作。

【关键词】物联网；实训室建设；智能家居；社会服务

0 前言

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。目前物联网被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业。

物联网专业作为一个全新学科，已经受到各院校的高度重视。2010年全国共有近700所本科院校向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请，教育部批准了30所大学设立“物联网工程”专业，5所大学设立“传感网技术”专业。同时，也有非常多的高职院校提交了“物联网应用技术”专业的申报申请。我们经过两年的大量调研后，在学校的大力支持下，依托计算机、电子信息等专业的优势，自动化工程系提交了建立“物联网应用技术”专业的申请，于2012年7月获得教育部正式批准，成为广东省第二批设置“物联网应用技术”专科专业的单位之一。为迎接未来物联网产业在我国的高速发展，为物联网产业发展做人才准备，物联网专业建设在未来几年将会是全国高校的趋势所在。到今年，我校的第一届物联网应用技术专业的学生圆满毕业走上了工作岗位，走访了了部分学生顶岗实习的企业，对我们的学生普遍评价都比较高，这有功于我们的实践环节的学习，感谢我们的实训室环境的建设。在这里，我将我们实训室建设的经验介绍给大家，以此共勉。

1 实训室建设的必要性及主要项目

从“物联网”的应用来看，我们认为有三个层次：一是，传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别。二是，传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络或未来的NGN网络，实现数据的传输与计算。三是，应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、PC等终端进行。由此可以看到，“物联网”的关键在于射频标签（RFID）、传感器、嵌入式软件及传输数据计算等领域。根据已经制定的教学计划安排，本专业已开出“无线通信技术”、“传感器应用与检测技术”、“单片机原理与接口技术”、 “无线传感网络技术”、“RFID技术与应用”、“综合布线技术”、“局域网组网技术”、“嵌入式应用技术”、 “智能家居”、“智能楼宇”等系列课程，并设置若干课程设计、实训课程，这些课程、课程设计、实训都具有很强的实践性，必须通过全面深入的实践性教学，才能培养出合格的物联网应用技术专业人才。

该专业的实训室建设，我们分为两期建设工程：第一期是智能传感网实训场——主要针对“无线通信技术”、“传感器应用与检测技术”、“无线传感网络技术”、“RFID技术与应用”等传感网络和传输网络层次的单一的训练；这个实训室无法满足系统性的实训及“智能家居及安防系统”等应用网络层次的综合课程训练、课程设计、实习和毕业设计的需要，这就有必要在一期主要训练传感网络和传输网络层次的单项能力训练的基础上建立一个系统性的物联网技术应用网络层次的集成综合实训室，就是我们的第二期实训室建设。该实训室是一期智能传感网实训场重要的能力培养提升部分，主要基于行业职业标准培养学生的技术应用，同时结合考证需要，以考证的内容为载体，在对学生进行综合项目练习的同时也具备了职业技能鉴定的水平。目前已获人社部批准的技能鉴定项目为“数字家庭技术集成师”，“高级物联网应用操作员”，都属于高新系列。本期的系统集成综合实训室是智能传感网实训场的组成部分，因此实验室之间符合统一的技术平台要求，设备和系统可以互联互通，系统集成综合实训室既可独立运行，又可联网运行和管理。

另外，系统集成实训室既要完全满足考证的技术要求，同时也要尽量兼顾学院其他智慧系统的应用，提高实训室的利用率。先进的信息化手段与教学的融合，已成为提高教学质量，提高管理服务水品、提升内部管理效率，减员增效的必要手段。在学校，课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环，做好教学互动环节，是掌握好教学环节的质量，提高教学水平的关键。现行的教学过程中，传统的签到环节、疑问确认环节、提问互动环节、课堂小测试环节存在诸多问题。签到过程中，使用纸张签到，效率低且存在代签现象，结果不便于教师统计；提问互动环节和课堂小测试的环节中，教师给出简单选择后，学生举手或者口头回答，不能获得准确的统计数据，教师只能根据大体情况来判断是否进行教学，没有准确的数据，更不能考虑后期的数据挖掘和数据统计工作。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统在逐步的推广运用。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。而智慧教室本身也是物联网综合应用项目之一，可作为学生实训的一个实际真实的项目来练习。另一个会议室环境控制项目也将是学生实训的一个实际真实的项目。本文将主要介绍第二期物联网集成实训室建设的内容。

