物联网专业创新实验平台的研究与实践

王柯柯，邱小平

(重庆理工大学　计算机科学与工程学院，重庆　400054)



物联网专业创新实验平台的研究与实践

王柯柯，邱小平

(重庆理工大学计算机科学与工程学院，重庆400054)

简要分析了国内物联网发展现状，介绍了自主研发的物联网实验平台——智能车库系统，重点阐述了该平台的体系结构和系统功能。以此为基础对物联网专业的实验平台进行深入研究，为学生搭建一个物联网创新实验平台，激发学生的学习兴趣和创新激情，提高其创新意识和能力。

物联网；智能车库；创新；实验

物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备按约定的协议，把物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它将物理世界网络化、信息化，对传统的分离的物理世界和信息空间互连和整合。物联网代表未来网络的发展趋势，是继计算机、互联网之后信息产业革命的又一次新的革命[1-2]。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》，正式提出了“物联网”的概念，有专家预测10年内物联网就可能大规模普及[3]。物联网技术用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等领域，将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场[4]。

2009年8月温家宝总理在无锡视察时指出:“要在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的传感信息中心或‘感知中国’中心”。 《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项，均将传感网列入重点研究领域。随着国家对物联网产业的重视，加强物联网相关人才的培养显得日益紧迫。2010年7月，教育部正式公布30所高校设立物联网工程专业，旨在大力培养“物联网”产业发展的急需人才，充分发挥高校科研基地的创新平台优势，积极确立面向应用的研发新模式，大力推进“物联网”的技术研发及推广应用[5-6]。

1　国内物联网发展现状

目前，国内对物联网底层的理论研究尚处于萌芽时期，很少有大学、公司、研究机构对物联网本身的理论(如传感器理论、WSN通信理论、物联网核心芯片设计、物联网操作系统、物联网安全体系等)进行研究。大多数的公司都集中在物联网的应用上，并且取得了一系列的成果，如无锡的“感知中国”展馆，规划了物联网的九大应用领域。

在国内，现已有部分高校开设了物联网专业，该专业建设的3个方向大致为:1)原来的传感器专业取消之后，用物联网专业替代，专门针对物联网的传感器这一细分方向进行研究与人才培养；2)计算机方向开设物联网专业，利用计算机本身软件与系统的优势，开展物联网应用研究；3)将计算机、电子信息、通信等专业综合起来，建立物联网从传感器、无线传输到行业应用的一系列综合应用，但在高校自主研发物联网实验平台的尚不多见。

2　物联网专业创新实验平台

本项目构建的物联网专业创新实验平台定位于物联网的上层应用，集成嵌入式、RFID、视频传输、单片机、ZigBee 等技术，能够完善物联网实验教学体系，设计出多项综合实验项目，达到物联网实验教学与实际应用项目相结合的目的，为学生提供一个物联网创新实践平台。

本实验平台的核心系统为“智能车库系统”。它是模拟真实场景下的智能车库管理流程，将物联网技术融合到车库管理中，将先进的智能IC卡识别技术和高速的视频图像存储比较相结合，通过计算机的图像处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、保安、车位引导等进行全方位管理。通过在该平台的学习和实践，使学生掌握物联网理论和相关软硬件开发知识，并对物联网的应用有一个全面、系统和深入的理解。

实验平台建设主要内容包括3个方面。

1)完善物联网实验教学体系。

围绕培养创新创业型人才的需要，以“激发创新兴趣，培养创新思维，引导自主实践”为理念，进一步完善物联网专业实验教学内容，重点设计适合物联网专业学生特点的综合应用型实验项目和实训案例，从理论到实践逐步形成良好的实验教学体系。

基于“物联网智能车库系统”开发和搭建创新实验平台，即为物联网工程专业的综合实践环节提供良好的实验项目，设计开发出多套创新性、应用性的综合实验，涉及RFID读写、环境参数采集传感器(如温度、湿度、光线、红外测物、红外门禁等)、GPS定位、GPRS通信、ZigBee通信技术等。

2)搭建可展示硬件平台。

为了使学生更直观地学习和掌握物联网相关技术，搭建了一个智能车库模型沙盘。将一个真实的车库等比例缩小，在车库中的每个停车位中投放无线传感器，构成无线传感器节点网络，通过智能小车模拟真实的汽车进出停车场，对整个过程进行智能化监控和管理。同时，将为学生提供额外节点，学生可自己动手编程对停车位、智能小车进行控制并在沙盘中展示，较好地将前期基础的理论学习进行综合运用，从而达到学以致用的目的。

