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物聯網基本工作原理范文1
關鍵詞關鍵詞：物聯網；感知層；實踐教學體系；課程群
DOIDOI：10.11907/rjdk.162176
中圖分類號：G436文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001019703
引言
物聯網可分為感知層、網絡層、數據處理層和應用層。感知層位于系統的最底層，完成對現實世界信息的采集與匯聚，是物聯網系統的核心[1]。目前，大部分高校針對感知層模塊開設的課程多、時間跨度大，學生在學習這些課程時，困難多、興趣低、動手能力和設計能力差。為了改變這種教學現狀，對物聯網工程專業實踐教學體系進行模塊化分解，將實踐教學體系分為：認知實踐教學模塊、程序設計與算法分析實踐教學模塊、感知層實踐教學模塊、網絡層實踐教學模塊、數據處理層實踐教學模塊和應用層實踐教學模塊。根據各模塊的教學目的，有針對性地開展實踐教學，強化學生的知識綜合運用能力、動手能力和設計能力。本文主要介紹感知層實踐教學模塊。
1感知層主要技術
感知層一般包括數據采集和數據短距離傳輸兩部分。感知層首先通過傳感器、RFID等設備采集外部世界的數據，然后通過ZigBee、WIFI、現場總線等技術將數據傳輸給網關設備。感知層主要技術包括：傳感器技術、RFID技術、嵌入式技術、ZigBee技術等[2]。傳感器是一種檢測裝置，通過敏感元件將檢測的信息按照一定規律變換成電信號輸出。RFID是一種自動識別技術，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息識別物體。嵌入式技術是讓物體具有“智慧”的一種關鍵技術，是將計算機直接嵌入到應用系統中，融合了計算機硬件技術、軟件技術、微電子技術和通信技術等。ZigBee是一種短距離無線通信技術，具有功耗低、網絡容量大、網絡自組織能力強等特點[3]，在物聯網中發揮著重要作用。
2感知層實踐教學目的及內容
感知層實踐教學的目的是能夠根據實際需要，設計出科學合理的數據采集系統。一個完整的數據采集系統一般分為數據采集節點和嵌入式網關。數據采集節點負責數據采集，一般由傳感器、單片機和無線通信接口組成。嵌入式網關是數據采集網絡與外部網絡的橋梁，負責數據的匯聚、處理和遠程通信。從學生學習角度來看，主要掌握硬件開發技術和數據采集技術。信陽師范學院針對感知層開設的課程有：電子線路、數字邏輯、計算機組成原理、微機原理與接口、嵌入式系統、信號系統、傳感器技術、無線傳感網絡、數據采集技術、 射頻識別技術、ZigBee技術等課程。依據課程間的相互關系和實踐教學目的，該模塊實踐教學可以細分為硬件課程群和數據采集課程群。
3硬件課程群實踐教學實施方案
該課程群包括電子線路、數字邏輯、計算機組成原理、微機原理與接口和嵌入式系統5門課程，主要使學生掌握計算機硬件系統的結構和工作原理，使學生具有計算機系統硬件開發能力和針對具體硬件進行軟件開發的能力。從知識體系結構上來看，電子線路和數字邏輯是基礎知識層，讓學生系統學習各類半導體器件、門電路、組合邏輯電路、集成元器件的基本原理和使用方法，使學生具備設計基本的放大電路、脈沖數字電路和運用現代電子技術設計數字電路的能力。計算機組成原理和微機原理與接口是基本原理層，主要讓學生掌握計算機的組成原理、體系架構、指令系統、編程方法和接口技術，其中計算機組成原理側重各個部件工作原理，微機原理與接口側重于各個部件的應用。嵌入式系統是應用層，主要讓學生掌握C51單片機、ARM微控制器的工作原理及使用，能夠根據實際需要，設計出硬件電路，并針對硬件進行軟件開發[4]。在以往的教學中，教師只注重本門課程知識的講解，忽視了各門課程間的相互聯系，以致于學生在學習基礎知識課程時，不知道該門課程到底有何用處，在學習基本原理課程時，覺得上課內容枯燥乏味，以致學生基礎不扎實，等到上應用課程時，又覺困難重重，教師不得不復習以前的基礎知識和基本原理，導致課堂效率低、教學質量不高。為了改變這種現狀，將這些課程作為一個系統并劃分知識點，重新修改各門課程的教學大綱和實驗大綱，對相互聯系、交叉、重迭的教學內容進行優化整理，實現了課程間的無縫銜接，形成了一套前后銜接合理、重點突出、層次分明的課程體系。實踐教學即要體現本門課程的教學重點，又要體現出該門課程在硬件課程群中的作用。為了培養學生的創新能力，每門課還增加了設計型和綜合型實驗。硬件課程群實踐教學如表1所示。
VGA接口驗通過采用CPLD芯片EPM240T100進行Verilog設計使學生熟悉Verilog設計、掌握各種接口的特性，彌補傳統實驗中設計能力鍛煉不足的缺點嵌入式
系統驗證型嵌入式軟件開發基礎實驗、I/O接口實驗、串口通信實驗、看門狗實驗、I2C實驗、Nand Flash實驗采用實際硬件電路，熟悉和掌握以S3C2410為代表的ARM基本編程和實際功能驗證使學生了解ARM體系結構和工作原理，提升編程能力，熟悉嵌入式系統的工作方式和特性綜合型
設計型邏輯分析儀設計
數碼相框設計通過FPGA芯片EP1C3T144初步掌握嵌入式系統的設計方法和實際項目經驗通過數據采集、VGA顯示、SD卡讀寫、圖片解碼、SDRAM控制等實際應用場景，使學生對電路設計和Verilog的掌握更加深入，涉及的嵌入式知識更加全面4數據采集課程群實踐教學實施方案
該課程群包括傳感器技術、信號與系統、RFID技術、ZigBee技術、無線傳感網絡技術、數據采集與處理技術等課程，主要讓學生掌握傳感器的基本原理、信號處理、數據采集技術、Zigbee技術等，使學生具有設計和開發數據采集系統的能力。由于數據采集技術主要介紹數據采集與處理系統的原理、設計方法、分析方法，使學生掌握基本的專業思想，為學生將來設計、開發、維護、使用數據采集系統打好基礎，所以教學模式以課堂講授為主，沒有單獨開設實驗課。無線傳感網絡技術是以Zigbee技術、傳感器技術和數據采集技術為基礎，所以主要開設的是綜合型設計型實驗。數據采集課程群實踐教學內容如表2所示。
綜合型溫度、壓力、流速等傳感器的選擇和使用根據實際要求，選擇合適的傳感器，并設計相應的電路，并用單片機測量、顯示不僅讓學生掌握傳感器的選擇和方法，而且能夠結合數據采集技術、單片機技術，提高學生綜合知識運用能力Zigbee
技術設計型Zigbee無線紋機硬件實驗根據實驗目的和開發版硬件原理圖，查閱無線單片機使用手冊，編寫程序并調試提高學生自學能力、針對硬件的編程能力和綜合知識運用能力驗證型Zigbee協議棧和組網實驗結合Z-Stack程序流程圖，讀懂與實驗內容相關的程序代碼，并調試提高學生程序閱讀能力和動手能力無線傳感
器網絡綜合型
設計型針對智能家居、智慧農業、智慧倉儲等領域，開發數據采集系統針對自選的應用領域，設計出數據采集系統的結構，并完成數據采集節點的軟、硬件開發。提高學生的動手能力、綜合知識運用能力和創新能力RFID技術驗證型高頻、超高頻、低頻數據標簽的讀寫對高頻、超高頻、低頻數據標簽的進行讀寫、設置密碼、更改密碼等操作掌握RFID數據標簽的基本操作設計型設計一個RFID讀寫器任選一個頻段，設計一個RFID讀卡器，給出詳細的硬件、軟件設計方案提高學生的動手能力和綜合知識運用能力
5感知層綜合實踐教學
