农业院校物联网工程专业实验室建设初探

胡萍 李小顺 唐剑

摘要：该文以北京农学院为例，首先讨论了物联网工程专业实验室建设的必要条件，然后从学科基础及专业必修课的课程实验与课程设计实验室建设，工程实践实验室建设，创新创业和项目实习实验室建设几方面探讨了物联网工程专业实验室建设，并且以将智慧农业温室大棚和企业联合实验室纳入该专业实验室体系，作为农业院校物联网工程专业实验室建设的特色，以供相关人员参考和借鉴。

关键词：农业院校；物联网工程专业；实验室建设

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0125-02

近年来，随着国家将物联网定位为一种重要的战略性新兴产业，越来越多的高校开设了物联网工程本科专业。作为一个新兴专业，物联网工程专业实验室建设目前正处于探索阶段。本文以北京农学院为例，对物联网工程专业实验室的建设进行了初步探讨。

1 物联网工程专业实验室建设的必要前提

物联网工程专业实验室建设，主要依靠国家和学校的在政策、资金、人力等各方面的支持。此外，实验室建设的必要前提还应包括：

1）明确农业院校物联网工程专业人才培养目标和特色。只有在前期明确了人才培养目标和特色，才能做到结合培养目标进行具体的实验室建设。我校该专业人才培养目标和特色主要是以农业为行业特色，同时注重培养能适应物联网工程所涉及的多学科发展需求的创新型应用人才。

2）对物联网关键技术的基本认知。物联网工程专业实验室建设，依赖于建设团队对物联网关键技术的基本认知。

3）专业核心课程与实验的设置。我校参考文献1的规范[1]，设置了物联网工程设计与实施、物联网信息安全、物联网控制、数据处理与智能决策、海量数据存储、物联网通信技术、传感网原理及应用、RFID原理及应用、传感器原理及应用、物联网工程导论10门课程作为专业核心课程。 同时参考文献2的规范 [2]将实验教学课程分为核心课程实验与综合课程设计两大类。其中，综合课程设计包括物联网应用系统综合课程设计、物联网数据处理综合课程设计、物联网传输综合课程设计、物联网感知综合课程设计和嵌入式系统综合课程设计。

4）分析利用计算机科学与技术等专业已有的实验资源。物联网工程专业具有交叉性，依托于计算机科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等学科。因此，我们分析利用已有专业的实验资源，则能避免实验室的重复建设。

2 农业院校物联网工程专业实验室建设方案

2.1课程实验与课程设计实验室建设

2.1.1学科基础课实验的实验室建设

大多数高校的物联网工程专业中，学科基础课程实验和课程设计不需要建设新的实验室。因为：进行电路与电子技术课程设计，可利用原有的“电工电子实验室”资源；完成组成原理实验或微机原理、汇编与接口技术实验，可利用计算机科学与技术专业“微机原理实验室”资源；进行数据结构与算法课程设计、面向对象程序设计课程设计以及数据库系统课程设计，可利用“计算机软件实验室”资源。

2.2.2专业必修课实验的实验室建设

物联网工程专业的专业必修课实验，大部分是新增加的。很多高校都需要购置新设备，建设新实验室。在北京农学院，实现嵌入式系统设计与应用课程设计和单片机原理与控制技术实验，利用了已有的“嵌入式系统实验室”资源。对于物联网数据处理课程设计、云计算和智能信息处理技术部分实验，利用了已有信息管理与信息系统专业的“信息处理实验室”的资源。对于物联网通信技术实验中的有线网络实验部分在已有的“计算机网络基础实验室”完成。由于我院这个网络实验室原本面积稍小，实验安排较多，已经不能满足物联网传输实验的需求，因此新建了一个“无线通信原理与技术实验室”，以完成无线网络组网等实验。新建无线传感网实验室和射频识别技术实验室，完成传感器与控制实验、RFID技术实验和无线传感器网络技术实验。建立物联网综合系统实验室，完成物联网安全实验和物联网应用课程设计。

2.2工程实践训练的实验室建设

工程实践是综合性的实验。在课程实验与课程设计实验室建设部分，解决了专题实验的需求。但是要突破课程之间的隔阂，建立知识的整体性、系统性和关联性就需要通过工程实践训练来实现。

2.2.1物联网综合系统实验室的模块化设备

我校新建物联网综合系统实验室用于工程实践训练。由于特定的封装度较高、集成式、一体化的实验设备与实际接触的真正设备有较大差异性，会产生教学与实际应用脱节的现象，且不利于学生的创新思维培养。因此，在实验室建设中，主要配置模块化、开放性实验设备。包括：配置信号发生器、数字示波器等基本硬件测试设备；配置多元化的物联网感控模块，如：CC2530、RFID、Crossbow等；购买了MSP430、Galileo物联网开发板；还配备了嵌入式网关（Cortex—A8）、多种传感器等。在该实验室，学生通过网关控制各种不同通信平台进行数据传输，实现基于网络或手机APP的控制系统。将这些设备结合“信息处理实验室”资源还用于我院研究生的科研。

