农业类高职院校物联网工程实训应用平台

张洁

摘 要： 物联网工程应用实训平台适用于物联网、计算机、电子、网络等相关专业的实训教学。介绍了平台的特点和功能，平台根据物联网的识别、感知、通讯传输、组网以及数据分析的架构体系开发，包含了由实训工位、行业应用套件及平台资源包三部分组成的实训系统。智慧农业套件是适合农业类院校的教学与实训的扩展需求而加载的，室外温室大棚就是利用物联网工程实训平台，有效实现对农作物的智能控制。

关键词： 物联网工程； 实训平台； 智慧农业； 智能控制

中图分类号：TP393.18 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）08-94-03

Abstract： The application practical training platform of Internet of things is suitable for the practical teaching of the Internet of things， computers， electronics， networks and other related specialties. This paper introduces the characteristics and functions of the platform， the platform is developed according to the IoT architectures of recognition， perception， communication， networking and data analysis， and it contains the practical training system composed of three parts： the training station， industry application kit and platform resource package. The wisdom agriculture kit is suitable for the expended requirements of agricultural colleges and universities teaching and training， it is the outdoor greenhouse that makes use of the practical training platform of Internet of things to effectively realize the intelligent control of crops.

Key words： IoT engineering； practical training platform； wisdom agriculture； intelligent control

0 引言

物聯网[1]是通过射频识别（RFID）、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，把任何物品与互联网相连接，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。从目前物联网工程技术的发展趋势[2]来看，社会对物联网工程专业的人才需求量十分巨大，供不应求，主要是高职院校或电子信息类本科院校的毕业生，从事物联网系统设计、产品开发、物联网项目实施等，包括RFID系统的设计与开发、嵌入式软件开发、网络安装调试、物联网硬件开发、传感技术开发、市场营销、售前售后技术支持等工作。在这种极好的行业发展前景驱使下，许多高职院校纷纷开设物联网工程专业，物联网工程实训应用平台正是办好此专业的基础硬件条件。

1 物联网工程实训室介绍

物联网工程应用实训系统[3]，主要是针对物联网行业综合技能型人才培养，基于对物联网的认知、感知、通信、组网，以及数据分析的逐层架构体系而设计开发的，用于物联网、计算机网络、通信等相关专业的物联网技术实训教学产品。

这个系统由实训工位、行业应用套件及平台资源包三部分组成。这些产品还配套了全面的实训教程和技术资源，重点是培养学生在物联网工程系统的开发、运行和维护等方面的动手实操能力，使学生能更系统化、全面的与物联网行业的岗位对接。

1.1 物联网工程实训平台特点

⑴ 教学特点

根据农业类高职物联网专业人才培养目标，在实训教学上进行优化和设计，提出从农业物联网知识技术的认知，到实操技能的训练，最终达到岗位能力提升的教学理念。

⑵ 技术特点[4]

把众多的物联网设备和技术集成到一个系统中，包括传感器技术、数据采集技术、ZigBee传输技术、射频识别技术、无线网络技术、移动互联技术、嵌入式技术、智能终端技术、电子墨水屏技术、上位机应用软件技术等。

⑶ 应用场景[5]

设计了一个以智慧城市为物联网应用导向，让学生按照项目要求组织“智慧城市”为主题的物联网应用系统搭建。系统中包含智能商业、智能农业、智能环境监测及智能安防等多种业务功能，所有的应用场景及功能，均来自于真实的物联网应用行业。

⑷ 扩展及配套

整套系统采用平台化、模块化设计，结合通用化、标准化的物联网实训工位，除了可完成配套实训内容的演示外，还可以基于物联网实训工位以及系统的软硬件模块，外接、扩展更多的技术或业务。该系统不仅拥有完整的软、硬件系统，还配备针对设备完整的实训指导书、教学实训素材、以及教学视频等资料。

1.2 物联网实训平台功能[6]

从产品实训的功能角度上，主要针对农业类高职院校物联网相关专业，主要包括三方面内容。

1.2.1 认知型实训功能

⑴ 物联网基础知识

通过对产品观察和演示操作，使学生接触和感受物联网，了解物联网的基础知识，认识物联网三层架构体系结构。

⑵ 物联网设备认知

通过配备的各种物联网相关设备，如感知类的温、湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器等，识别RFID读写器、高频读卡器、条码扫描枪、移动互联终端、通讯类的串口服务器、路由器、ZigBee等，使学生认识、了解和熟悉这些常见的物联网设备。

⑶ 物联网技术认知

通过对物联网设备的操作和使用，使学生认识和熟悉典型的物联网相关技术。

⑷ 物联网应用认知

通过多个场景及系统的演示和操作，使学生了解和熟悉物联网技术在行业中的应用场景，熟悉物联網应用软件系统的形态和内容。

⑸ 云平台应用认知

通过部署和使用云平台提供的基础服务、数据存储等功能，熟悉云平台架构，了解云平台在设备接入的实用性及可扩展性。

1.2.2 实操型实训功能[7]

包括硬件设备安装调试、网络设备连接配置、软件系统部署维护、应用场景演示操作。

⑴ 硬件设备安装调试

① 把套件的各类传感器、各类执行器件等设备，按照实训指导书的要求，安装到物联网实训工位的面板上，并按要求进行接线连接配置。

② 按照实训指导书的要求，将智能商业应用套件的各种设备等安装到实训工位面板上，完成连接配置。

③ 根据实训指导书的要求，将智能安防相关套件，如红外对射、安防巡更等设备安装到实训工位面板上。

⑵ 网络设备连接配置

按照实训指导书要求，完成设备网络的搭建，包括网络连接布线，无线路由器设置，ZigBee、串口服务器、计算机、网络摄像机、移动互联终端等各类接入到网络的终端设备进行网络配置。

