模块化物联网技术综合实训装置设计与实现 ·...
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ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２ Ｎ
实 验 室 科 学
ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＳＣＩＥＮＣＥ第 ２１ 卷 第 ４ 期 ２０１８ 年 ８ 月
Ｖｏｌ1049008 ２１ Ｎｏ1049008 ４ Ａｕｇ1049008 ２０１８
模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
陈彦彬１ 林燕雄１ 黄佳旭２ 钱德明３ 钟小寅１
（揭阳职业技术学院 １ 实训与信息中心 ２ 组织人事处 ３ 信息工程系 广东 揭阳 ５２２０５１）
摘 要 分析了物联网产业人才需求 培养及其存在的问题 提出了培养物联网技术技能型人才实训装置设
计的四条基本原则 介绍实训装置系统架构 网关 感知层模块化设备硬件设计 软件设计以及红外通信４３３ＭＨｚ Ｚｉｇｂｅｅ 等通信技术转换为 ＴＣＰ ＩＰ ＧＰＲＳ 网络技术原理 构建集基础性 验证性 设计性 综合性
和创新开发五位一体综合实训装置 教学实践证明实训装置对提高学生工程实践能力和科技创新能力具有重
要意义关键词 物联网 人才培养 模块化 实训装置
中图分类号ＴＮ９９ 文献标识码Ｂ ｄｏｉ１０３９６９ ｊｉｓｓｎ１６７２－４３０５２０１８０４０１６
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ
ＣＨＥＮ Ｙａｎ－ｂｉｎ１ ＬＩＮ Ｙａｎ－ｘｉｏｎｇ１ ＨＵＡＮＧ Ｊｉａ－ｘｕ２ ＱＩＡＮ Ｄｅ－ｍｉｎｇ３ ＺＨＯＮＧ Ｘｉａｏ－ｙｉｎ１
（１ Ｔｒａｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ２ Ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ Ｏｆｆｉｃｅ ３ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｉｅｙａｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｊｉｅｙａｎｇ ５２２０５１ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｔｒａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆＴｈｉｎｇｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｕｒ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈａｔ ｔｏ ｔｒａｉｎ ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｋｉｌｌｅｄ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｔｅｗａｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｍｏｄｕｌａｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ４３３ＭＨｚ Ｚｉｇｂｅｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｔｏ ＴＣＰ ＩＰ ＧＰＲＳ ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｏ ｓｅｔ ｕｐ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈａｔｃｏｎｔａｉｎｓ ｂａｓｉｃ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｐａｃｋａｇｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓrsquo ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙＫｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ
基金项目广东省 ２０１６ 年度大学生科技创新培育专项资
金立项项目（项目编号ｐｄｊｈ２０１６ａ０７８０）揭阳
职业技术学院 ２０１４ 年科学研究项目（项目编
号２０１４ＪＹＣＫＹ１０）
１ 物联网行业人才需求培养及存在问题
１１ 国内物联网行业人才需求与培养现状
目前我国物联网行业进入了高速发展阶段已形成上中下游全产业链且带动多个行业协同发展
的产业布局产业规模比互联网产业大 ２０ 倍以
上［１］ ２００９ 年物联网的产业规模只有 １７００ 多亿
元２０１３ 年产业规模突破 ６０００ 亿元年复合增长
率超 ３０２０１５ 年产业规模猛增至近万亿元［２］ 我
国物联网的每年人才需求将达到百万人的量级按人才层次分为研究型人才工程应用型人才及技术
技能型人才按照岗位需求分为电子设备技术人员芯片设计和制造人员通讯和计算机网络人员系统
设计系统应用和系统管理人员［３］为进一步促进物联网产业发展２０１５ 年教育部
印发教职成［２０１５］１０ 号文件《普通高等学校高等职
业教育（专科）专业设置管理办法》和《普通高等学校
高等职业教育（专科）专业目录（２０１５ 年）》正式实施本次专业设置对高等职业教育（专科）专业名称对应
职业相衔接中职专业接续本科专业均进行明确说
明完善中职－高职－本科的职业教育人才培养体系从根本上满足物联网产业技术技能型人才的需求促进物联网产业有序健康发展 依据该文件高等职业
教育（专科）专业设置中涉及物联网的相关专业包括
设施农业与装备智能交通技术运用物联网应用技
术物联网工程技术物流信息技术等专业培养学生
主要从事职业包括农业交通运输信息和通信管理
工程工业工程等领域的业务销售生产管理产品开
发产品运营测试实施和系统维护等环节工程技术
（管理）人才 同时将原有智能电网技术传感网技
术物联网应用技术三个专业合并为物联网应用技
术新增物联网工程技术专业
１２ 物联网实验实训教学现状及存在问题
我国物联网相关专业开设于 ２０１０ 年而且大部
分专业设置初期都是在计算机电子信息等专业基
础上新开设的专业学校专业实验实训室师资队伍
等也都是在以上专业的教学资源基础上加以整合改造或转型形成的因此实验实训教学环境以及装
置设备难以跟上物联网行业发展最新趋势［４－７］同时现阶段各学校在使用的物联网综合实训
装置都存在以下几个问题第一设备实训项目仅停
留在验证性或简单设计性实验第二实训教学资源
配套不受重视尤其是创新性综合性实验实训项目
缺乏必要的实训教学资源第三开设实验实训项目
难以与现实生活有机衔接人才培养未能满足岗位
需求第四物联网通用技能尤其是硬件设计开发技
能未能得到训练第五综合实训项目应用情境过于
单一第六重视开发轻集成
２ 实训装置设计原则
２１ 模块化组合式设计
随着无线传感器网络技术的发展分布式自组
网大规模数据采集已成为物联网技术特点同时由
于物联网技术应用领域的广泛性采用模块化组合
式设计实训装置符合数据采集终端分布式特点且可以按照物联网技术架构将数据采集感知层设备与
采集终端处理单元相分离增强系统设计的灵活性从而拓宽系统应用情境
２２ 兼顾开发和系统集成能力训练
依据物联网专业技术人才培养层次划分高职
专业培养目标定位于工程应用型和技术技能型人
才因此实训装置的开发应同时兼顾开发能力和系
统集成能力的培养 在系统软硬件组成设计实训
项目设计实训教学资源制作等方面应重点突出物
联网专业通用技能包括系统开发与系统集成能力并在不同的项目实施情境或载体中相融合２３ 配备教学资源包
传统实验实训装置对教学资源包都不予重视造成实验实训装置使用效益和实训效果低下 实训
装置的开发同时配套实验实训讲义各层次实验实
训项目过程中涉及的源代码工具软件开发环境技术文档工程管理文件项目完成的效果视频等实
验实训教学资源包为学生实训构建起全方位的学
习框架２４ 教学创新开发和技能竞赛相结合
实训装置的设计要考虑承担相近专业（群）不同课程不同教学层次的实验实训教学任务要求实
训装置必须满足开设基础性实训项目验证性实训
项目设计性实训项目等实训教学任务同时还应满
足开设创新开发的综合性创新性实训项目等的能
力兼顾全国职业院校技能竞赛电子设计大赛挑战杯竞赛等学科竞赛赛前集训的需要提高装置的
实用性和先进性［８－１０］
３ 实训装置的实现
３１ 系统架构
实训装置的系统架构如图 １ 所示 按照物联网
技术架构实训装置分为感知层网络层应用层
图 １ 系统架构图
感知层主要负责传感器数据采集和处理控制
８５
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