2 实训室具体主要建设内容

2.1 系统集成项目及考证项目实训系统——联动控制的智能家居模型

2.1.1 需要的环境与设备：

a.家庭组网：家庭网络的搭建与组网；

b.安防报警：智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄漏；

c.视频监控：实现现场的视频监控与图像抓拍、录像；

d.照明控制：控制照明的开关、明暗度， 支持情景模式；

e.窗帘控制：控制窗帘的开关，支持多种情景控制模式；

f.节能控制：控制电源节能，支持多种情景控制模式；

g.影音控制：控制电视、音响、空调、冰箱、窗帘、门窗等；

h.控制方式：可通过手机、PAD、电脑等不同方式控制；

i.场景控制：如回家开门后，灯、窗帘、空调等开启场景模式；

j.多屏互动：PAD、手机、电脑，实现多媒体信息多屏体的无缝、实时、全自动推送，同时支持多媒体信息远程推送功能；

k.系统调试软件可自动感知系统设备的存在，并自动建立设备通讯，系统自动感知并自组网，设备免调试。

2.1.2 实现教学层次所需要的环境和设备：

a.联动控制的智能家居模型，为带花园的三层独立别墅，配置各种家电及接受控制的各种仿真设备，学生可以非常直观的看到完整智能家居方案设计及控制的结果；

b.联动控制的3D智能家居场景仿真软件，各种家居控制的现场效果都可通过该3D仿真软件体现；

c.智能家居模型为缩小版的完整系统功能体现，3D智能家居仿真软件为放大版真实版的完整系统功能体现，学生在一期实验室所做的智能家居系统开发可形成鲜明和清晰的对比，学生自身的设计缺陷可通过该比对得到显现。

2.2 智慧教室系统设计

智慧教室系统基于交换机为核心，建成一个综合型的物联网共享平台，所有的设备系统均可以通过标准模块WiFi设备服务器无线接入物联网工程信息平台，通过服务器的系统软件统一管理前端系统设备；同时，教室智慧系统的设计能开放足够多的端口和丰富、完善的接口函数以及二次开发包，为教师、学生提供了一个开放的环境平台去学习和研究。

该实训室建成一个综合型的物联网应用场景，用于学生进行创新实验研究，以及教师开展科学研究，具体实现功能如下：

门禁系统：采用RFID卡（校园卡）刷卡开门，及远程网络控制开、关门。

A405安装的门禁系统由校园卡读卡器、控制电路、门锁自动执行机构、WiFi无线联网模块、以及配套的服务器软件和本地控制软件构成。

服务端软件运行在A405服务器上，通过设置校园卡权限（只有授权的校园卡才能够打开门），实现门的管控。同时也可以通过授权远程登陆服务器，通过网络实现门的开、关控制。

灯光控制系统：灯光控制系统由灯光控制器、配套的系统软件构成。

本地网络自动控制、或手动控制灯光开关；远程通过网络授权登陆服务器，察看实验灯光情况，并实施远程控制。

视频监控系统：视频监控系统由WiFi无线摄像头和配套监控软件构成。

通过本地有线、或无线网络，以及远程授权登陆服务器监控软件，实施对实验室的实时视频监控。

空调控制系统：空调控制系统由中央空调电源控制器、温度传感器和配套控制软件构成。

实现室内温度的自动控制；以及本地有线、无线网络控制中央空调系统；远程授权登陆服务器，查询空调器状态、环境温度、及实施控制。

窗户监视系统：窗户监视系统由窗户门磁模块及配套软件组成。

窗户门磁模块用于检测窗户的开关状态，并将状态信息及时上传至服务器。

该系统通过本地、远程有线或无线网络，授权登陆服务器，察看窗户的开、合状态，同时设置敏感时段，实施对窗户的自动监视和报警。

2.3 实验实训室平面图及各区域功能说明

2.3.1 A5-405物联网系统集成实训室网络拓扑图（图1）

2.3.2 门禁系统（图2）

2.3.3 物联网系统集成实训室布置图（图3）

3 实训室建设后的社会服务效益分析

3.1 校企合作

3.1.1 与广东省物联网行业企业合作共建共享型实训基地

与广州兴森快捷电路科技有限公司 、广东安居宝数码科技股份有限公司等合作企业以实训室为平台进行深度校企合作；与广州数字化家庭示范基地人才培养中心共同成立研发中心，承接科研立项，完成成果转换。

3.1.2 共享型实训基地的功能

与广州数字化家庭示范基地等合作共建的实训基地，具有教育、训练、生产和辐射功能。作为“合作共享型”实训基地，在设备的运行过程中把实践性教学环节与生产环节有机统一起来。实训基地不仅负有培养人才的任务，还具有科研开发、成果转化对外培训服务、技能鉴定与考证等的任务。同时和兄弟院校共享实训资源，提高设备利用率。

3.2 对外培训

针对目前信息化建设的迫切需求，依托实训基地及研发中心，与校企合作企业共同开展自动识别技术、传感技术、移动终端开发等物联网应用技术领域的师资培训，开拓继续教育培训、师资培训、企业员工培训等。到2015年，社会培训人数达到100人次/年。

3.3 职业技能鉴定与考证

该项目是物联网新技术应用，教师通过该平台学习物联网最新应用，通过该平台可开发出水利、电力物联网的相关产品，预期可通过该平台申报水利物联网相关纵向科研项目及横向科研技术改造项目。

【参考文献】

[1]周洪波.物联网技术、应用、标准和商业模式[M].2版.电子工业出版社，2011.

[2]舒松，喻会.高职物联网专业建设初探[J].湖北成人教育学院学报，2012（1）.

[3]欧亚军.高职院校物联网实验室建设探讨[J].无线互联科技，2012（8）：29.

[责任编辑：汤静]