感知層綜合實踐教學模塊是在感知層所有相關課程學習完后開展的綜合性實踐教學活動，一般在第7學期開展。學生根據自己興趣和就業方向，選擇不同的模塊開展實訓。學生可以選擇在校外實習實訓基地完成，也可以在校內實訓室完成。如果選擇在校外，學生在校外實習基地的兼職教師指導下完成項目實訓任務，如果選擇在校內，則由專業教師指導完成實訓任務。信陽師范學院在感知層方面提供智能家居、智能農業、智能水利等項目供學生選擇，學生也可以根據自己的興趣自選項目。
6結語
物聯網感知層涉及電子技術、嵌入式技術、傳感器技術、短距離通信技術等，知識面廣、難度大，因此，大部分院校開設了大量與感知層相關的課程。為了提高教學效果，提高學生的動手能力和創新能力，信陽師范學院針對物聯網工程專業開展了模塊化實踐教學體系研究，針對該模塊開展有針對性的實踐教學活動，增加了大量綜合型設計型實驗教學內容，著重培養學生的設計能力和創新能力，取得了良好效果，值得借鑒。
參考文獻：
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物聯網基本工作原理范文2
[關鍵詞]物聯網技術；實訓教學；職業能力；專業建設
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.02.113
高職物聯網應用技術專業建設自從2011年開始在全國迅速展開，經過近幾年的快速建設初步形成了一定的規模，積累了一定的經驗，但是由于物聯網技術是一項綜合性技術，涉及計算機、通信、電子和軟件等多方面技術之大成，要真正建設好高職物聯網專業還有較大差距，特別是高職物聯網應用技術專業的實訓教學建設還有待進一步加強研究與深化。
高職教育是培養面向社會各行各業生產第一線的高素質技術技能型專業人才的高等職業教育，它的根本任務是培育學生良好的職業能力與可持續發展能力。職業化能力的培育是高職學生的重中之重，也是區別于應用型、研究型人才的顯著標志，職業能力的培養要靠高職院校實訓教學來保障和實現，只有建設規劃好物聯網技術實訓教學體系才能完成高職物聯網專業學生的職業能力與可持續發展能力的修成。隨著國家“互聯網+”、“工業4.0”等理念的提出與深化，物聯網技術的應用十分廣泛，如智慧農業、環境監測、智能交通、智慧城市、智能家居和智能物流等，根據國家“十二五”戰略規劃結合地區經濟發展特點，以智慧農業和環境監測作為高職物聯網技術實訓切入點，基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學，培養主要面向農業與環境行業的具有物聯網設備安裝調試、工程規劃與實施、系統服務與技術支持為主的高素質技術技能型物聯網技術人才。
1專業課程與實訓教學
1.1專業培養目標
高職院校是為國家培養技術技能型人才的高等學校。其培養的人才除了要有一定的理論基礎知識，重點是要培養學生具有較強的專業實踐操作能力和崗位就業適應能力，這就要求高職院校通過工學結合辦學模式，強化以職業能力為目標的實訓教學，最終實現物聯網應用技術人才培養目標的要求。
物聯網應用技術專業的培養目標是為培養德、智、體、美等全面發展，面向物聯網產業，服務區域與地方經濟發展，具有較好的物聯網專業基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協作能力，可持續發展與創新能力，掌握物聯網應用技術，從事物聯網工程項目的規劃與施工管理、物聯網設備安裝與調試、物聯網維護與管理、物聯網設備營銷與技術支持，成為具備良好文化素養、職業道德和綜合職業能力的高素質技術技能型人才。
1.2專業課程體系
從職業崗位能力需要出發來分析物聯網應用技術專業的課程體系。以“崗位―能力―課程”的思路來構建課程體系和課程內容，在滿足一定理論知識需要的前提下強化實訓課程內容建設，努力做到“教學做一體化”教學過程中理論與實踐的相互促進和融合，最終使實踐教學來內化學生的理論知識，為拓寬高職學生的成長空間打下基礎。為此，設置了一定數量的通識教學課程和專業基礎課程，如高等數學、英語、高級語言程序設計、物聯網技術概論等。專業課程的設置更加體現職業崗位的特點要求，以智能農業、環境監測為系統實訓平臺出發，圍繞這兩大領域的物聯網技術應用展開，開設了一些有特色的專業課與實訓課。如RFID技術與應用、無線傳感器組網技術、農業食品溯源應用系統實訓、城市環境遠程監測系統實訓等課程。課程設置如下表所示。
物聯網應用技術專業課程表
公共素養課程
思想道德修養與法律基礎、思想和中國特色社會主義理論體系概論、形勢與政策、軍事理論教育、職業發展與就業指導、大學英語、大學語文、高等數學（理）、大學生心理健康教育、體育
專業支撐課程
計算機組裝與系統維護、計算機技術基礎、電工電子技術基礎、高級語言程序設計、計算機網絡技術、物聯網技術概論、數據庫應用基礎、網絡設備配置技術
專業核心課程
無線傳感器網絡技術、RFID技術與應用、傳感器原理與應用、物聯網系統應用實訓、物聯網工程設計與實施
專業拓展課程
綜合布線技術、移動應用開發、嵌入式系統與應用
1.3實訓教學體系
高職教學的根本就是培養學生具備良好的職業崗位就業能力，它的特點是突出職業能力所要求的實訓實踐教學，完備的實訓教學體系主要由三部分組成，包括專業實訓教學環節、校內實訓室建設、校外實訓基地建設。在設計物聯網應用技術實訓教學時，以知識與技能漸進式提高出發，按照“認知―技術技能―系統體驗” 路徑展開，“認知”主要是強調基礎性和啟蒙性實訓，“技術技能”主要側重專業核心課程的配套實訓，“系統體驗”主要是對前面實訓成果的系統綜合和應用，更加貼近物聯網技術的實際應用。物聯網應用技術實訓教學可以分為三個主要階段：技術基礎與專業認知實訓、專業技能實訓和物聯網系統應用實訓。校內校外實訓的有效結合來強化物聯網專業學生的技術技能和崗位適應能力。校外實訓基地主要解決學生的崗位適用能力，校內實訓室主要完成學生的專業技能的實操和理論知識的內化。
2基礎性實訓
俗話說得好，基礎不牢地動山搖。這說明基礎知識的學習與掌握是何等的重要。高職實訓也是同一個道理，也要從基礎性實訓抓起。物聯網應用技術基礎性實訓可以分成兩個層面：專業基礎實訓和專業認知實訓。
2.1專業基礎實訓
專業基礎實訓一般是指電子信息大類學生應具備的一些面向職業崗位的通用型技能實訓。如計算機基礎應用、高級語言程序設計、計算機組裝與維護等實訓，采用“教學做一體化”教學模式下，通過這幾門課的實訓讓學生對計算機硬件和編程知識有一定深入的了解與掌握，為后面的進一步學習打下良好基礎。計算機基礎應用和計算機組裝與維護這兩項實訓主要讓學生了解和認識計算機系統結構和基本工作原理，熟悉應用辦公軟件如Office，掌握對各型計算機的硬件拆裝和維修，訓練高職學生使用計算機的基本技能。高級語言程序設計主要讓學生對計算機編程語言有一個基礎性的學習掌握，為下一步技術技能的實訓打下基礎，如C語言學習。
2.2專業認知實訓
專業認知實訓是開啟對物聯網技術應用大門的起初環節，目的是讓物聯網應用技術專業學生對物聯網技術的相關知識、相關設備、相關領域和相關應用有一個認識，拓寬學生的眼界，增強學生對專業學習的興趣，為專業技能實訓起到承上啟下的作用。由于物聯網技術涉及學科門類較多，職業面向行業應用面廣，因此不可能面面俱到，只能依據專業培養定位來開設認知實訓。針對面向農業與環境應用的特點，專業認知實訓突出了電子技術基礎和計算機網絡技術的學習，通過系統仿真和實際電路的調試，讓學生對基本的模擬、數字電路、計算機網絡應用有個較好認知；通過物聯網技術概論課程相關的實訓讓學生了解物聯網涉及的多類技術要素，了解物聯網三層體系結構及相關的感知、傳輸和信息處理與控制技術，在認知實訓中強調以感觀了解為重點，知識普及為重心，宜采用多種教學形式開展，如網上查閱、實地參觀、現場交流與訪談等。