指令的执行等任务包括各类环境数据传感器ＲＦＩＤ二维码图像视频等采集任务同时负责对继
电器门锁以及各类家电进行控制网络层主要负责对红外通信４３３ＭＨｚＺｉｇｂｅｅ
等物理层通信方式进行网络通信协议转换传输数据最终通过 ＴＣＰ ＩＰＧＰＲＳ 等网络实现互联 其中
网关通过串口连接 Ｚｉｇｂｅｅ 网络及 ＧＰＲＳ 模块通过
ＷＩＦＩ 网络连接智能中控智能中控负责 ＴＣＰ ＩＰ 网
络与 ４３３ＭＨｚ 直接通信转换 红外转发器负责
４３３ＭＨｚ 与红外信号直接进行转换从而实现各类
物联网通信技术互通互联系统应用层主要建设各类 ＡＰＰＷＥＢ 应用程
序为用户提供应用程序对系统实施远程监测和实
时控制３２ 硬件设计
３２１ 网关设计
系统智能网关的硬件框架图如图 ２ 所示 其
ＣＰＵ 处理器选用基于 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构的 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０其 运 行 主 频 达 １ＧＨｚ 配 有 运 行 频 率
２００ＭＨｚ大小 ５１２ＭＢ 的 ＤＤＲ２ ＲＡＭ ＳＬＣ ＮＡＮＤＦｌａｓｈ 大小为 ２５６ＭＢ 系统同时配有 ＩＩＣ 的 ＥＥＰＲＯＭＡＤ ＤＡ 等 为配合系统完成 ＲＦＩＤ 刷卡二维码扫描仪以及连接互联网系统预留三个串行接
口ＵＳＢ 接口ＧＰＲＳ 模块ＳＤ ＷＩＦＩ 接口和网络接口
等 同时增加七寸电容触摸屏作为监测系统网关显
示的用户界面
图 ２ 网关硬件框架图
３２２ 感知层模块化设备
感知层终端微控制器选用 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 单片
机和 ＣＣ２５３０ 微处理器 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 由中央处
理器（ＣＰＵ）程序存储器数据存储器定时 计数
器ＵＡＲＴ 串口Ｉ Ｏ 接口高速 ＡＤ 接口ＳＰＩ 接口看门狗及片内振荡等模块组成 ＣＣ２５３０ 芯片内部
集成 ８０５１ 硬核无线收发器ＡＤＣ 模块６４ＫＢ 的
ＦＬＡＳＨ 存储器２１ 个通用 ＧＰＩＯ 和两个 ＵＡＲＴ 接
口 其无线发射频率为 ２４ＧＨｚ最大数据传输速率
为 ２５０ｋｂｉｔ ｓ感知层终端节点的硬件实物图如图 ３ 所示硬
件框架如图 ４ 所示 该类设备由传感器模块执行
控制器模块ＣＰＵ 主处理模块通信模块构成全部
模块化设计可自由组合完成基础性和创新性的实
验实训任务 其主要的模块化设备如表 １ 所示
图 ３ 感知层模块实物图
图 ４ 感知层终端设备硬件框架图
表 １ 实训装置感知层主要模块参数情况
序号模块
名称
主要元件
（参数）模块
类型
控制量
类型
接口
类型
１ 压力传感器 ＢＦ１Ｋ－３ＡＡ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
２ 烟雾探测器 ＭＱ－２ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
３ 瓦斯探测器 ＭＣ１１４Ｃ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
４ 红外探测器 ＲＥ２００Ｂ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
５ 温湿度传感器 ＤＨＴ１１ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
６ 光敏传感器 光敏电阻 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
７ ＲＦＩＤ 刷卡器 ＲＣ５２２ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
８ 二维码扫描仪 ＡＲＭ３２ＢＩＴ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
９ 网络摄像头 ＣＭＯＳ 传感器 输入设备数字量 ＲＪ４５
１０ 磁力开关 ＣＳ１－Ｓ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
９５
续表
１１ 磁力锁 ２３０ 公斤 ２ 线 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１２ 继电器 一对常开闭 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１３ 排风机 ＡＣ２２０Ｖ 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１４ 各类家电 普通家电 输出设备数字量 红外信号
３３ 通信技术原理
３３１ ４３３ＭＨｚ 射频通信－ＴＣＰ ＩＰ 网络通信实现
传统 ４３３ＭＨｚ 射频通信存在成本低实用性好
等优点常见于无线数据采集等领域同时物联网技
术必须能实现广域网的互通互联因此实训装置必
须考虑传统 ４３３ＭＨｚ 通信技术与国际通行 ＴＣＰ ＩＰ网络进行协议转换在该实训装置中选用了目前常
见的智能中控主机 ＪＲ－ＺＪ１Ｗ９设备具有 ４３３ＭＨｚ 无线收发功能智能学习无线设备和遥控开关对码简
单完全兼容 ＲＳ２３２ＲＳ４８５ 接品规范双向通信支持信号中继信号转发状态实时同步更新软件界
面完全图形化等优点３３２ 红外转发器
红外转发器主要完成对接收到的 ４３３ＭＨｚ 射频
信号转换为相应的红外信号其电路主要原理图如
图 ５ 所示 ４３３ＭＨｚ 射频信号模块收到的信号接到
ＮＥ５５５ 芯片的第四引脚用于调制 ＮＥ５５５ 产生的
３８ＫＨｚ 信号最终驱动 ＶＴ９０１３ 三极管红外发射管
即可发射相应红外信号控制对应设备
5
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X
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图 ５ 红外转发器硬件原理图
由 ＮＥ５５５ 组成多谐振荡器的频率计算公式为
ｆ ＝ １４４（Ｒ５ ＋ ２Ｒ４）lowastＣ
可知
Ｒ５ ＋ ２Ｒ４ ＝ １４４ｆlowastＣ
取 ｆ ＝ ３８ｋＨｚＣ ＝ ２２０ｐｆ求得 Ｒ５＋２Ｒ４ ＝ １７２ｋΩ因此取 Ｒ５＝ １０ｋΩ可知 Ｒ４＝ ８１ｋΩ 考虑调试测试
需要以及误差Ｒ４ 取 １００ｋΩ 电位器３４ 软件设计
实现装置开发过程软件设计工作主要在于
ＵＢｏｏｔ 移植内核配置和移植根文件系统制作常见应用模块的驱动以及其测试程序等 其开发的步
骤及各开发阶段所完成软件工作如图 ６ 所示大部
分提供 ＤＥＭＯ 程序供学生实验实训学习用
图 ６ 实训装置软件开发步骤
４ 实训内容
物联网专业主要实训课程包括传感器技术应
用单片机原理与接口技术Ｚｉｇｂｅｅ 与 ＲＦＩＤ 技术实
践Ｌｉｎｕｘ 操作系统嵌入式技术应用和物联网综合
实训等课程该实训装置可以满足以上课程实训需
要其开设的主要项目包括验证性基础性设计性综合性和创新开发等五位一体实验实训项目体
系［１１－１２］主要实训项目如表 ２ 所示
表 ２ 实训装置开设主要实训项目
序号 主要实训项目实训项
目类型
对接
课程
开设
学期
１ 光敏传感器数据采集实训 验证性
２ 温湿度传感器采集实训 验证性
３ 烟雾传感器数据采集实训 验证性
传感器
应用技术
３
３
３
４ 流水灯电路控制实验 基础性
５ 定时器使用实验 基础性
６ 中断控制实训 基础性
７ 串口通信实训 基础性
单片机原
理与接口
技术
３
３
３
３
８ Ｚｉｇｂｅｅ 片上资源使用 基础性
９ ＲＦＩＤ 射频卡读写实训 基础性
１０ Ｚｉｇｂｅｅ 采集终端节点设计 设计性
１１ Ｚｉｇｂｅｅ 路由协议实验 设计性
Ｚｉｇｂｅｅ 与
ＲＦＩＤ 技术
实践
４
４
４
４
０６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
续表
１２ Ｌｉｎｕｘ 常见命令使用 基础性
１３ Ｌｉｎｕｘ 常见服务器配置 基础性
１４ Ｌｉｎｕｘ 下 Ｃ 语言编程 设计性
１５ Ｌｉｎｕｘ 系统编程 设计性
Ｌｉｎｕｘ 操
作系统
３
３
３
３
１６ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 系统移植 综合性
１７ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 驱动编程 设计性
１８ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 程序设计 设计性
嵌入式技
术应用
４
４
４
１９ ＳＱＬ 语言实训 基础性
２０ 嵌入式 ＳＱＬｉｔｅ３ 移植 综合性
２１ 嵌入式数据库系统设计 设计性
嵌入式数
据库系统
４
４
４
２２ 基于 Ａｎｄｒｏｉｄ 监控系统开发 创新性