① 对系统软件的运行环境进行部署安装；对产品配套的应用软件进行部署安装维护等。

② 对智能商业、智能农业、智能安防、智能环境监测、智能家居等5个应用场景子功能的使用操作、业务流程进行熟悉和操作。

③ 基于云平台的API接口，根据需要了解、熟悉获取数据，控制对应执行器件，对历史数据如何进行分析挖掘，组建具有逻辑功能的各种应用场景。

1.2.3 开发型实训功能[8]

包括DotNet客户端开发、DotNet Web端开发、Android移动端开发、无线传感网WSN开发。

⑴ DotNet客户端开发

根据配套实训指导书中环境监测应用场景、智能商业应用场景、智能路灯应用场景的要求，开发和实现简易的基于DotNet开发平台下的PC客户端功能程序。

⑵ DotNet Web端开发

根据配套实训指导书中智能商业应用场景功能的要求，开发和实现简易的基于DotNet开发平台下的Web应用程序。

⑶ Android移动端开发

根据配套实训指导书中智能农业应用场景、智能商业应用场景、智能路灯应用场景功能的要求，开发和实现简易的基于Android开发平台下的移动应用程序。

⑷ 无线传感网WSN开发

根据配套实训指导书中智能农业应用场景功能的要求，开发和实现简易的基于ZigBee技术的无线传感网应用程序。

⑸ 物联网应用程序基础开发

根据配套相关的教材，结合硬件设备，深入掌握基于C语言及JAVA开发语言的物联网应用系统。

2 物联网智慧农业实训平台案例

如图1所示，在智能温室环境里，利用物联网技术，一个温室可成为无线传感器网络的一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点，构成无线网络来测量土壤的成分、pH值、降水量、温度、湿度和气压、光照强度、CO2浓度；再通过模型分析、自动调控温室环境、控制灌溉和施肥作业，从而获得植物生长的最佳条件。

2.1 环境检测

环境监测系统由各类传感器节点、无线传感网络、无线传感网关构成，实现对农产品生长过程全面监管和精准调控。

2.2 智能控制[9]

智能控制系统包括智能温、湿度控制系统、智能光照控制系统、智能灌溉系统、智能空气控制系统等。

⑴ 智能温、湿度控制

智能温、湿度控制系统利用温度、湿度数据自动采集、设备控制参数设置、远程强制手动控制、手动/自动切换、数据的绘图、统计等五种功能来实现对大棚温室信息的不间断采集、整理、统计、制图、呈现，以及温、湿度的自动调节。

⑵ 智能灌溉控制

智能灌溉系统根据土壤水分传感器和空气温、湿度传感器数据，自动感测何时需要灌溉，灌溉多长时间；自动开启/关闭灌溉系统；同时可以根据土壤的干湿度，实现土壤智能喷灌等。

⑶ 智能光照控制

智能光照控制系统根据大棚内光照传感器和光合有效辐射传感器，自动感测大棚内光照是否合适，并通过控制卷帘的开关及人工照明灯的亮/灭，自动调节大棚的光照强度。

⑷ 智能空气控制

智能空气控制系统根据大棚CO2含量传感器和温湿度传感器，自动感测到大棚内空气质量，并通过控制通风设备和顶窗、侧窗卷帘的开闭，调节大棚的空气质量，以满足农作物生长需要。

此外，为实现物联网农业温室大棚实验平台的统一管理、实验室设备管控，以及开展功能复杂的综合设计和科研项目，在实验室内配置一台服务器。该服务器安装系统软件及物联网实验的服务器端软件，提供本地或远程访问服务，并实施对物联网实验的视频监控和设备管理。数据中心通过大屏幕实时显示环境参数、音/视频信息的汇总及各种异常状态和生产信息提示。

3 总结

物联网工程实训平台系统，加载了智慧农业套件，室外的温室大棚实现了对农作物的智能控制，反映了农业类高职院校把智慧农业设备为基础，结合可灵活部署的移动实训平台，帮助学生从物联网理论学习过渡到实际动手操作，培养学生物联网综合应用的能力，为学生后续行业实训打下坚实基础。通过这个实训平台，在今后的教学实训环节中还可与其他智慧行业相结合，拓展学生项目设计能力。

参考文献（References）：

[1] 关于印发《物联网“十二五”发展规划》的通知[R].工业和信息化部，2011.12.7：1

[2] 蒋建伟.物联网工程专业实践教学体系与规范解读[R].教育部计算机科学与技术教学指导分委员会物联网工程专业教学研究专家组，2011.12.18：5

[3] 福建信息职业技术学院物联网关键技术实训室建设方案[R].福建新大陆电脑股份有限公司，2012.1：12-13

[4] 黄旭，蒋云良，顾永跟.物联网工程专业建设中多学科融合的探索与实践[J].高等工程教育研究，2016.2：88

[5] 潘策，陈旭，王婷婷，郑旭丹.基于校企合作的物联网工程专业实训教学体系[J].计算机教育，2015.10：83

[6] 李翔宇，曾燕清，陈志德.基于岗位需求的物联网工程专业实训教学体系建设思考[J].福建电脑，2016.9：36-37

[7] 马荣飞.物联网工程专业实训平台构建与研究[J].软件工程师，2015.1：23-24

[8] 王鹏澄.物联网综合实训平台之网关和节点的研制[D].江苏科技大学硕士学位论文，2014.6：94

[9] 樊健.基于物联网平台的温室大棚监测和控制系统设计[D].安徽大学硕士学位论文，2016.5：36-38