3職業技能實訓
職業技能是高職學生面向社會就業之根本，也是體現現代高職教育之重心所在。高職教育的質量與特色大多體現在學生技能素質的培養上。從物聯網技術層面來分析，物聯網技術應用主要包括三個層面：感知技術、網絡傳輸技術和信息智能處理與控制技術，因此，我們結合面向農業與環境領域的應用從三層結構來組織物聯網專業技能實訓。
3.1感知技能實訓
感知技術主要是解決信息的獲取，為最終的行業應用提供信息與數據。它包括多方面的信息獲取技術，如各型傳感器、RFID系統、定位系統、條碼等十分廣泛。以農業與環境行業的應用為例，主要采用的也是前面所說的四大類設備，為此要建立感知技術應用實訓室，結合專業核心課程進行傳感器、RFID等方面應用技能實訓，讓學生了解各類型傳感器和RFID系統應用技能。傳感器方面：如溫濕度傳感器、pH值傳感器、CO傳感器的實物及其如何使用，通過實際操作演示掌握其基本原理、性能和使用方式。RFID設備方面：如各型電子標簽、天線、閱讀器等。通過RFID原理實訓臺，讓學生掌握各型電子標簽的使用情況和基本工作原理，理解各頻段RFID系統的適用范圍，以電子標簽信息識別讀寫實訓讓學生對各類技術標準有一提高認識與消化。另外，也要適當增加控制方面的實訓，如智能農業方面的調節光照和控制水源和通風等。
3.2信息傳輸技能實訓
網絡傳輸是信息高速公路，負責把由前端感知設備獲得的信息實時準確上傳到云端。這部分主要分為兩個方面：一是近距離無線網絡傳輸，二是遠程高速網絡傳輸。近距離無線網絡傳輸一般采用Zigbee、WiFi和藍牙技術，主要用來解決如各類傳感器的信息匯集和集中轉發上傳到遠程網絡上。重點是實訓無線傳感網（Zigbee網絡）的組網與使用，讓學生了解與掌握無線傳感網的基本組成、相關設備與工作原理，通過如節點之間點對點的通信、無線SOC端口控制與傳輸來強化對無線傳感網的使用。另外，結合計算機網絡技術實訓來強化學生對局域網、寬帶廣域網的應用以及網絡設備配置與管理。
3.3信息處理技能實訓
在物聯網三層體系結構中，最后一層是信息管理與應用（簡稱應用層）。應用層主要是完成經網絡傳輸層上傳到云端數據的接收、過濾與存儲，然后結合行業應用進行控制與管理。主要涉及專業課程有數據庫應用基礎、高級語言程序設計、移動應用開發等一些相關軟件應用方面?；谖锫摼W技術的應用系統離不開數據庫管理和前后臺應用軟件的開發，針對高職學生的特點，適當強化數據庫（如MSSQL）應用知識的掌握和實際應用，對數據庫的基本操作與使用管理有一定程度的了解。隨著移動互聯技術的迅速發展，移動終端在物聯網系統應用中已十分普及，目前移動開發平臺主要基于IOS和Android兩大系統，基于Android移動應用開發已占據主流，為此結合移動應用開發課程建設移動應用開發實訓室，在學習了Java語言后，通過“教學做”來培養學生開發小型App的能力。
4系統性實訓
物聯網技術的顯著特點是集多專業之大成，涉及專業知識面廣，容易給學生產生知識混雜和難學的印象，那么如何補救這一情況是專業教學研究的一大課題，為此，基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑的理念，特別強化與設置了物聯網系統綜合實訓環節。
4.1智能農業應用實訓
物聯網技術在智能農業中的應用如火如荼，“民以食為天，食以安為先”，食品安全至關重要，農產品的質量管理特別是食品溯源系統已日益成熟。將農產品種（養）植、運輸、加工和流通的信息相關聯，形成完整的信息追溯鏈來確保農產品的安全性。整個系統涉及溯源標識技術、監裝技術、物流監控技術和數據采集與查詢技術。溯源系統以RFID、條碼技術的應用為基礎，是一典型的物聯網綜合應用系統。這一實訓系統基本涵蓋了物聯網應用技術專業所學的大部分專業知識，通過溯源系統的實訓體驗把原本分散的技術串聯起來，強化了學生對物聯網專業知識的理解和興趣，特別是強化了學生對RFID技術應用的認識。實訓的主要內容有網絡環境的搭建、服務器安裝與調試、電子標簽制作與識讀、數據庫管理與應用、PDA安裝與調試和APP應用開發等。
4.2環境監測實訓
基于無線傳感網的環境監測實訓是以傳感器與無線傳感網組建與應用開發為重點的專業實訓，通過此實訓讓學生達到對無線傳感網的系統設計，設備選型，傳感網組網及Zigbee協議的應用開發有一定程度深化，實訓重點要讓學生樹立起系統性的理念。下圖是物聯網環境監測實訓室功能總體框圖。
環境監測實訓系統
實訓系統包含三種數傳模式（WiFi、Zigbee、有線）環境監測傳感器，形成一套覆蓋三個層次的物聯網教學平臺。同時，其他內置WiFi模塊的各種手持設備（筆記本電腦、手機等）也能無線接入該實驗平臺，成為物聯網實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發的其他感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。這些設備的靈活配置為學生提供了從數據采集、網絡傳輸到信息處理較完整的物聯網系統應用模型。包含的實訓：網絡組網與無線信號測試、Zigbee協議棧應用、Zigbee網絡拓撲、開發環境的搭建；IEEE 802.11協議介紹、接口程序代碼開發、串口WiFi設備服務器設計、傳感器數據采集與查詢顯示等，重點是把從信息采集、傳輸和信息處理聯動起來，讓學生充分體會到一個真實的無線傳感網系統的體驗，更加貼近了以后的工作崗位，增強學生就業信心。
5結論
物聯網應用技術實訓教學是培養高職學生技術技能型人才的核心所在。實訓教學必須以良好理念為先導，緊密結合人才培養目標，構建起符合學生就業崗位需要的實訓教學體系。本文以農業與環境應用為背景，從分析人才培養目出發，基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學，以知識與技能漸進式提高構建實訓教學環境，通過近兩年的探索與實踐，取得了較好的效果。
參考文獻：
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物聯網基本工作原理范文3
【關鍵詞】單片機;智能家居;互聯網;遠程控制;物聯網
Abstract：The principles of an Internet-based Environment Monitoring and Electrical Equipment Controlling System accompanied with software solutions was introduced in this article.The system used STC89C52RC as its MCU，set a PC as host computer and server for connecting with Internet.Users can check the environmental status and control electrical equipments by web application remotely.This system has an advantage in costs.It’s easy-to-use and highly expandable，which can be widely used in monitoring system，intelligent home，etc.