２３ 基于 Ｚｉｇｂｅｅ 环境监测系统设计 创新性
２４ 嵌入式 ＱＴ ＧＵＩ 编程 创新性
２５ 智能家居系统 创新性
２６ 智慧农业系统 创新性
物联网综
合实训
５
５
５
５
５
５ 结语
实训装置构建了以 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０ 主处理器为物联网网关融合了红外通信４３３ＭＨｚ 射频通信 Ｚｉｇｂｅｅ 网络 ＧＰＲＳ 网络以及
ＴＣＰ ＩＰ 网络等物联网常见通信技术同时结合嵌入
式技术和计算机软件技术设计开发了一套集基础
性验证性设计性综合性和创新开发实验实训项
目以及配套一系列实训教学资源系统经过教学实践证明我校在挑战杯大学生课外
学术作品竞赛电子设计大赛全国职业院校技能大
赛等学科竞赛项目中获得了省级一等奖 ２ 项二等
奖 １ 项三等奖若干项成果显著 实训装置有力地
促进物联网专业教学改革提高物联网工程应用型
和技术技能型人才培养的可持续性对培养学生工
程实践能力提高实训教学有效性和针对性具有重
要意义
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
［１］ 孔锐张冰物联网工程专业实验课程设置探索［ Ｊ］ 实验技术
与管理２０１４３１（２）１７９－１８２
［２］ 肖言物联网产业的发展现状及其主要问题［ Ｊ］ 智富时代
２０１６（８）６７－６８
［３］ 肖蕾高职院校与战略性新兴产业群发展对接研究mdashmdashmdash以物联
网产业为例［Ｊ］ 科技展望２０１６（１８）３３９
［４］ 张伟江莹旭阮艳凤等面向智慧农业的物联阿系统与实训
平台开发［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（５）１６１－１６４
［５］ 杜伟略潘健物联网综合实训平台设计［Ｊ］ 实验技术与管理
２０１３３０（９）６３－６７
［６］ 沈洋高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索［ Ｊ］ 辽宁
高职学报２０１２１４（９）８０－８３
［７］ 王柯柯邱小平物联网专业创新实验平台的研究与实践［ Ｊ］
实验科学与技术２０１６１４（１）８９－９０
［８］ 陈彦彬基于 Ｎ ∶Ｎ 网络的光机电一体化实训装置改造［ Ｊ］ 实
验科学与技术２０１６１４（１）１２２－１２４
［９］ 倪林张义红杨义基于物联网的短距无线通信系统实验［ Ｊ］
实验室研究与探索２０１４３３（１１）１００－１０１
［１０］ 宋焱翼陈礼颜芳嵌入式系统实验教学改革与实验教学装
置开发［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１１３０（７）２３９－２４０
［１１］ 高同辉刘东晓智能家居实训平台开发与应用［Ｊ］ 实验技术
与管理２０１５３２（７）１７０－１７１
［１２］ 王海王志红梁科等基于物联网智能家居系统的综合创新
性实验设计［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（６）７１－７４
收稿日期２０１７－０８－０９修改日期２０１７－０９－１３作者简介陈彦彬（１９８７－）男广东揭阳人学士高级工程
师主要研究方向为电子信息物联网及自动化教
学与科研
10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 ５６ 页）［８］ 刘贵松房秀芬陈文宇基于计算思维能力培养的计算机图形
学知识体系［Ｊ］ 实验科学与技术２０１５１３（２）１６０－１６２［９］ 徐文鹏强晓焕侯守明面向问题解决的图形学教学改革探讨
［Ｊ］ 高等理科教育２０１３（５）１０７－１１１［１０］ Ｃｈｅｒｎｏｖ ＮＣｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＦｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｓ
ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ［Ｍ］Ｂｏｃａ ＲａｔｏｎＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ２０１０［１１］ 张常鑫数控加工中心在线检测系统关键技术研究［Ｄ］大
连大连海事大学２００９［１２］ Ｙａｎ Ｄ ＭＷａｎｇ ＷＬｉｕ Ｙｅｔ ａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｖｉａ ｑｕａｄｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ［ Ｊ］ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０１２４４（１１）１０７２－１０８２
［１３］ ＰＪＢｅｓｌＨＤＭｃＫａｙＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅ［Ｊ］ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
１９９２１４（２）２３９－２５６
［１４］ 贺旭三维前视声纳可视化系统研究与实现［Ｄ］北京中国
科学院大学２０１３
［１５］ 胡令潮基于 ＶＴＫ 的植物叶片点云信息处理方法的研究［Ｄ］
杭州浙江大学２０１３
［１６］ 张源机器人彩色三维地图创建关键技术研究［Ｄ］长沙湖
南大学２０１４
收稿日期２０１７－０９－２０修改日期２０１７－１０－１８作者简介刘斌（１９８１－）男辽宁鞍山人博士副教授主
要研究方向为医学影像处理与 ３Ｄ 可视化
１６
高等职业教育（专科）专业目录（２０１５ 年）》正式实施本次专业设置对高等职业教育（专科）专业名称对应
职业相衔接中职专业接续本科专业均进行明确说
明完善中职－高职－本科的职业教育人才培养体系从根本上满足物联网产业技术技能型人才的需求促进物联网产业有序健康发展 依据该文件高等职业
教育（专科）专业设置中涉及物联网的相关专业包括
设施农业与装备智能交通技术运用物联网应用技
术物联网工程技术物流信息技术等专业培养学生
主要从事职业包括农业交通运输信息和通信管理
工程工业工程等领域的业务销售生产管理产品开
发产品运营测试实施和系统维护等环节工程技术
（管理）人才 同时将原有智能电网技术传感网技
术物联网应用技术三个专业合并为物联网应用技
术新增物联网工程技术专业
１２ 物联网实验实训教学现状及存在问题
我国物联网相关专业开设于 ２０１０ 年而且大部
分专业设置初期都是在计算机电子信息等专业基
础上新开设的专业学校专业实验实训室师资队伍
等也都是在以上专业的教学资源基础上加以整合改造或转型形成的因此实验实训教学环境以及装
置设备难以跟上物联网行业发展最新趋势［４－７］同时现阶段各学校在使用的物联网综合实训
装置都存在以下几个问题第一设备实训项目仅停
留在验证性或简单设计性实验第二实训教学资源
配套不受重视尤其是创新性综合性实验实训项目
缺乏必要的实训教学资源第三开设实验实训项目
难以与现实生活有机衔接人才培养未能满足岗位
需求第四物联网通用技能尤其是硬件设计开发技
能未能得到训练第五综合实训项目应用情境过于
单一第六重视开发轻集成
２ 实训装置设计原则
２１ 模块化组合式设计
随着无线传感器网络技术的发展分布式自组
网大规模数据采集已成为物联网技术特点同时由
于物联网技术应用领域的广泛性采用模块化组合
式设计实训装置符合数据采集终端分布式特点且可以按照物联网技术架构将数据采集感知层设备与
采集终端处理单元相分离增强系统设计的灵活性从而拓宽系统应用情境
２２ 兼顾开发和系统集成能力训练
依据物联网专业技术人才培养层次划分高职
专业培养目标定位于工程应用型和技术技能型人
才因此实训装置的开发应同时兼顾开发能力和系
统集成能力的培养 在系统软硬件组成设计实训
项目设计实训教学资源制作等方面应重点突出物
联网专业通用技能包括系统开发与系统集成能力并在不同的项目实施情境或载体中相融合２３ 配备教学资源包
传统实验实训装置对教学资源包都不予重视造成实验实训装置使用效益和实训效果低下 实训
装置的开发同时配套实验实训讲义各层次实验实
训项目过程中涉及的源代码工具软件开发环境技术文档工程管理文件项目完成的效果视频等实
验实训教学资源包为学生实训构建起全方位的学
习框架２４ 教学创新开发和技能竞赛相结合
实训装置的设计要考虑承担相近专业（群）不同课程不同教学层次的实验实训教学任务要求实
训装置必须满足开设基础性实训项目验证性实训
项目设计性实训项目等实训教学任务同时还应满
足开设创新开发的综合性创新性实训项目等的能
力兼顾全国职业院校技能竞赛电子设计大赛挑战杯竞赛等学科竞赛赛前集训的需要提高装置的
实用性和先进性［８－１０］
３ 实训装置的实现
３１ 系统架构
实训装置的系统架构如图 １ 所示 按照物联网
技术架构实训装置分为感知层网络层应用层
图 １ 系统架构图
感知层主要负责传感器数据采集和处理控制
８５
