基于综合实训平台的物联网实验室建设研究

许东滨+林悦铭+梁明辉+陈大同

摘 要 物联网技术专业是一门新兴学科，高校在物联网实验室建设方面还处于摸索阶段，结合齐齐哈尔医学院物联网实验室建设经验，以物联网综合实训平台为基础，从硬件资源、软件资源、课程资源建设三个方面，详细阐述物联网实验室建设过程，具有一定的现实意义。

关键词 物联网；实验室；综合实训平台

中图分类号：G482 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）16-0048-03

Abstract Because of IOT （Internet of Things） is a new branch of science， the IOT laboratory construction in universities is still in theexploratory stage. In this paper， we elaborate the construction processof IOT laboratory in our university and introduce laboratory resourceconstruction in 3 aspects： hardware resources， software resources， curriculum resources， which base on the integrated training platform of IOT.The construction process of IOT laboratory is practical and significant.

Key words IOT； laboratory； integrated training platform

1 引言

物聯网是基于互联网技术发展而来的新一代信息技术，英文缩写是IOT（Internet of Things）。物联网最早由美国麻省理工学院Auto-ID研究中心于1999年提出，其定义为：把所有物品通过射频识别（RFID）和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理功能的网络[1]。2015年，国际电信联盟（ITU）对物联网概念进行扩展，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术也将得到更加广泛的应用。之后，欧盟、日本、韩国等国家和地区都针对物联网提出了本国的物联网发展战略和定义标准。

我国在物联网方面的发展起步并不落后，2010年将物联网发展问题写入《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发〔2010〕32号）。2012年，工信部正式发布《物联网“十二五”发展规划》，指明产业未来发展道路。目前，在政府的积极推动和支持鼓励下，在医疗、电力、交通、公安、物流等各个领域，已有不少省份采用传感网技术来进行控制并提供相关服务[2]。

齐齐哈尔医学院于2014年开始筹划建设物联网实验室，2016年基本完成物联网实验室建设工作。本文主要针对该时期物联网实验应用平台的建设过程，结合经验，给出一些看法和体会，希望对其他高校后续的物联网实验室建设有帮助和借鉴作用[3]。

2 实验室硬件建设

物联网实验室环境建设包括硬件资源、软件资源、课程资源三大部分[4]。其中硬件资源建设主要是指实验室平台建设和设备设施的选购，以满足教学功能需要。物联网实验室的设备选购上主要有三类设备。

1）基于模块化的物联网创新平台。这种平台的特点是各模块相互独立存在，提高了实验设备的灵活性，方便设计创新性实验；存在的问题就是不好维护，学生很容易在实验过程中因操作不当而损坏模块。

2）集成度较高的一体化实训装置。这种平台主要将各模块集成在一起，学生在工程实践过程中只是按步骤完成一些基础性和验证性实验，不能满足开放性原则[5]。这种设备的主要优点是准备实验方便，可靠性高。

3）有一定集成度的模块化综合实训平台。这种平台介于前两者之间，将实验利用率较高的主机、数码显示、语音、SD数据读取等模块集成在一起，其他模块利用无线通信模块相连接。这种设备最大的优点是主机等昂贵硬件集成度高，不易损坏，传感器模块有通用接口可自由更换，具有一定的可扩展性。

齐齐哈尔医学院选用的是第三类，北京精仪达胜科技有限公司制造的EL-NC900物联网综合实训平台。该平台的体系架构如图1所示。

从图1可以看出，除协调器与PC机的通信采用串口或USB外，其他各个部分之间都采用ZigBee网络。其中，协调器采用LM3S9B96芯片，处理能力更强；终端节点和路由节点采用LM3S811芯片，造价更低；通信模块采用CC2420 Zigbee模块芯片，该芯片性能稳定且功耗极低，选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。

物联网实训平台的实物图如图2所示。同时，物联网实验室应与电子电路实验室和单片机嵌入式实验室相邻或复用，这样电子实验室现成的信号发生器、示波器、万用表等硬件资源以及嵌入式单片机实验室的芯片设备和传感器资源可以得到更加充分有效的使用，大大降低实验室建设的成本[6]。

3 实验室软件建设

实验室软件资源建设主要是指结合硬件资源，在PC端配置安装配套的软件，以满足实验仿真的需要。下面将详细介绍齐齐哈尔医学院实验中心的软件情况。

Keil uVersion 4软件 该软件由美国Keil Software

公司出品，主要功能是进行程序编写、调试、执行、下载，主要支持C/C++及传统的汇编语言，兼容51系列单片机及Cortex-M系列的Cortex-R4、ARM7、ARM9器件，是目前较为流行的程序编译工具。endprint

IOT节点监控软件 该软件由北京精仪达胜科技有限公司开发，主要用来监控物联网的动态组网情况，以及实时监控物联网的终端节点动态数据情况。图3为IOT节点监控软件中上位机案例的拓扑连线界面和数据监控界面。

串口调试助手 可用SSCOM32代替，是目前比较通用的串口调试工具，支持串口RS232/485通信，可在Windows XP及以上环境下查看不同COM口的接收数据，并可以向该串口发送数据。

4 课程资源建设

实验课程资源的获取有两个途径。

从设备配套的實验指导书中获取 这也是获取实验案例资源的主要途径。目前多数设备厂家都会根据自己的设备，提供附赠的程序案例。实验室在验收设备的同时，应该积极组织实验员与售后技术人员一同进行设备的安装调试，保证实验员能够独立完成各项实验程序的调试运行。

从教学实践中获取的开放性实验、毕业设计、物联网相关的竞赛资料整理总结 在教学实践过程中，有一些综合设计性的环节，比如开放性实验，实验室可以对这类实验进行跟踪，及时更新现有的案例数据；同时在毕业设计中可以吸纳学生的应用经验和案例；对于物联网竞赛中学生完成的参赛作品、项目设计书、C程序，实验室应该积极存档，这对物联网实验室的发展大有帮助。

5 结束语

随着社会对物联网相关人才需求的不断增加，高校对物联网专业的投入也不断加大，其中物联网实验室的建设水平无疑是衡量一所学校物联网专业教学能力的重要指标。本文结合齐齐哈尔医学院物联网实验室建设经验，详细阐述物联网实验室的硬件资源、软件资源和课程资源建设，希望为高校的物联网实验室建设规划提供借鉴和参考。

参考文献

[1]刘志杰.物联网技术的研究综述[J].软件，2013，34（5）：164-168.

[2]刘锦，顾加强.我国物联网现状及发展策略[J].企业经济，2013（4）：114-117.

[3]陈景贤，陈志生.高校物联网实验室建设与应用[J].实验室研究与探索，2013，32（8）：451-453.

[4]林莉，陈丽丽.高校物联网实验室建设规划[J].长春理工大学学报，2012（4）：23-24，58.

[5]安健，桂小林，杨麦顺.工程实践与科技创新的物联网开放实验室建设[J].实验技术与管理，2016，33（10）：245-248.

[6]付永贵.基于分组教学的高校物联网实验室构建研究[J].中国教育信息化，2011（5）：63-65.endprint