Key words：MCU;intelligent home;Internet;Remote control;Internet of thing
1.引言
在當今信息技術高速發展的時代，人們正在探索越來越便捷的信息傳遞方式，互聯網的出現，極大地方便了信息的傳遞。然而，人們在享受科技帶來各種便利的同時，也有著其他許多困惑。如今，環境惡化問題受到了人們的廣泛關注，要治理環境，首先就要對周圍的環境有一個充分的了解，就需要有能對環境信息進行采集與處理的設備。
基于以上原因，一種基于互聯網的遠程環境檢測與電器控制系統應運而生。該系統利用通訊技術、電力自動化技術、計算機技術將一系列傳感器實時監測環境并上傳環境參數到服務器，用戶可通過互聯網遠程訪問系統遠程采集到的信息，也可發送命令，控制遠端電器運行，是對互聯網功能的一項拓展，也是從互聯網發展到物聯網邁出的第一步。該系統使物對人的關系不再是被動的，是具有能動性智能化的交互，提供全方位的信息交換功能，優化我們的生活生產方式，幫助我們有效地安排時間，節約能源，實現高效可靠的資源管理。該系統不僅能運用在工業環境監測方面，還能應用在智能家居領域，用戶可以通過互聯網，實時查看屋內的情況，并對屋內各終端進行控制。并且各傳感器一旦探測到異常，能夠及時向用戶發出警報，實現人和物的良好交互[1]。
2.硬件電路部分
該系統由單片機、設備、上位機和服務器等部分組成，整個系統硬件結構及工作原理如圖1所示。
圖1 系統總體硬件結構及工作原理圖
2.1 單片機模塊
根據其結構形式和所采用的半導體工藝，單片機具有以下主要特點：
（1）性價比高;
（2）集成度高、體積小、可靠性高。由于單片機將各個功能部件集成在一塊芯片上，且內部采用總線結構，減少了各個芯片之間的連線，從而大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力;
（3）控制功能強。單片機中的指令系統中均有極豐富的轉移指令、I/O接口的邏輯操作及位處理功能;
（4）低功耗、低電壓，便于生產便攜式產品;
（5）外部總線增加了串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構;
（6）單片機的系統擴展和系統配置較典型、規范，易于構成各種規模的應用系統。
該系統使用STC89C52RC作為微控制器。STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。它使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案?；谝陨咸攸c，該款單片機參考技術資料齊全，成為了許多單片機使用者的首選。
2.2 電器控制與環境采集模塊
電器控制主要由繼電器組成，單片機接受到來自用戶的特定信號之后，通過自身的5v電壓來控制220V市電的開斷，以實現電器工作狀態的控制;該方式設計簡單，可行性高。
環境采集主要由一系列傳感器組成，可根據實際情況選用，課題組利用DHT11傳感器采集溫度濕度數據、采用MQ-5可燃氣體傳感器采集天然氣或者液化石油氣的濃度、 甲醛氣體濃度使用CH20/S-10傳感器采集、粉塵顆粒信息用GP2Y1010AU0F 傳感器等，一系列模塊與單片機IO口連接通過編程實現環境數據的采集與處理。以DHT11溫濕度傳感器為例，其電路連接如圖2所示。
圖2 DHT11溫濕度傳感器電路連接圖
圖3 12864顯示屏電路連接圖
2.3 人機交互模塊
該模塊主要基于12864液晶和矩陣按鍵來實現，12864液晶的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器，小型設備的顯示領域，通過編程它可以提供基本的人機界面，用戶可以通過液晶屏幕實時查看顯示采集到的環境信息，通過按鍵可以對系統進行相關設置操作。12864液晶連接電路如圖3所示。
2.4 串口通信模塊
單片機主控與PC之間通過USB口進行數據通信，由于STC89C52單片機只支持串口通信，故系統還需要使用CH340T芯片來實現串口轉USB的功能，以CH340T為主控的串口轉USB電路如圖4所示。
2.5 nRF24L01+無線通信模塊[3]
nRF24L01+是一款工作在2.4～2.5GHz的世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制解調器。輸出功率、頻道選擇和協議設置可以通過SPI口設置。具有2Mbps的傳輸速率、僅22uA的等待模式電流消耗、多頻點、多信道、10m（PCB天線）有效通信距離的特點，其電路連接如圖5所示。
3.軟件程序部分
3.1 單片機程序模塊
采用KEIL編程軟件對單片機進行編程以實現環境數據采集、處理及傳輸以及繼電器的控制功能[2]。該模塊包括UI設計、環境數據采集、數據通信三個部分，系統主要工作流程如圖6和圖7所示。
圖6 系統軟件工作流程圖
圖7 單片機報警流程圖
3.2 nRF24L01+通信模塊[4]
圖8 nRF24L01+的主要工作模式
nRF24L01相關工作時序如圖8、圖9和圖10所示。本系統只涉及前三個工作模式。主要的工作原理：發射數據時，首先將nRF24L01+配置為發射模式，接著把地址TX_ADDR和數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01+緩存區，TX_PLD必須在CSN為低時連續寫入，而TX_ADDR在發射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發射數據;若自動應答開啟，那么nRF24L01在發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從發送堆棧中清除;若未收到應答，則自動重新發射該數據（自動重發已開啟），若重發次數（ARC_CNT）達到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不會被清除;MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，以便通知MCU。最后發射成功時，若CE為低，則nRF24L01進入待機模式1;若發送堆棧中有數據且CE為高，則進入下一次發射;若發送堆棧中無數據且CE為高，則進入待機模式2。
接收數據時，首先將nRF24L01+配置為接收模式，接著延遲130μs進入接收狀態等待數據的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數據包存儲在接收堆棧中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，以便通知MCU去取數據。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01+進入空閑模式1。
3.3 PC端軟件模塊
上位機與服務器部分原理及流程如圖11所示。
上位機是對單片機操作的中樞部分，該部分使用C++的boost asio庫去實現;boost asio是一套高性能的I/O流處理庫，用現代的方法為開發者提供了一個異步模型。該部分主要對單片機的數據進行處理，綜合后合并成結果表，用網頁顯示出來給用戶瀏覽，用戶可以通過服務器給上位機發送指令，讓上位機對單片機進行操控.實現對家居設備的操作。
圖11 上位機與服務器流程圖