3)自主开发多系统软件。

在沙盘上对智能小车、出入口、停车位等物体进行控制均需要软件系统的支持。软件系统主要包括车库内部管理子系统、Web端控制子系统和App客户端3个部分，具体内容如图1所示。

图1　智能车库系统软件结构图

①车库内部管理子系统。

该子系统包括嵌入式网关、门禁系统和监控系统。车库的内部管理功能通过一套嵌入式网关硬件进行统一管理，在数据库服务器上运行一个TCP网络服务程序，同Windows CE网关进行通信；门禁系统通过RFID实现门禁功能；监控系统通过ZigBee网络对车库进行监控。

②Web端控制子系统。

该子系统包括VS.NET平台和JAVA平台两套系统，但系统功能完全一致，便于教学时向学生展示不同开发平台的情况，掌握了不同开发平台的学生均可通过Web程序进行操作。

③App客户端。

该子系统包括在iOS、Android和Windows 7共3个主流平台上分别开发功能类似的3套程序，以便不同智能终端均可对智能车库进行控制和操作，更便于学生掌握不同移动终端操作平台的编程方法。

3　智能车库系统功能描述

在iOS、Android和Windows7这3种平台上开发的系统功能结构图如图2-图4所示。

图2　iOS版智能车库系统功能结构图

图3　Android版智能车库系统功能结构图

图4　Windows7版智能车库系统功能结构图

1)用户信息管理。用户包括普通用户、会员、管理员3种角色，为用户提供个人资料和密码管理，包括查询、修改个人信息，修改密码等。

2)车位信息管理。车库查询为用户提供车库信息的查询，以了解车库详细信息，方便用户停车；车位查询为用户提供车库内每个车位详细的使用情况，便于用户预订。

3)预约管理。车位预约旨为用户提供停车方便，避免到车库没有车位的尴尬情况发生。详细预约让用户通过车库查询查看空车位，并且选择自己中意的空车位进行预订；快速预订是建立在用户对车库信息了解的基础上，系统自动分配空车位，方便操作，节约时间。

4)行车导航。行车导航是为预约用户提供当前位置到目的车库的路径规划，方便用户找到车库位置，节约时间，提高效率。行车导航在两种情况下可以选择；第一种是快速预约成功后；第二种是在个人信息的预约信息里点击相应预约条目进行导航。

5)行车记录。行车记录的目的在于记录路径，减少因找路而花费的时间，包括路线记录和路线回放。路线记录是为用户记录行车路径，将用户行走路径的左边点存储；路线回放是将用户记录的路径呈现在百度地图上。

6)地图模块。通过GPS定位查找周边车库情况，计算并显示行驶路线。

7)查询统计模块。根据车位的不同类型和需求进行查询和统计。

4　结束语

目前，国内基于物联网的智能车库尚不多见，高校针对智能车库的物联网实验教学平台更是缺乏。因此，基于“智能车库系统”搭建物联网工程专业应用项目创新实验平台意义较大，不仅能提高物联网专业教师的学术水平，更能为物联网专业的学生提供一个在技术上具有新颖性、先进性的综合应用案例，且具有很高的应用、推广价值和示范作用。

[1]孙冠男.高校物联网创新实验平台建设探索[J].软件导刊，2013(9):151-152.

[2]崔贯勋，王柯柯，黄贤英，等.多元化多业务物联网工程实验室的建设研究[J].计算机教育，2013(23):62-65.

[3]吕岑，毛云川，宋铁成，等.基于RFID和ZigBee技术的物联网实验系统硬件设计与实现[J].信息化研究，2012(1):13-16.

[4]曾园园.物联网实验室环境监测教学实验平台研究[J].教育教学论坛，2014(3):13-16.

[5]欧阳志友，孙知信.物联网专业创新型实验教学体系建设与实践[J].智能处理与应用，2013(7):73-74.

[6]张鹏.高校物联网实验室的建设研究[J].统计与管理，2014(1):89-90.

Research and Practice of the Internet of Things Specialty Innovation Experimental Platform

WANG Keke，QIU Xiaoping

(College of Computer Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China)

This article briefly analyszed the current situation of the development of the domestic internet of things，and discussed the intelligent garage system，which is a independent research and development system.This paper focused on the architecture and the system function of the platform，and experimental platform is researched base on it.This experimental platform stimulated students’ interests in learning and innovation passion，and improved the innovation consciousness and ability.

the internet of things; intelligent garage; innovation; experimental platform

2014-10-21；修改日期: 2014-11-10

重庆理工大学实验技术开发基金(SK201309)；重庆理工大学高等教育教学改革研究项目(20120005)。

王柯柯(1977-)，女，硕士，副教授，主要从事计算机软件、计算机实验的教学与研究工作。

TN911.22

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.026