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
指令的执行等任务包括各类环境数据传感器ＲＦＩＤ二维码图像视频等采集任务同时负责对继
电器门锁以及各类家电进行控制网络层主要负责对红外通信４３３ＭＨｚＺｉｇｂｅｅ
等物理层通信方式进行网络通信协议转换传输数据最终通过 ＴＣＰ ＩＰＧＰＲＳ 等网络实现互联 其中
网关通过串口连接 Ｚｉｇｂｅｅ 网络及 ＧＰＲＳ 模块通过
ＷＩＦＩ 网络连接智能中控智能中控负责 ＴＣＰ ＩＰ 网
络与 ４３３ＭＨｚ 直接通信转换 红外转发器负责
４３３ＭＨｚ 与红外信号直接进行转换从而实现各类
物联网通信技术互通互联系统应用层主要建设各类 ＡＰＰＷＥＢ 应用程
序为用户提供应用程序对系统实施远程监测和实
时控制３２ 硬件设计
３２１ 网关设计
系统智能网关的硬件框架图如图 ２ 所示 其
ＣＰＵ 处理器选用基于 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构的 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０其 运 行 主 频 达 １ＧＨｚ 配 有 运 行 频 率
２００ＭＨｚ大小 ５１２ＭＢ 的 ＤＤＲ２ ＲＡＭ ＳＬＣ ＮＡＮＤＦｌａｓｈ 大小为 ２５６ＭＢ 系统同时配有 ＩＩＣ 的 ＥＥＰＲＯＭＡＤ ＤＡ 等 为配合系统完成 ＲＦＩＤ 刷卡二维码扫描仪以及连接互联网系统预留三个串行接
口ＵＳＢ 接口ＧＰＲＳ 模块ＳＤ ＷＩＦＩ 接口和网络接口
等 同时增加七寸电容触摸屏作为监测系统网关显
示的用户界面
图 ２ 网关硬件框架图
３２２ 感知层模块化设备
感知层终端微控制器选用 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 单片
机和 ＣＣ２５３０ 微处理器 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 由中央处
理器（ＣＰＵ）程序存储器数据存储器定时 计数
器ＵＡＲＴ 串口Ｉ Ｏ 接口高速 ＡＤ 接口ＳＰＩ 接口看门狗及片内振荡等模块组成 ＣＣ２５３０ 芯片内部
集成 ８０５１ 硬核无线收发器ＡＤＣ 模块６４ＫＢ 的
ＦＬＡＳＨ 存储器２１ 个通用 ＧＰＩＯ 和两个 ＵＡＲＴ 接
口 其无线发射频率为 ２４ＧＨｚ最大数据传输速率
为 ２５０ｋｂｉｔ ｓ感知层终端节点的硬件实物图如图 ３ 所示硬
件框架如图 ４ 所示 该类设备由传感器模块执行
控制器模块ＣＰＵ 主处理模块通信模块构成全部
模块化设计可自由组合完成基础性和创新性的实
验实训任务 其主要的模块化设备如表 １ 所示
图 ３ 感知层模块实物图
图 ４ 感知层终端设备硬件框架图
表 １ 实训装置感知层主要模块参数情况
序号模块
名称
主要元件
（参数）模块
类型
控制量
类型
接口
类型
１ 压力传感器 ＢＦ１Ｋ－３ＡＡ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
２ 烟雾探测器 ＭＱ－２ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
３ 瓦斯探测器 ＭＣ１１４Ｃ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
４ 红外探测器 ＲＥ２００Ｂ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
５ 温湿度传感器 ＤＨＴ１１ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
６ 光敏传感器 光敏电阻 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
７ ＲＦＩＤ 刷卡器 ＲＣ５２２ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
８ 二维码扫描仪 ＡＲＭ３２ＢＩＴ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
９ 网络摄像头 ＣＭＯＳ 传感器 输入设备数字量 ＲＪ４５
１０ 磁力开关 ＣＳ１－Ｓ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
９５
续表
１１ 磁力锁 ２３０ 公斤 ２ 线 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１２ 继电器 一对常开闭 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１３ 排风机 ＡＣ２２０Ｖ 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１４ 各类家电 普通家电 输出设备数字量 红外信号
３３ 通信技术原理
３３１ ４３３ＭＨｚ 射频通信－ＴＣＰ ＩＰ 网络通信实现
传统 ４３３ＭＨｚ 射频通信存在成本低实用性好
等优点常见于无线数据采集等领域同时物联网技
术必须能实现广域网的互通互联因此实训装置必
须考虑传统 ４３３ＭＨｚ 通信技术与国际通行 ＴＣＰ ＩＰ网络进行协议转换在该实训装置中选用了目前常
见的智能中控主机 ＪＲ－ＺＪ１Ｗ９设备具有 ４３３ＭＨｚ 无线收发功能智能学习无线设备和遥控开关对码简
单完全兼容 ＲＳ２３２ＲＳ４８５ 接品规范双向通信支持信号中继信号转发状态实时同步更新软件界
面完全图形化等优点３３２ 红外转发器
红外转发器主要完成对接收到的 ４３３ＭＨｚ 射频
信号转换为相应的红外信号其电路主要原理图如
图 ５ 所示 ４３３ＭＨｚ 射频信号模块收到的信号接到
ＮＥ５５５ 芯片的第四引脚用于调制 ＮＥ５５５ 产生的
３８ＫＨｚ 信号最终驱动 ＶＴ９０１３ 三极管红外发射管
即可发射相应红外信号控制对应设备
5
amp0+] 13
amp9
1
5
41
97
5
amp amp
amp
X
X
5
5
1(
图 ５ 红外转发器硬件原理图
由 ＮＥ５５５ 组成多谐振荡器的频率计算公式为
ｆ ＝ １４４（Ｒ５ ＋ ２Ｒ４）lowastＣ
可知
Ｒ５ ＋ ２Ｒ４ ＝ １４４ｆlowastＣ
取 ｆ ＝ ３８ｋＨｚＣ ＝ ２２０ｐｆ求得 Ｒ５＋２Ｒ４ ＝ １７２ｋΩ因此取 Ｒ５＝ １０ｋΩ可知 Ｒ４＝ ８１ｋΩ 考虑调试测试
需要以及误差Ｒ４ 取 １００ｋΩ 电位器３４ 软件设计
实现装置开发过程软件设计工作主要在于
ＵＢｏｏｔ 移植内核配置和移植根文件系统制作常见应用模块的驱动以及其测试程序等 其开发的步
骤及各开发阶段所完成软件工作如图 ６ 所示大部
分提供 ＤＥＭＯ 程序供学生实验实训学习用
图 ６ 实训装置软件开发步骤
４ 实训内容
物联网专业主要实训课程包括传感器技术应
用单片机原理与接口技术Ｚｉｇｂｅｅ 与 ＲＦＩＤ 技术实
践Ｌｉｎｕｘ 操作系统嵌入式技术应用和物联网综合
实训等课程该实训装置可以满足以上课程实训需
要其开设的主要项目包括验证性基础性设计性综合性和创新开发等五位一体实验实训项目体
系［１１－１２］主要实训项目如表 ２ 所示
表 ２ 实训装置开设主要实训项目
序号 主要实训项目实训项
目类型
对接
课程
开设
学期
１ 光敏传感器数据采集实训 验证性
２ 温湿度传感器采集实训 验证性
３ 烟雾传感器数据采集实训 验证性
传感器
应用技术
３
３
３
４ 流水灯电路控制实验 基础性
５ 定时器使用实验 基础性
６ 中断控制实训 基础性
７ 串口通信实训 基础性
单片机原
理与接口
技术
３
３
３
３
８ Ｚｉｇｂｅｅ 片上资源使用 基础性
９ ＲＦＩＤ 射频卡读写实训 基础性
１０ Ｚｉｇｂｅｅ 采集终端节点设计 设计性
１１ Ｚｉｇｂｅｅ 路由协议实验 设计性
Ｚｉｇｂｅｅ 与
ＲＦＩＤ 技术
实践
４
４
４
４
０６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
续表
１２ Ｌｉｎｕｘ 常见命令使用 基础性
１３ Ｌｉｎｕｘ 常见服务器配置 基础性
１４ Ｌｉｎｕｘ 下 Ｃ 语言编程 设计性
１５ Ｌｉｎｕｘ 系统编程 设计性
Ｌｉｎｕｘ 操
作系统
３
３
３
３
１６ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 系统移植 综合性
１７ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 驱动编程 设计性
１８ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 程序设计 设计性
嵌入式技
术应用
４
４
４
１９ ＳＱＬ 语言实训 基础性
２０ 嵌入式 ＳＱＬｉｔｅ３ 移植 综合性
２１ 嵌入式数据库系统设计 设计性
嵌入式数
据库系统
４
４
４
２２ 基于 Ａｎｄｒｏｉｄ 监控系统开发 创新性
２３ 基于 Ｚｉｇｂｅｅ 环境监测系统设计 创新性
２４ 嵌入式 ＱＴ ＧＵＩ 编程 创新性