服務器是用戶與單片機直接交互的接口，其使用WAMP集成開發環境與PHP語言構成，前端界面由js與css實現。通過對上位機傳來的數據的整理顯示，實現對結果的統籌預覽，并提供操作界面，讓用戶可以通過對服務器發送指令去操控單片機。
4.結束語
至此，一個基本的互聯網遠程環境監測控制系統搭建完成，但功能還相對單一，故本項目組還對該系統設計提出以下方案，以便日后改進：（1）鑒于目前該系統在電器控制方面僅僅只是采用控制繼電器的開斷來簡單控制電器，因此還可以向控制復雜電器方面發展，例如可以通過在單片機上加裝紅外發射管來模擬空調的遙控板實現對空調的遠程操作;可以在門上加裝傳感器以檢測門的狀態，確保室內安全等等;（2）現如今如小米、迅雷、360、百度、騰訊、華為等大型互聯網公司都推出了智能路由器。所謂智能路由，比于普通路由器，其像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統，可以根據用戶的需求進行功能的擴展和開發。在未來的智能家居中可以充當智能控制中樞的角色。通過嵌入式開發，我們可以直接在路由器系統中開發上位機和控制程序來替代本項目中電腦的角色。相比電腦，路由器有功耗小，幾乎永不離線的優勢。相信在以后的智能家居中，路由器會發揮巨大的作用。
該系統是我校大學生創新性實驗項目的部分研制內容，現處于初步研制階段，能完成對遠端環境的信息查看與簡單電器控制，與實際商用還有較大差距。隨著互聯網更加深入我們的生活，人們已經不僅局限于對網上虛擬的數據進行訪問操作，在未來，更多的智能云設備將進入我們的生活當中，該項目正是基于上述理念的成果。
參考文獻
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物聯網基本工作原理范文4
隨著計算機網絡技術在人們日常生活和企業生產中應用的逐漸廣泛與普及，為了滿足企業生產中的更多需求，實現自動化、機械化生產，逐漸衍生出物聯網技術。因此可以將物聯網技術看作是計算機網絡技術的一種擴展和延伸，實現了物品與物品之間的相互交換，這也就加快促進了物聯網技術在物流包裝生產過程中的運用。通過對物聯網技術在物流包裝當中的應用研究，能夠有效的增強其智能化、信息化發展，對社會經濟的發展具有積極的促進作用。
【關鍵詞】物聯網技術 物流包裝 應用研究
物聯網技術可以看作是互聯網技術、計算機技術之后的另一項新型技術，可以看作是第三次信息與信息技術革命，目前已經在各個領域和行業中得到廣泛的運用。在物流包裝的過程中加強物聯網技術的應用，能夠有效的推動物流包裝的現代化發展，提高供應鏈系統中的運行效率和智能化發展，增強了系統的敏銳性和透明度，并且能夠及時反饋產品在生產、運輸、配送、銷售等所有環節中的系統信息，能夠實現實時產品信息跟蹤以及監管。因此，在物流包裝的過程中加強對物聯網技術的應用，能夠促進物流包裝行業的快速發展。
1 物聯網技術
物聯網指的是借助傳感器、激光掃描儀、全球定位系統、紅外感應器、射頻識別等各種類型的信息傳感設備，按照一定的規定將互聯網與物品之間進行有效的連接，實現信息通信和呼喚，并且能夠進行智能化管理、監控、跟蹤、定位、識別的一種網絡。如果從技術方面來說的話，就可以將其看作是利用感應裝置，將物體的信息進行網絡傳輸，并在某一指定中心進行集中處理和分析，能夠實現自動處理和交互的物與物之間、人與物之間信息的一種智能網絡。
因此，可以將物聯網技術看作是云計算技術、數據處理/挖掘技術、互聯網技術、無線通信技術、嵌入式技術、射頻識別技術、傳感器技術等各方面技術的相互交叉和融合，并通過開發和應用對處理對象進行實時的動態觀察、監控以及數據收集，并且借助相關的信息處理和軟件系統可以對這些信息進行有效的控制、管理和處理。
2 在物流包裝中對物聯網技術的應用
對商品進行包裝的主要目的是為了保護商品，同時提高商品運輸和儲存的便捷程度，有利于促進商品銷售，也可以看作是對相關容器、材料以及輔助物的統稱。在商品供應鏈系統中，包裝工程既可以看作是所有生產過程的結尾，也可以看作是物流作業的開始。為了進一步提高商品運輸、收貨、發貨、堆碼、裝卸、儲存、銷售等各個環節的便利程度，還可以對部分商品按照銷售的實際情況來畸形再次包裝，比如按照一定的數量單元來再次包裝，或者是進行重新包裝、分裝、加固等操作。簡單來說，物流活動的基礎和前提就是包裝，對商品進行包裝是其最基本的一種操作形式，在供應鏈系統中貫穿。在某種程度上來說，包裝和物流是相輔相成的，其現代化和機械化的實現是同步的。
除此之外還需要注意的是，隨著物流服務現代化程度的不斷提高，也對物流管理和物流運作過程的智能化、網絡化、自動化、信息化的程度要求越來越高。因此在物流包裝的過程中加強對物聯網技術的應用，具有重要的意義和作用。
2.1 在物流包裝中物聯網技術的工作原理
在開發和應用物流包裝的過程中，物聯網技術的核心是RFID技術，一般會在需要進行物流包裝材料中嵌入芯片，該芯片已經對RFID電子標簽進行集成，通過對射頻傳輸、空間耦合以及信號識別等特性的運用，能夠自動識別處于移動或者是靜止狀態下識別物的信息，并發生一系列身份驗證、數據通信等互聯活動。物聯網中的RFID系統主要是由應用軟件系統、RFID閱讀器、RFID電子標簽等部分共同構成。
其工作原理是：首先RFID閱讀器會無線電波信號或者是能量向RFID電子標簽發射出特定的頻率，實現信息的傳遞；然后RFID電子標簽中的集成電路會驅動，自動發送出內部儲存的信息數據；再然后RFID閱讀器會對所接收到的信息數據進行依次解讀；最后將解讀完成的信息數據發送到相應的程序中，進行有效的控制和處理信息。一旦在磁場范圍內放置電子標簽，其就能夠將所接收到的各種信息數據進行分析處理，利用感應電流將芯片中原本儲存的商品信息數據發送，或者是標簽也會自動發送某一特定頻率的信號；解讀器會將所接受到的各種信息數據進行解碼，解碼完成之后會向相應的信息系統進行數據管理與處理。這樣一來，整個供應鏈系統中就可以利用物聯網技術來對所有的商品環節實現智能化的管理與控制，實現物流活動的信息化管理。
2.2 物聯網技術在物流包裝中的應用分析
目前在物流包裝中對物聯網技術的運用主要分為兩個方面：一方面是利用RFID電子標簽中原先已經儲存好的信息數據，主要應用在系統的防衛、門禁等領域中，可以看作是一種靜態應用；另一方面是應用在供應鏈系統作業當中的，有效的連接系統上的信息與電子標簽上的信息數據，比如財務管理系統、商品聲明周期管理系統、定位系統等，充分的發揮其效用，對商品實施全程監控和管理，可以看作是一種動態應用。
供應鏈系統以及物流作業上面的商品信息流，需要通過對每一個單獨的商品信息進行研究。因此包裝商品的最基本的材料就是RFID膜或者是RFID紙，這樣一來，每一件商品就能夠取得唯一的、具有代表性的商業代碼，并且還具有信息儲存、讀、寫的功能，這樣逐漸就能夠構成一個整體，形成供應鏈系統。
3 結語
隨著不斷開發和研究物聯網技術，促進了包裝物流行業的進一步發展，并逐漸趨向于智能化、信息化。同時為了物流包裝行業更加適應社會經濟的發展，商品從生產到銷售的各個環節都形成供應鏈系統，也需要不斷的促進物流包裝的不斷優化與完善。
參考文獻
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作者簡介
李文強（1993-），男，四川省成都市人。大學本科學歷?，F就讀于成都理工大學物聯網工程專業。主要研究方向為物聯網技術的相關應用。
物聯網基本工作原理范文5
【關鍵詞】物聯網人才 教學方法 服務型人才