2.2.2物联网应用系统实验室的资源整合

为了工程实践训练，我们将多个原有的大型平台进行整合，形成物聯网应用系统实验室。

1）感知北农物联网实景教学科研大型平台。这个已有的大型平台，包括：智能水质监控系统、绿地智能灌溉系统、智能气象环境检测系统、校园治安管理系统、智能交通安全系统、中央控制台子系统、手机和网页客户端平台。在室内以15平方米面积的北京农学院实景沙盘模型为最大硬件载体；在室外，建立三处户外气象站以采集校园的气象环境状况。该平台具有开放性。在沙盘的四周设计很多开放性的接口和空间，学生可将自己设计的各模块方便的接入。该平台是工程实践训练最佳的实验资源。

2）计算机实验教学中心物联网智能管理平台。这个已有平台，将全校计算机公共机房和我二级学院专业机房内，安装传感器和执行节点设备，利用物联网网关设备，将Zigbee无线信号转换为适合以太网传输的电信号，通过交换机与系统服务器相连，服务器中则安装了软件管理系统。该平台包括了门禁管理、智能环境监测和控制、视频管理、安全报警等部分，是每天都在使用、学生每天上机都能看到的平台，它工程性、综合性极强，学生在亲手操作和实际使用中训练物联网系统设计思维。

3）物联网虚拟仿真实验平台。它提供了各种类型的无线传感网虚拟设备以及各种典型物联网应用的模板，在该平台下，学生能基于.NET和JAVA开发。

2.2.3智慧农业温室大棚的特色实操训练

我们将已有的智慧农业温室大棚纳入到物联网工程专业实验室体系中。本文认为这可作为农业院校物联网工程专业实验室建设的特色。

作为农业高校的二级学院，我院独立拥有现代化的温室大棚336平米，它可实现对温室农业生产环境数据采集、环境控制、种植养殖智能调控、视频监控，以及对农业大棚的远程控制等功能。

在该温室有水肥一体化无土栽培的绿色植物、有循环水鱼群、智能养殖的芦花鸡等等，都是真实的场景，学生可以在此实际设计、测试和调试自己的传感器、智慧养鸡手机APP系统、养鱼环境检测系统、智能大棚控制系统等。大棚内还有一个2.5m×1.2m×0.8智能温室群控制系统，供学生综合设计时参考和调试使用。在智慧农业温室大棚可以很方便地实现工程实践训练，培养学生思考和解决问题的能力。

2.3、创新创业训练和项目实习的联合实验室建设

我校在校内建立联合实验室，将企业请进来讲课及合作项目，同时企业带领学生走出学校去实习、体验和参与真实的工程应用项目。

2.3.1物联网创新创业开放实验室

在校内的计算机与信息工程学院创新创业实训中心，我们建立了一个物联网创新创业开放实验室。在该实验室，学生创新团队，以项目驱动创新创业，项目来源有教师的科研项目、与地方企业合作的横向项目和大学生创新创业项目。实验室目前与安博集团、北京联创中控和北京宣羽科技公司建立了合作关系，邀请这些技术公司一线工程师课堂授课，并且与之合作开发物联网应用软件。

2.3.2北奥智能化农业联合实验室

已有的北奥智能化农业联合实验室，是我校与北京奥科美技术服务公司共建的。该实验室主要指导我院物联网本科学生的项目实习，帮助学生根据农业产业的实际需要，设计物联网智能化解决方案和从研发到运营的全面解决方案。近两年，该联合实验室指导学生开发出物联网硬件设备7套。

2.3.3浪潮联创教育实验室

学校与浪潮集团有限公司、联创中控（北京）教育技术有限公司签署了共建物联网及大数据专业战略合作框架协议，并挂牌“教育部产学合作协同育人-创新实践教育基地”。以此为基础的浪潮联创教育实验室，指导项目实习、学科竞赛等，使学生接触到物联网产业一线的工程应用项目实践，提高了人才培养的质量。

3结束语

本文探讨了农业院校物联网工程专业实验室建设，包括建设的必要前提和具体方案，并把将智慧农业温室大棚和企业联合实验室纳入该专业实验室体系，作为农业院校物联网工程专业实验室建设的特色。

参考文献：

[1] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会物联网工程专业教学研究专家组.高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2 ]教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会.高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范（试行）[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3] 安健，桂小林，杨麦顺，等.物联网工程专业实验教学初探[J].实验室研究与探索，2014，33（10）：151-155.

[4] 李佳音，李小慧.高校物联网实验中心规划方案[J].电子测試，2016（6）：82-83.