２５ 智能家居系统 创新性
２６ 智慧农业系统 创新性
物联网综
合实训
５
５
５
５
５
５ 结语
实训装置构建了以 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０ 主处理器为物联网网关融合了红外通信４３３ＭＨｚ 射频通信 Ｚｉｇｂｅｅ 网络 ＧＰＲＳ 网络以及
ＴＣＰ ＩＰ 网络等物联网常见通信技术同时结合嵌入
式技术和计算机软件技术设计开发了一套集基础
性验证性设计性综合性和创新开发实验实训项
目以及配套一系列实训教学资源系统经过教学实践证明我校在挑战杯大学生课外
学术作品竞赛电子设计大赛全国职业院校技能大
赛等学科竞赛项目中获得了省级一等奖 ２ 项二等
奖 １ 项三等奖若干项成果显著 实训装置有力地
促进物联网专业教学改革提高物联网工程应用型
和技术技能型人才培养的可持续性对培养学生工
程实践能力提高实训教学有效性和针对性具有重
要意义
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
［１］ 孔锐张冰物联网工程专业实验课程设置探索［ Ｊ］ 实验技术
与管理２０１４３１（２）１７９－１８２
［２］ 肖言物联网产业的发展现状及其主要问题［ Ｊ］ 智富时代
２０１６（８）６７－６８
［３］ 肖蕾高职院校与战略性新兴产业群发展对接研究mdashmdashmdash以物联
网产业为例［Ｊ］ 科技展望２０１６（１８）３３９
［４］ 张伟江莹旭阮艳凤等面向智慧农业的物联阿系统与实训
平台开发［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（５）１６１－１６４
［５］ 杜伟略潘健物联网综合实训平台设计［Ｊ］ 实验技术与管理
２０１３３０（９）６３－６７
［６］ 沈洋高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索［ Ｊ］ 辽宁
高职学报２０１２１４（９）８０－８３
［７］ 王柯柯邱小平物联网专业创新实验平台的研究与实践［ Ｊ］
实验科学与技术２０１６１４（１）８９－９０
［８］ 陈彦彬基于 Ｎ ∶Ｎ 网络的光机电一体化实训装置改造［ Ｊ］ 实
验科学与技术２０１６１４（１）１２２－１２４
［９］ 倪林张义红杨义基于物联网的短距无线通信系统实验［ Ｊ］
实验室研究与探索２０１４３３（１１）１００－１０１
［１０］ 宋焱翼陈礼颜芳嵌入式系统实验教学改革与实验教学装
置开发［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１１３０（７）２３９－２４０
［１１］ 高同辉刘东晓智能家居实训平台开发与应用［Ｊ］ 实验技术
与管理２０１５３２（７）１７０－１７１
［１２］ 王海王志红梁科等基于物联网智能家居系统的综合创新
性实验设计［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（６）７１－７４
收稿日期２０１７－０８－０９修改日期２０１７－０９－１３作者简介陈彦彬（１９８７－）男广东揭阳人学士高级工程
师主要研究方向为电子信息物联网及自动化教
学与科研
10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 ５６ 页）［８］ 刘贵松房秀芬陈文宇基于计算思维能力培养的计算机图形
学知识体系［Ｊ］ 实验科学与技术２０１５１３（２）１６０－１６２［９］ 徐文鹏强晓焕侯守明面向问题解决的图形学教学改革探讨
［Ｊ］ 高等理科教育２０１３（５）１０７－１１１［１０］ Ｃｈｅｒｎｏｖ ＮＣｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＦｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｓ
ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ［Ｍ］Ｂｏｃａ ＲａｔｏｎＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ２０１０［１１］ 张常鑫数控加工中心在线检测系统关键技术研究［Ｄ］大
连大连海事大学２００９［１２］ Ｙａｎ Ｄ ＭＷａｎｇ ＷＬｉｕ Ｙｅｔ ａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｖｉａ ｑｕａｄｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ［ Ｊ］ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０１２４４（１１）１０７２－１０８２
［１３］ ＰＪＢｅｓｌＨＤＭｃＫａｙＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅ［Ｊ］ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
１９９２１４（２）２３９－２５６
［１４］ 贺旭三维前视声纳可视化系统研究与实现［Ｄ］北京中国
科学院大学２０１３
［１５］ 胡令潮基于 ＶＴＫ 的植物叶片点云信息处理方法的研究［Ｄ］
杭州浙江大学２０１３
［１６］ 张源机器人彩色三维地图创建关键技术研究［Ｄ］长沙湖
南大学２０１４
收稿日期２０１７－０９－２０修改日期２０１７－１０－１８作者简介刘斌（１９８１－）男辽宁鞍山人博士副教授主
要研究方向为医学影像处理与 ３Ｄ 可视化
１６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
指令的执行等任务包括各类环境数据传感器ＲＦＩＤ二维码图像视频等采集任务同时负责对继
电器门锁以及各类家电进行控制网络层主要负责对红外通信４３３ＭＨｚＺｉｇｂｅｅ
等物理层通信方式进行网络通信协议转换传输数据最终通过 ＴＣＰ ＩＰＧＰＲＳ 等网络实现互联 其中
网关通过串口连接 Ｚｉｇｂｅｅ 网络及 ＧＰＲＳ 模块通过
ＷＩＦＩ 网络连接智能中控智能中控负责 ＴＣＰ ＩＰ 网
络与 ４３３ＭＨｚ 直接通信转换 红外转发器负责
４３３ＭＨｚ 与红外信号直接进行转换从而实现各类
物联网通信技术互通互联系统应用层主要建设各类 ＡＰＰＷＥＢ 应用程
序为用户提供应用程序对系统实施远程监测和实
时控制３２ 硬件设计
３２１ 网关设计
系统智能网关的硬件框架图如图 ２ 所示 其
ＣＰＵ 处理器选用基于 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构的 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０其 运 行 主 频 达 １ＧＨｚ 配 有 运 行 频 率
２００ＭＨｚ大小 ５１２ＭＢ 的 ＤＤＲ２ ＲＡＭ ＳＬＣ ＮＡＮＤＦｌａｓｈ 大小为 ２５６ＭＢ 系统同时配有 ＩＩＣ 的 ＥＥＰＲＯＭＡＤ ＤＡ 等 为配合系统完成 ＲＦＩＤ 刷卡二维码扫描仪以及连接互联网系统预留三个串行接
口ＵＳＢ 接口ＧＰＲＳ 模块ＳＤ ＷＩＦＩ 接口和网络接口
等 同时增加七寸电容触摸屏作为监测系统网关显
示的用户界面
图 ２ 网关硬件框架图
３２２ 感知层模块化设备
感知层终端微控制器选用 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 单片
机和 ＣＣ２５３０ 微处理器 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６Ｓ２ 由中央处
理器（ＣＰＵ）程序存储器数据存储器定时 计数
器ＵＡＲＴ 串口Ｉ Ｏ 接口高速 ＡＤ 接口ＳＰＩ 接口看门狗及片内振荡等模块组成 ＣＣ２５３０ 芯片内部
集成 ８０５１ 硬核无线收发器ＡＤＣ 模块６４ＫＢ 的
ＦＬＡＳＨ 存储器２１ 个通用 ＧＰＩＯ 和两个 ＵＡＲＴ 接
口 其无线发射频率为 ２４ＧＨｚ最大数据传输速率
为 ２５０ｋｂｉｔ ｓ感知层终端节点的硬件实物图如图 ３ 所示硬
件框架如图 ４ 所示 该类设备由传感器模块执行
控制器模块ＣＰＵ 主处理模块通信模块构成全部
模块化设计可自由组合完成基础性和创新性的实
验实训任务 其主要的模块化设备如表 １ 所示
图 ３ 感知层模块实物图
图 ４ 感知层终端设备硬件框架图
表 １ 实训装置感知层主要模块参数情况
序号模块
名称
主要元件
（参数）模块
类型
控制量
类型
接口
类型
１ 压力传感器 ＢＦ１Ｋ－３ＡＡ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
２ 烟雾探测器 ＭＱ－２ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
３ 瓦斯探测器 ＭＣ１１４Ｃ 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