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】 A
【文章編號】0450-9889（2015）02C-0183-03
一、農業物聯網人才需求情況概述
我國經歷三十多年的改革開放，工業和服務業都得到極大發展，已是全球制造業大國，相比而言，農業的發展稍顯滯后，隨著我國工業化現代化及城市建設發展進行到一定階段，當前我們亟需大力發展與投入的是新農村的綜合性、全方位的建設。我國農村一直實行，土地流轉工作才剛啟動，處于經濟和體制轉型的關鍵時期，“三農”問題近些年一直得到國家各界的高度重視，而農業信息化建設正是解決此問題的關鍵。適逢此時，物聯網產業恰好興起。物聯網（ Internet of Things，IoT），即“物物相連的互聯網”，被稱為信息產業的第三次浪潮，自其被提出之日起，短短數年已在世界各國廣泛采用，并滲透到各行業中去。隨著物聯網產業的發展進步，物聯網在農業生產、流通、管理等領域也得到越來越廣泛的應用。從生產領域來說，農業物聯網利用傳感器、通信網絡、智能決策系統，對養殖、種植對象進行環境監控、養料供給等，以實現降低成本、減少耗損、提高質量、改善環境的目的。此外，在農產品流通環節可建立起信息管理系統，建立從源頭到消費終端的管理體系。
在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》里，明確提出“加快發展面向農村的職業教育”“強化職業教育資源的統籌協調和綜合利用，推進城鄉、區域合作，增強服務‘三農’能力”“加強涉農專業建設，加大培養適應農業和農村發展需要的專業人才力度”。未來農業的發展必將向信息化、現代化、網絡化、科技化方面發展，農業物聯網是現代農業發展的引擎，目前，我國農業物聯網技術應用總體還處于初步應用階段。高等院校才剛剛有物聯網專業的畢業生，直接面向農業的物聯網人才培養尚未正式啟動，而我國幅員遼闊，大部分土地是農村，大多數人口是農民，因此，面向農業信息化建設方面的物聯網人才市場缺口巨大。僅“十二五”期間，估計農業物聯網方面的人才需求就有大約1000萬人。
農業物聯網專業人才可分為研發型人才和應用技術服務型人才。研發型人才主要是指從事農業物聯網新技術的開發及相關設備生產工作的人員;應用技術服務型人才則主要指利用現有的農業物聯網技術和設備，直接面向終端用戶，服務于農業生產第一線的人員，其在整個農業物聯網人才需求數量中所占的比例也是最大的。本文主要針對農業物聯網服務型人才的培養展開研究，以期對面向農業的物聯網人才培養模式進行探討，為農業物聯網培養知識面廣、綜合素質高的復合型人才。
二、農業物聯網服務型人才培養目標
開展農業物聯網應用技術服務型人才培養，首要明確人才培養目標。目前，國內高校的物聯網工程專業的培養計劃普遍還處于探索階段，培養目標不明確，培養方案、教學模式趨于相同，由于物聯網的應用領域廣泛，就農業物聯網而言，要想做好這方面的工作，不僅需要具備物聯網技術、產品知識，還要對農業生產知識有所了解。因此，目前各高校探索性的物聯網人才培養方案普遍是缺乏針對性的，并不能滿足農業物聯網人才培養的實際需要。在專業設置和建設的探討過程中，通過對多所院校的物聯網專業人才培養方案進行分析，及與相關教師進行交流，筆者也發現，普遍存在著對物聯網人才培養的方向模糊，對物聯網產業鏈人才需求未來狀況預估不足的現象。
首先，當物聯網作為一個新興的巨大產業來臨之際，我們要對它的未來產業鏈發展狀況有個預估，才能與之相適應地去進行合適比例的人才培養?？v觀其它高科技產業的發展歷程，也可以看出，許多產業在人員需求上以應用型人才為主。譬如，電子信息產業，真正投入研發領域工作的，只是集中在大城市，只需要少數高端型人才，面向全國范圍的、需求量較大的仍是以應用型人才為主。這是一個“橄欖型”的產業鏈人才需求結構，研發和制造人才需求少，分別占兩端，中間多數為應用型人才需求。物聯網產業也具有這樣的特質，更何況它本身就是一個應用創新型產業，其產業巨大的生命力也體現在應用上。然而，目前大多數院校，包括很多高職高專院校，在物聯網專業的人才培養上，仍過于注重研發設計能力的培養，忽視應用領域綜合能力的培養，這是與產業鏈人才需求狀況不相吻合的。
其次，物聯網是向各產業、行業滲透的一個基礎性產業，其必然帶有跨行業的性質。譬如，農業作為第一大產業，它涉及的領域是很廣的，僅是農業物聯網對人才的需求就是巨大的，可是目前的物聯網專業普遍都沒有體現出這種行業的針對性，學生就業時，仍將面臨著對行業領域知識的一個再培訓過程。
根據前文論述，我們在進行農業物聯網人才培養中，應以培養物聯網應用型人才為主要出發點，并結合農業生產、流通、管理等行業背景知識，進行知識全面能力較強的綜合型人才培養。這樣才能培養出農業知識豐富的物聯網人才，有利于滿足社會的需求，有利于解決人才的就業問題，極大地推動物聯網在農業領域的應用創新發展。
對于農業物聯網方向的高職高專學生培養，我們提出以下幾點專業能力目標：掌握物聯網工程專業的基本知識和基本原理;熟悉農業物聯網產品軟硬件配置，能從事物聯網解決方案的設計、管理和維護工作;掌握農業現代科技、農產品生產流通基礎知識、農業物聯網應用技術、工程施工基礎知識，具備農業物聯網應用系統設計實施能力;了解物聯網工程技術的技術前沿、應用前景和最新發展動態。
三、農業物聯網服務型人才培養專業課程體系構建
農業物聯網服務型人才培養的課程體系應當圍繞著培養目標展開，除公共基礎課、選修課程及實踐課程外，以下詳細例舉專業基礎課和專業核心課程的構建。
（一）專業基礎課
1.農業現代科技技術概論
主要介紹介紹國內外農、畜、林三業的生產、儲藏、加工、消費、市場現狀與發展趨勢;現代育種目標、育種技術和育種方法;現代種植（養殖）技術;農產品采收、包裝、儲運、加工、流通等產后現代商品化處理技術;現代農業生物技術、信息技術等高新技術的應用情況。
2.電子技術基礎
通過本課程的學習，使學生掌握電子技術各種基本功能電路的組成、基本工作原理、性能特點，熟悉電子技術工藝技能和電子儀器的正確使用方法，初步具有查閱電子元器件手冊、正確使用元器件、讀識常見電子線路圖、測試常用電路功能及排除故障的能力。能復述邏輯門電路的功能，并能利用邏輯門電路設計簡單的組合邏輯電路，并能分析簡單時序邏輯電路的功能。
3.嵌入式技術
主要講述嵌入式系統的基本概念、界面設計、應用編程等知識。通過學習該門課程可以使學生能夠編寫、調試嵌入式程序。
4.物聯網數據庫應用及管理
重點培養學生數據庫基本技能，通過本課程的學習，學生能應用數據庫應用軟件對物聯網工程中所需數據進行管理、查詢、維護等操作。
5.農產品生產管理流通概論
課程介紹農業產品生產管理流通基本理論，從農產品生產到銷售的過程為出發點，介紹不同農產品在生產銷售流通等活動中的基本情況，應用的現代化技術、信息技術等情況。
6.計算機網絡與通信技術
結合TCP/IP協議深入講授計算機網絡體系結構、分層原理、數據通信、網絡協議、點一點網絡、廣播網絡、交換網絡、網絡互連、差錯控制、流量控制、擁塞控制方面的基本問題。
7.循環農業生產與管理
主要介紹農業生產管理中與環境保護的相互關系、掌握循環農業生產與管理的關鍵技術，了解農村節能減排的政策、技術措施等內容。
8.物聯網與供應鏈管理
主要介紹應用物聯網技術的供應鏈系統的概念及功能、物流的發展、物流管理原理、物流運輸管理、倉儲管理、包裝與裝卸、農產品供應鏈等內容。
9.工程進度與質量管理
通過學習本門課程，學生掌握建設物聯網工程質量與安全管理的基本程序與方法，物聯網工程質量驗收標準，施工安全生產技術規范，物聯網工程質量安全事故的處理，解決物聯網工程監理過程中遇到的實際問題。
（二）專業核心課
1.無線傳感器網絡技術
全面系統地闡述當前各種主流的無線網絡的基本原理，結合多種工業現場傳感器和多功能的上位機軟件，深入淺出地講解無線網絡的基本技術。
2.物聯網射頻識別技術
主要介紹物聯網RFID系統概述、RFID工作頻率及無線傳輸、天線技術、射頻前端電路、編碼與調制、數據的完整性與數據的安全性、電子標簽體系結構、讀寫器體系結構、RFID中間件、RFID標準體系、物聯網RFID應用實例，以及物聯網RFID技術現狀和標準體系。
3.工程線路識圖
主要介紹工程設計繪圖基礎知識、基本理論，主要培養學生識讀電器元件的結構形狀的能力，同時了解相關工程的國家標準，識讀圖樣，了解物聯網工程繪制圖樣所需的機器、儀表和設備的結構和性能。
4.綜合布線與網絡工程實施
使學生能掌握網絡綜合布線的國家標準和行業規范，并能熟練地運用于網絡綜合布線工程的設計、施工、測試和驗收等工程組織與管理環節，培養學生綜合布線系統設計、系統安裝與實施的職業能力，并掌握綜合布線的基礎知識。
5.ERP運營維護
課程主要從物聯網工程的角度介紹物聯網工程系統中的主流程體驗、銷售管理、采購管理、存貨管理、產品結構管理、物料需求計劃管理、工單與委外管理、工藝管理、應收應付管理、財務管理等學習任務，掌握ERP系統的主業務流程和操作技能。
從以上課程體系的構建中可看出，在實際進行農業物聯網課程體系的建設時，注重突出實際應用領域特色，學生既要學習電子信息技術，又要學習農業科技和農業生產技術，還要求掌握工程領域的基礎知識，注重綜合性能力的培養?？紤]到農業物聯網的項目一般偏小，各地點分散，其應用服務人才不可能專業劃分過細，否則任何一個點都需要物聯網、農業、工程安裝等不同領域的人員組成團隊配合工作，這對于偏小的農業物聯網項目來說是不實際的，必然要求建設及維護人員具備多專業綜合的能力素質。
四、改革教學方法，優化師資隊伍
（一）改革教學方法
在教學方法上力求突破，當前所流行的行動導向、慕課均是可采取的方式，無論哪種方式，主導思想將貫穿以學生為中心的教學方法來進行實施。由于農業物聯網服務型人才培養的專業特性、跨學科特性，帶領學生進行現場學習將是必不可少的教學環節。此外，農業物聯網在實際工作領域的實施，往往以一個個項目的形式來進行，因此，案例教學也是必然要采用的教學方法，在案例教學過程中注重對學生進行啟發式教學引導，亦有利于學生興趣的調動和綜合設計實施能力的培養。
（二）優化師資隊伍
從課程體系的構建可以看出，要做好農業物聯網服務型人才的培養，師資隊伍應具備物聯網知識能力、農業生產流通和管理知識能力、工程實施等方面的知識能力，在實際建設中，各?？筛鶕陨頎顩r進行優化。同時，基于農業物聯網應用創新的特質，應大力開展校企合作，引進更多的企業兼職教師來補充師資隊伍。由于物聯網本身（下轉第186頁）（上接第184頁）是個新興產業，農業物聯網又兼有跨行業的特性，因此，教師的培訓學習也是隊伍建設中不可缺少的一環。
五、滿足實驗與實習條件，建設實訓基地
應根據院校重視面向農業領域專業應用能力的培養思路，堅持基礎和應用協調共進的原則，通過農、學、企相結合的方式，建設相應的實訓平臺，如企業提供最新的設備支持、學校提供專業人員、農業終端用戶提供場地，搭建起一個真實的現代農業物聯網應用平臺。在實訓過程中，學生收獲了豐富的實戰經驗，為日后就業打好基礎;企業獲得了充足的人力資源，充分解決了農業物聯網服務企業人員匱乏的現狀;而農戶則在合作中體驗到農業物聯網技術給農業生產帶來的種種好處，為農業物聯網的大力推廣增強了信心。
其次，建立一個以農業物聯網為背景的技術服務及農產品流通實訓平臺，通過該平臺，培養出農業物聯網領域的信息化人才，為技術服務的推廣和農產品的流通打好基礎。
通過利用實訓基地對物聯網服務型人才進行深入培養，可培養出一大批技術過硬、經驗豐富的專業人才，以緩解目前農業物聯網缺少此類人才的局面。同時也為農業物聯網技術在我國大范圍推廣打下堅實基礎。
物聯網浪潮的來臨，為現代農業發展創造了前所未有的機遇，改造傳統農業、發展現代農業，迫切需要運用物聯網技術實現對各種農業要素的全面感知、可靠傳輸以及智能處理。因此，對農業物聯網服務型人才的培養具有重大實際意義和價值，人才培養模式就是其中一項迫切而又重要的研究工作。所以，應盡快在分析農業物聯網發展現狀的基礎上，結合我國的實際國情對農業物聯網人才培養過程中涉及的管理模式、技術模式、商業模式展開分析和探討。在政府的引導下，在相關企業的積極參與下，建立一個多方共贏的人才培養模式，為農業物聯網的長遠發展提供長效動力。
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物聯網基本工作原理范文6
關鍵詞：物聯網；GPRS；虛擬專用網；無線傳輸；地下水監測
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）28-0197-03
Design of Internet of Things-based Groundwater Remote Monitoring System
GUO Yu1，HU Sheng-li1，YANG Tong-man2
（1.Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.College of Meteorology and Oceanography，PLA Univ.of Sci.& Tech，Nanjing 211101，China）
Abstract： Being aimed at the problem of groundwater monitoring at present，this paper presents a design scheme of remote monitoring based on Internet of Things.Firstly，the concept of Internet of Things and its three layer architecture are introduced，and the overall design scheme of system based on the three architecture is put forward.The design of remote monitoring，wireless transmission network and monitoring center of system are introduced in detail.The paper gives Working principle and main functions of system at last.At present，the system has been put into concrete application.It is proved that the system has excellent expandsibility and applicability.It has saved lots of manpower，material resources and financial resources for relevant departments.