４ 红外探测器 ＲＥ２００Ｂ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
５ 温湿度传感器 ＤＨＴ１１ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
６ 光敏传感器 光敏电阻 输入设备模拟量 ＧＰＩＯ
７ ＲＦＩＤ 刷卡器 ＲＣ５２２ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
８ 二维码扫描仪 ＡＲＭ３２ＢＩＴ 输入设备数字量 ＲＳ２３２
９ 网络摄像头 ＣＭＯＳ 传感器 输入设备数字量 ＲＪ４５
１０ 磁力开关 ＣＳ１－Ｓ 输入设备数字量 ＧＰＩＯ
９５
续表
１１ 磁力锁 ２３０ 公斤 ２ 线 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１２ 继电器 一对常开闭 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１３ 排风机 ＡＣ２２０Ｖ 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１４ 各类家电 普通家电 输出设备数字量 红外信号
３３ 通信技术原理
３３１ ４３３ＭＨｚ 射频通信－ＴＣＰ ＩＰ 网络通信实现
传统 ４３３ＭＨｚ 射频通信存在成本低实用性好
等优点常见于无线数据采集等领域同时物联网技
术必须能实现广域网的互通互联因此实训装置必
须考虑传统 ４３３ＭＨｚ 通信技术与国际通行 ＴＣＰ ＩＰ网络进行协议转换在该实训装置中选用了目前常
见的智能中控主机 ＪＲ－ＺＪ１Ｗ９设备具有 ４３３ＭＨｚ 无线收发功能智能学习无线设备和遥控开关对码简
单完全兼容 ＲＳ２３２ＲＳ４８５ 接品规范双向通信支持信号中继信号转发状态实时同步更新软件界
面完全图形化等优点３３２ 红外转发器
红外转发器主要完成对接收到的 ４３３ＭＨｚ 射频
信号转换为相应的红外信号其电路主要原理图如
图 ５ 所示 ４３３ＭＨｚ 射频信号模块收到的信号接到
ＮＥ５５５ 芯片的第四引脚用于调制 ＮＥ５５５ 产生的
３８ＫＨｚ 信号最终驱动 ＶＴ９０１３ 三极管红外发射管
即可发射相应红外信号控制对应设备
5
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amp9
1
5
41
97
5
amp amp
amp
X
X
5
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1(
图 ５ 红外转发器硬件原理图
由 ＮＥ５５５ 组成多谐振荡器的频率计算公式为
ｆ ＝ １４４（Ｒ５ ＋ ２Ｒ４）lowastＣ
可知
Ｒ５ ＋ ２Ｒ４ ＝ １４４ｆlowastＣ
取 ｆ ＝ ３８ｋＨｚＣ ＝ ２２０ｐｆ求得 Ｒ５＋２Ｒ４ ＝ １７２ｋΩ因此取 Ｒ５＝ １０ｋΩ可知 Ｒ４＝ ８１ｋΩ 考虑调试测试
需要以及误差Ｒ４ 取 １００ｋΩ 电位器３４ 软件设计
实现装置开发过程软件设计工作主要在于
ＵＢｏｏｔ 移植内核配置和移植根文件系统制作常见应用模块的驱动以及其测试程序等 其开发的步
骤及各开发阶段所完成软件工作如图 ６ 所示大部
分提供 ＤＥＭＯ 程序供学生实验实训学习用
图 ６ 实训装置软件开发步骤
４ 实训内容
物联网专业主要实训课程包括传感器技术应
用单片机原理与接口技术Ｚｉｇｂｅｅ 与 ＲＦＩＤ 技术实
践Ｌｉｎｕｘ 操作系统嵌入式技术应用和物联网综合
实训等课程该实训装置可以满足以上课程实训需
要其开设的主要项目包括验证性基础性设计性综合性和创新开发等五位一体实验实训项目体
系［１１－１２］主要实训项目如表 ２ 所示
表 ２ 实训装置开设主要实训项目
序号 主要实训项目实训项
目类型
对接
课程
开设
学期
１ 光敏传感器数据采集实训 验证性
２ 温湿度传感器采集实训 验证性
３ 烟雾传感器数据采集实训 验证性
传感器
应用技术
３
３
３
４ 流水灯电路控制实验 基础性
５ 定时器使用实验 基础性
６ 中断控制实训 基础性
７ 串口通信实训 基础性
单片机原
理与接口
技术
３
３
３
３
８ Ｚｉｇｂｅｅ 片上资源使用 基础性
９ ＲＦＩＤ 射频卡读写实训 基础性
１０ Ｚｉｇｂｅｅ 采集终端节点设计 设计性
１１ Ｚｉｇｂｅｅ 路由协议实验 设计性
Ｚｉｇｂｅｅ 与
ＲＦＩＤ 技术
实践
４
４
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０６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
续表
１２ Ｌｉｎｕｘ 常见命令使用 基础性
１３ Ｌｉｎｕｘ 常见服务器配置 基础性
１４ Ｌｉｎｕｘ 下 Ｃ 语言编程 设计性
１５ Ｌｉｎｕｘ 系统编程 设计性
Ｌｉｎｕｘ 操
作系统
３
３
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１６ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 系统移植 综合性
１７ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 驱动编程 设计性
１８ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 程序设计 设计性
嵌入式技
术应用
４
４
４
１９ ＳＱＬ 语言实训 基础性
２０ 嵌入式 ＳＱＬｉｔｅ３ 移植 综合性
２１ 嵌入式数据库系统设计 设计性
嵌入式数
据库系统
４
４
４
２２ 基于 Ａｎｄｒｏｉｄ 监控系统开发 创新性
２３ 基于 Ｚｉｇｂｅｅ 环境监测系统设计 创新性
２４ 嵌入式 ＱＴ ＧＵＩ 编程 创新性
２５ 智能家居系统 创新性
２６ 智慧农业系统 创新性
物联网综
合实训
５
５
５
５
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５ 结语
实训装置构建了以 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０ 主处理器为物联网网关融合了红外通信４３３ＭＨｚ 射频通信 Ｚｉｇｂｅｅ 网络 ＧＰＲＳ 网络以及
ＴＣＰ ＩＰ 网络等物联网常见通信技术同时结合嵌入
式技术和计算机软件技术设计开发了一套集基础
性验证性设计性综合性和创新开发实验实训项
目以及配套一系列实训教学资源系统经过教学实践证明我校在挑战杯大学生课外
学术作品竞赛电子设计大赛全国职业院校技能大
赛等学科竞赛项目中获得了省级一等奖 ２ 项二等
奖 １ 项三等奖若干项成果显著 实训装置有力地
促进物联网专业教学改革提高物联网工程应用型
和技术技能型人才培养的可持续性对培养学生工
程实践能力提高实训教学有效性和针对性具有重
要意义
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
［１］ 孔锐张冰物联网工程专业实验课程设置探索［ Ｊ］ 实验技术
与管理２０１４３１（２）１７９－１８２
［２］ 肖言物联网产业的发展现状及其主要问题［ Ｊ］ 智富时代
２０１６（８）６７－６８
［３］ 肖蕾高职院校与战略性新兴产业群发展对接研究mdashmdashmdash以物联
网产业为例［Ｊ］ 科技展望２０１６（１８）３３９
［４］ 张伟江莹旭阮艳凤等面向智慧农业的物联阿系统与实训
平台开发［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（５）１６１－１６４
［５］ 杜伟略潘健物联网综合实训平台设计［Ｊ］ 实验技术与管理
２０１３３０（９）６３－６７
［６］ 沈洋高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索［ Ｊ］ 辽宁
高职学报２０１２１４（９）８０－８３
［７］ 王柯柯邱小平物联网专业创新实验平台的研究与实践［ Ｊ］
实验科学与技术２０１６１４（１）８９－９０
［８］ 陈彦彬基于 Ｎ ∶Ｎ 网络的光机电一体化实训装置改造［ Ｊ］ 实
验科学与技术２０１６１４（１）１２２－１２４
［９］ 倪林张义红杨义基于物联网的短距无线通信系统实验［ Ｊ］
实验室研究与探索２０１４３３（１１）１００－１０１
［１０］ 宋焱翼陈礼颜芳嵌入式系统实验教学改革与实验教学装
置开发［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１１３０（７）２３９－２４０
［１１］ 高同辉刘东晓智能家居实训平台开发与应用［Ｊ］ 实验技术
与管理２０１５３２（７）１７０－１７１
［１２］ 王海王志红梁科等基于物联网智能家居系统的综合创新
性实验设计［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（６）７１－７４