Key words： internet of things； GPRS；virtual private network；wireless transmission；groundwater monitoring
我國是一個水資源嚴重缺乏的國家，雖然總儲量占世界第六位，但人均水資源卻是世界人均水資源的1/4。地下水資源的合理利用和開采對一個國家的經濟發展和生態環境都起著至關重要的作用。改革開放以來，我國的社會經濟快速發展，人們生活水平提高的同時也伴隨著地下水資源的大量開采，再加之水資源的污染、有關部門缺乏合理規劃和有效監管，就安徽本地來說，已經出現了地區性水位下降和枯竭等問題。從而引發了部分地區地面沉降、土壤鹽漬化和地裂縫等情況，對地下水資源的有效監測已迫在眉睫。
文獻[1]提出了基于GPRS（General Packet Radio Service）-Internet網絡和Zigbee網絡結合的遠程監測系統。文獻[2]提出基于無線傳感網絡的水資源監測系統。本文利用物聯網的各種特點和優勢，以物聯網三層結構為設計原則，提出了基于物聯網的地下水遠程監測系統的設計方案。
1物聯網
1.1物聯網的概念
物聯網是通過射頻識別（RFID）、激光掃描器、全球定位系統、紅外感應器、等信息傳感設備，遵守約定的協議，把物理實體與物聯網相連接，進行信息交換和通信，實現對物體的、定位、跟蹤、智能化識別、監控和管理的一種網絡[2]。
1.2 物聯網的三成架構
感知層是物聯網識別物體、采集信息的來源。主要包括一些基本感應器件和感應器件組成的網絡這兩部分。感知層我們采用超聲波流量計作為采集終端。
網絡層解決的是感知層獲得的數據長距離傳輸的問題。它主要功能是接入傳輸，完成數據的傳遞和交換，一般分為接入網和傳輸網兩種類型。本系統采用的是GPRS+VPN的無線傳輸方式，在保證數據安全性的同時又提高了實時性。
應用層解決是數據處理和人機界面的問題。網絡層傳輸的數據被應用層處理并通過各種設備與人交互。系統中利用.NET技術設計系統軟件平臺，提供了實時和歷史數據查詢、數據報表和設備報警等相關功能。其三層結構如下圖所示：
2系統結構設計
本系統結構主要由遠程監控終端、GPRS數據傳輸網絡和監測中心三部分組成，分別對應著物聯網的感知層、網絡層和應用層。系統結構如下所示：
2.1感知層
數據采集主要通過各類傳感器，對地下水的水位、水溫、水質等信息進行采集，通過MCU微控制器對采集的信號，比如電流、電壓等數據進行A/D轉換，將轉換后的數據通過標準RS232/485串口傳輸到現場的從GPRS通信設備上，GPRS模塊我們采用SIEMENS公司的MC39I模塊，然后經過數據加密處理后傳輸到GPRS網絡。
2.2網絡層
GPRS無線網絡主要擔當著各個監測點和監測終端之間數據傳輸的橋梁。近年來，隨著GPRS網絡的不斷完善和發展，其在數據傳輸方面的應用也越來越廣泛。GPRS網絡幾乎無縫覆蓋和按流量、話費等資費方式收費的優點，使其應用在地下水資源無線遠程監測系統上的性價比和發展前景都是巨大的。本系統采用GPRS+VPN虛擬專用網技術相結合的方式，實現數據安全、穩定、高效的傳輸。
2.2.1 GPRS通信技術
GPRS是建立在GSM（Global System for Mobile Communication）網絡之上，為用戶提供高速分組交換數據的新網絡業務。它是在GSM原有網絡的基礎上疊加了一層網絡而組成的，網絡中增加了GPRS服務支持節點SGSN（Serving GPRS Support Node）、GPRS網關支持節點GGSN（Gateway GPRS Support Node）、計費網關（可選）、邊緣網關（可選）等實體，同時通過GPRS骨干網實現各實體之間的連接[3]。該網絡的主要優點：
1）高速數據傳輸
GPRS網絡采用的是分組交換技術，通信時數據傳輸速率最高可達到171.2kb/s。實際傳輸速率也可達到40kb/s，可以滿足各個監測點的數據采集傳輸的要求，具有良好的實時處理和響應能力。
2）實時在線
網絡環境下，各監測點的從GPRS模塊與網絡保持著實時交互的能力。滿足了各個監測點數據采集和實時響應監控中心發來的各種控制指令，實時監測各監測點的工作狀態和在線狀態。
3）按量計費和覆蓋范圍廣
各遠端監測點的從GPRS設備只要正常開機就始終附著在GPRS網絡上，按照接收和發送的數據包數量來收取費用，在沒有數據包傳遞時，即使在線，也不會消耗任何費用，一定程度上降低的項目成本。另外水資源監測系統要求數據采集的跨度比較大，要求系統擴展不受地區的限制，GPRS網絡由于覆蓋范圍很廣，滿足了系統設計的要求。
2.2.2 VPN虛擬專用網
虛擬專用網VPN（Virtual Private Network）是一種在公共通信基礎設施上構建的虛擬專用或私有網，通過一個公共網絡建立一個臨時的、安全的連接，是一條穿過混亂公用網絡的安全、穩定的隧道，可以被認為是一種從公共網絡中隔離出來的網絡。
監測中心的主GPRS模塊和各監測點的從GPRS模塊接入VPN網絡后，中國移動都會為其分配一個固定的IP地址。各設備可以通過PPP、TCP/IP、UDP等協議直接進行數據交互，無需地址轉換。另外VPN使用加密傳隧協議，阻止截聽和嗅探來保證數據安全性。并且為防止身份偽造，要求使用者在使用時發送身份驗證，數據完整性和安全性得到充分的保證。
本系統中GPRS網絡下VPN的消息流程如下：
2.3應用層
該層主要為監測中心軟件的設計。監控中心軟件以.NET為開發語言，采用B/S三層架構，分別為表示層（UI）、業務邏輯層（BLL）、數據訪問層（DAL），安全性高并且具有良好的可擴展性。結構如下所示：
表示層：表示層主要通過業務邏輯層的類和對象為用戶提供可視化的接口和界面，秉承所見即所得的原則，主要包括等水位線生成、電子地圖、參數設置、報表和報警等功能。
數據訪問層：數據訪問層用于存儲和修改項目下所需數據和參數。包括監測點實時傳輸過來并被前置機處理存儲的數據、數據庫的配置參數、當前數據表和歷史數據表。通過數據訪問組件提供數據訪問接口，隱藏訪問數據庫的細節。
業務邏輯層：業務邏輯層完成與數據訪問層的數據交互的操作。該系統中主要通過監測中心端的前置機完成數據處理并存儲在數據庫中。主要包括數據采集傳輸、數據存儲處理和監測井端報警控制等。通過數據庫類庫中的Connection、Dataset和DataReader類用以訪問數據庫數據，并把數據存在數據集中送往表示層展現。
3系統工作原理和主要功能
3.1工作原理
系統數據傳輸采用全雙工通信方式。遠程監測端的流量計等采集設備通過DTU微處理機芯片對采集的信號進行A/D處理，將處理的數據以數據流的形式通過標準RS232/485串口傳輸到監測端的從GPRS通信模塊上，從GPRS模塊完成激活與移動基站進行連接，使用TCP/IP和PPP協議將需要發送的數據包封裝、加密處理后傳輸到GPRS網絡上?；镜腟GSN與網關支持節點GGSN進行通信，GGSN對分組的資料進行相應處理。網絡端由于采用GPRS+VPN方式，監測中心的主GPRS模塊可以直接對網絡傳輸的數據包進行解析，將解包的數據送往監測中心端的前置機，通過RS232/485串口存入數據庫，監控軟件從而對采集的數據進行分析處理展示。
系統工作流程如下：
3.2主要功能
1）實時信息監測模塊
監控系統通過監測中心端的前置機向各個遠程監測點發送AT指令，監測點響應指令或主動對水位、水溫、監測點工作狀態、設備工作狀態和信道是否正常進行監測，通過從GPRS模塊將各種數據經由GPRS網絡送往監測中心。監測中心將發來的數據按照數據類型進行區分并儲存在數據庫相應的表中。監測中心能夠實時繪制水位柱狀圖、流量曲線圖等過程曲線。它是整個系統的核心模塊。
2）數據分析模塊
通過對數據庫中的歷史和實時數據進行分析，繪制相關的曲線圖。根據監測端的數據實時繪制水位等值線，用來判斷部分地區漏斗狀態的變化，為相關管理機構和決策者提供參考幫助。
繪制等值線采用的是美國Golden Software公司編制的surfer軟件，它能夠輕松制作基底圖、等值線圖、分類數據圖、剖面圖、3D曲線圖等，已成為氣象、地質、水位水利、土地管理工作者必備的專業成圖軟件。
3）水位流量查詢
取水查詢可以進行多個用戶的水量查詢，也可以查詢單個用戶的用水情況。多用戶的查詢，系統提供日、周、月、年查詢方式。用戶從前臺軟件的下拉列表框中選擇需要查詢的類型，規定查詢需要的時間段后，用水單位的取水流量情況會自動查詢出來，同時生成柱狀圖。
4 結束語
本文利用物聯網技術設計了基于物聯網的地下水無線遠程監測系統，利用.NET技術和GPRS+VPN網絡實現了監控中心端的設計和無線傳輸網絡的組建，對遠程監測井和地下水可以實現實時動態監測，滿足了無需現場工作人員也可以準備監測地下水數據變化的需要。為水利決策者提供了準確、實時、操作便捷的數據，節省了大量的人力、物力、財力。相信隨著無線網絡技術的發展，該系統會越來越完善，在其他行業也會得到越來越多的應用。
參考文獻：
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