收稿日期２０１７－０８－０９修改日期２０１７－０９－１３作者简介陈彦彬（１９８７－）男广东揭阳人学士高级工程
师主要研究方向为电子信息物联网及自动化教
学与科研
10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 ５６ 页）［８］ 刘贵松房秀芬陈文宇基于计算思维能力培养的计算机图形
学知识体系［Ｊ］ 实验科学与技术２０１５１３（２）１６０－１６２［９］ 徐文鹏强晓焕侯守明面向问题解决的图形学教学改革探讨
［Ｊ］ 高等理科教育２０１３（５）１０７－１１１［１０］ Ｃｈｅｒｎｏｖ ＮＣｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＦｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｓ
ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ［Ｍ］Ｂｏｃａ ＲａｔｏｎＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ２０１０［１１］ 张常鑫数控加工中心在线检测系统关键技术研究［Ｄ］大
连大连海事大学２００９［１２］ Ｙａｎ Ｄ ＭＷａｎｇ ＷＬｉｕ Ｙｅｔ ａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｖｉａ ｑｕａｄｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ［ Ｊ］ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０１２４４（１１）１０７２－１０８２
［１３］ ＰＪＢｅｓｌＨＤＭｃＫａｙＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅ［Ｊ］ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
１９９２１４（２）２３９－２５６
［１４］ 贺旭三维前视声纳可视化系统研究与实现［Ｄ］北京中国
科学院大学２０１３
［１５］ 胡令潮基于 ＶＴＫ 的植物叶片点云信息处理方法的研究［Ｄ］
杭州浙江大学２０１３
［１６］ 张源机器人彩色三维地图创建关键技术研究［Ｄ］长沙湖
南大学２０１４
收稿日期２０１７－０９－２０修改日期２０１７－１０－１８作者简介刘斌（１９８１－）男辽宁鞍山人博士副教授主
要研究方向为医学影像处理与 ３Ｄ 可视化
１６
续表
１１ 磁力锁 ２３０ 公斤 ２ 线 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１２ 继电器 一对常开闭 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１３ 排风机 ＡＣ２２０Ｖ 输出设备数字量 ＧＰＩＯ
１４ 各类家电 普通家电 输出设备数字量 红外信号
３３ 通信技术原理
３３１ ４３３ＭＨｚ 射频通信－ＴＣＰ ＩＰ 网络通信实现
传统 ４３３ＭＨｚ 射频通信存在成本低实用性好
等优点常见于无线数据采集等领域同时物联网技
术必须能实现广域网的互通互联因此实训装置必
须考虑传统 ４３３ＭＨｚ 通信技术与国际通行 ＴＣＰ ＩＰ网络进行协议转换在该实训装置中选用了目前常
见的智能中控主机 ＪＲ－ＺＪ１Ｗ９设备具有 ４３３ＭＨｚ 无线收发功能智能学习无线设备和遥控开关对码简
单完全兼容 ＲＳ２３２ＲＳ４８５ 接品规范双向通信支持信号中继信号转发状态实时同步更新软件界
面完全图形化等优点３３２ 红外转发器
红外转发器主要完成对接收到的 ４３３ＭＨｚ 射频
信号转换为相应的红外信号其电路主要原理图如
图 ５ 所示 ４３３ＭＨｚ 射频信号模块收到的信号接到
ＮＥ５５５ 芯片的第四引脚用于调制 ＮＥ５５５ 产生的
３８ＫＨｚ 信号最终驱动 ＶＴ９０１３ 三极管红外发射管
即可发射相应红外信号控制对应设备
5
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X
X
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图 ５ 红外转发器硬件原理图
由 ＮＥ５５５ 组成多谐振荡器的频率计算公式为
ｆ ＝ １４４（Ｒ５ ＋ ２Ｒ４）lowastＣ
可知
Ｒ５ ＋ ２Ｒ４ ＝ １４４ｆlowastＣ
取 ｆ ＝ ３８ｋＨｚＣ ＝ ２２０ｐｆ求得 Ｒ５＋２Ｒ４ ＝ １７２ｋΩ因此取 Ｒ５＝ １０ｋΩ可知 Ｒ４＝ ８１ｋΩ 考虑调试测试
需要以及误差Ｒ４ 取 １００ｋΩ 电位器３４ 软件设计
实现装置开发过程软件设计工作主要在于
ＵＢｏｏｔ 移植内核配置和移植根文件系统制作常见应用模块的驱动以及其测试程序等 其开发的步
骤及各开发阶段所完成软件工作如图 ６ 所示大部
分提供 ＤＥＭＯ 程序供学生实验实训学习用
图 ６ 实训装置软件开发步骤
４ 实训内容
物联网专业主要实训课程包括传感器技术应
用单片机原理与接口技术Ｚｉｇｂｅｅ 与 ＲＦＩＤ 技术实
践Ｌｉｎｕｘ 操作系统嵌入式技术应用和物联网综合
实训等课程该实训装置可以满足以上课程实训需
要其开设的主要项目包括验证性基础性设计性综合性和创新开发等五位一体实验实训项目体
系［１１－１２］主要实训项目如表 ２ 所示
表 ２ 实训装置开设主要实训项目
序号 主要实训项目实训项
目类型
对接
课程
开设
学期
１ 光敏传感器数据采集实训 验证性
２ 温湿度传感器采集实训 验证性
３ 烟雾传感器数据采集实训 验证性
传感器
应用技术
３
３
３
４ 流水灯电路控制实验 基础性
５ 定时器使用实验 基础性
６ 中断控制实训 基础性
７ 串口通信实训 基础性
单片机原
理与接口
技术
３
３
３
３
８ Ｚｉｇｂｅｅ 片上资源使用 基础性
９ ＲＦＩＤ 射频卡读写实训 基础性
１０ Ｚｉｇｂｅｅ 采集终端节点设计 设计性
１１ Ｚｉｇｂｅｅ 路由协议实验 设计性
Ｚｉｇｂｅｅ 与
ＲＦＩＤ 技术
实践
４
４
４
４
０６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
续表
１２ Ｌｉｎｕｘ 常见命令使用 基础性
１３ Ｌｉｎｕｘ 常见服务器配置 基础性
１４ Ｌｉｎｕｘ 下 Ｃ 语言编程 设计性
１５ Ｌｉｎｕｘ 系统编程 设计性
Ｌｉｎｕｘ 操
作系统
３
３
３
３
１６ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 系统移植 综合性
１７ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 驱动编程 设计性
１８ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 程序设计 设计性
嵌入式技
术应用
４
４
４
１９ ＳＱＬ 语言实训 基础性
２０ 嵌入式 ＳＱＬｉｔｅ３ 移植 综合性
２１ 嵌入式数据库系统设计 设计性
嵌入式数
据库系统
４
４
４
２２ 基于 Ａｎｄｒｏｉｄ 监控系统开发 创新性
２３ 基于 Ｚｉｇｂｅｅ 环境监测系统设计 创新性
２４ 嵌入式 ＱＴ ＧＵＩ 编程 创新性
２５ 智能家居系统 创新性
２６ 智慧农业系统 创新性
物联网综
合实训
５
５
５
５
５
５ 结语
实训装置构建了以 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０ 主处理器为物联网网关融合了红外通信４３３ＭＨｚ 射频通信 Ｚｉｇｂｅｅ 网络 ＧＰＲＳ 网络以及
ＴＣＰ ＩＰ 网络等物联网常见通信技术同时结合嵌入
式技术和计算机软件技术设计开发了一套集基础
性验证性设计性综合性和创新开发实验实训项
目以及配套一系列实训教学资源系统经过教学实践证明我校在挑战杯大学生课外
学术作品竞赛电子设计大赛全国职业院校技能大
赛等学科竞赛项目中获得了省级一等奖 ２ 项二等
奖 １ 项三等奖若干项成果显著 实训装置有力地
促进物联网专业教学改革提高物联网工程应用型
和技术技能型人才培养的可持续性对培养学生工
程实践能力提高实训教学有效性和针对性具有重
要意义
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
［１］ 孔锐张冰物联网工程专业实验课程设置探索［ Ｊ］ 实验技术
与管理２０１４３１（２）１７９－１８２
［２］ 肖言物联网产业的发展现状及其主要问题［ Ｊ］ 智富时代
２０１６（８）６７－６８
［３］ 肖蕾高职院校与战略性新兴产业群发展对接研究mdashmdashmdash以物联
网产业为例［Ｊ］ 科技展望２０１６（１８）３３９
［４］ 张伟江莹旭阮艳凤等面向智慧农业的物联阿系统与实训
平台开发［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（５）１６１－１６４
［５］ 杜伟略潘健物联网综合实训平台设计［Ｊ］ 实验技术与管理
２０１３３０（９）６３－６７
［６］ 沈洋高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索［ Ｊ］ 辽宁
高职学报２０１２１４（９）８０－８３
［７］ 王柯柯邱小平物联网专业创新实验平台的研究与实践［ Ｊ］
实验科学与技术２０１６１４（１）８９－９０
［８］ 陈彦彬基于 Ｎ ∶Ｎ 网络的光机电一体化实训装置改造［ Ｊ］ 实
验科学与技术２０１６１４（１）１２２－１２４
［９］ 倪林张义红杨义基于物联网的短距无线通信系统实验［ Ｊ］
实验室研究与探索２０１４３３（１１）１００－１０１
［１０］ 宋焱翼陈礼颜芳嵌入式系统实验教学改革与实验教学装
置开发［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１１３０（７）２３９－２４０
［１１］ 高同辉刘东晓智能家居实训平台开发与应用［Ｊ］ 实验技术
与管理２０１５３２（７）１７０－１７１
［１２］ 王海王志红梁科等基于物联网智能家居系统的综合创新
性实验设计［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（６）７１－７４
收稿日期２０１７－０８－０９修改日期２０１７－０９－１３作者简介陈彦彬（１９８７－）男广东揭阳人学士高级工程
师主要研究方向为电子信息物联网及自动化教
学与科研
10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 ５６ 页）［８］ 刘贵松房秀芬陈文宇基于计算思维能力培养的计算机图形
学知识体系［Ｊ］ 实验科学与技术２０１５１３（２）１６０－１６２［９］ 徐文鹏强晓焕侯守明面向问题解决的图形学教学改革探讨
［Ｊ］ 高等理科教育２０１３（５）１０７－１１１［１０］ Ｃｈｅｒｎｏｖ ＮＣｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＦｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｓ
ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ［Ｍ］Ｂｏｃａ ＲａｔｏｎＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ２０１０［１１］ 张常鑫数控加工中心在线检测系统关键技术研究［Ｄ］大
连大连海事大学２００９［１２］ Ｙａｎ Ｄ ＭＷａｎｇ ＷＬｉｕ Ｙｅｔ ａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｖｉａ ｑｕａｄｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ［ Ｊ］ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０１２４４（１１）１０７２－１０８２
［１３］ ＰＪＢｅｓｌＨＤＭｃＫａｙＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅ［Ｊ］ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
１９９２１４（２）２３９－２５６
［１４］ 贺旭三维前视声纳可视化系统研究与实现［Ｄ］北京中国
科学院大学２０１３
［１５］ 胡令潮基于 ＶＴＫ 的植物叶片点云信息处理方法的研究［Ｄ］
杭州浙江大学２０１３
［１６］ 张源机器人彩色三维地图创建关键技术研究［Ｄ］长沙湖
南大学２０１４
收稿日期２０１７－０９－２０修改日期２０１７－１０－１８作者简介刘斌（１９８１－）男辽宁鞍山人博士副教授主
要研究方向为医学影像处理与 ３Ｄ 可视化
１６
陈彦彬等模块化物联网技术综合实训装置设计与实现
续表
１２ Ｌｉｎｕｘ 常见命令使用 基础性
１３ Ｌｉｎｕｘ 常见服务器配置 基础性
１４ Ｌｉｎｕｘ 下 Ｃ 语言编程 设计性
１５ Ｌｉｎｕｘ 系统编程 设计性
Ｌｉｎｕｘ 操
作系统
３
３
３
３
１６ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 系统移植 综合性
１７ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 驱动编程 设计性
１８ 嵌入式 Ｌｉｎｕｘ 程序设计 设计性
嵌入式技
术应用
４
４
４
１９ ＳＱＬ 语言实训 基础性
２０ 嵌入式 ＳＱＬｉｔｅ３ 移植 综合性
２１ 嵌入式数据库系统设计 设计性
嵌入式数
据库系统
４
４
４
２２ 基于 Ａｎｄｒｏｉｄ 监控系统开发 创新性
２３ 基于 Ｚｉｇｂｅｅ 环境监测系统设计 创新性
２４ 嵌入式 ＱＴ ＧＵＩ 编程 创新性
２５ 智能家居系统 创新性
２６ 智慧农业系统 创新性
物联网综
合实训
５
５
５
５
５
５ 结语
实训装置构建了以 ＣｏｒｔｅｘＴＭ－Ａ８ 架构 ＳａｍｓｕｎｇＳ５ＰＶ２１０ 主处理器为物联网网关融合了红外通信４３３ＭＨｚ 射频通信 Ｚｉｇｂｅｅ 网络 ＧＰＲＳ 网络以及
ＴＣＰ ＩＰ 网络等物联网常见通信技术同时结合嵌入
式技术和计算机软件技术设计开发了一套集基础
性验证性设计性综合性和创新开发实验实训项
目以及配套一系列实训教学资源系统经过教学实践证明我校在挑战杯大学生课外
学术作品竞赛电子设计大赛全国职业院校技能大
赛等学科竞赛项目中获得了省级一等奖 ２ 项二等
奖 １ 项三等奖若干项成果显著 实训装置有力地
促进物联网专业教学改革提高物联网工程应用型
和技术技能型人才培养的可持续性对培养学生工
程实践能力提高实训教学有效性和针对性具有重
要意义
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）
［１］ 孔锐张冰物联网工程专业实验课程设置探索［ Ｊ］ 实验技术
与管理２０１４３１（２）１７９－１８２
［２］ 肖言物联网产业的发展现状及其主要问题［ Ｊ］ 智富时代
２０１６（８）６７－６８
［３］ 肖蕾高职院校与战略性新兴产业群发展对接研究mdashmdashmdash以物联
网产业为例［Ｊ］ 科技展望２０１６（１８）３３９
［４］ 张伟江莹旭阮艳凤等面向智慧农业的物联阿系统与实训
平台开发［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（５）１６１－１６４
［５］ 杜伟略潘健物联网综合实训平台设计［Ｊ］ 实验技术与管理
２０１３３０（９）６３－６７
［６］ 沈洋高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索［ Ｊ］ 辽宁
高职学报２０１２１４（９）８０－８３
［７］ 王柯柯邱小平物联网专业创新实验平台的研究与实践［ Ｊ］
实验科学与技术２０１６１４（１）８９－９０
［８］ 陈彦彬基于 Ｎ ∶Ｎ 网络的光机电一体化实训装置改造［ Ｊ］ 实
验科学与技术２０１６１４（１）１２２－１２４
［９］ 倪林张义红杨义基于物联网的短距无线通信系统实验［ Ｊ］
实验室研究与探索２０１４３３（１１）１００－１０１
［１０］ 宋焱翼陈礼颜芳嵌入式系统实验教学改革与实验教学装
置开发［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１１３０（７）２３９－２４０
［１１］ 高同辉刘东晓智能家居实训平台开发与应用［Ｊ］ 实验技术
与管理２０１５３２（７）１７０－１７１
［１２］ 王海王志红梁科等基于物联网智能家居系统的综合创新
性实验设计［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（６）７１－７４
收稿日期２０１７－０８－０９修改日期２０１７－０９－１３作者简介陈彦彬（１９８７－）男广东揭阳人学士高级工程
师主要研究方向为电子信息物联网及自动化教
学与科研
10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 ５６ 页）［８］ 刘贵松房秀芬陈文宇基于计算思维能力培养的计算机图形
学知识体系［Ｊ］ 实验科学与技术２０１５１３（２）１６０－１６２［９］ 徐文鹏强晓焕侯守明面向问题解决的图形学教学改革探讨
［Ｊ］ 高等理科教育２０１３（５）１０７－１１１［１０］ Ｃｈｅｒｎｏｖ ＮＣｉｒｃｕｌａｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎＦｉｔｔｉｎｇ ｃｉｒｃｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅｓ
ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ［Ｍ］Ｂｏｃａ ＲａｔｏｎＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ２０１０［１１］ 张常鑫数控加工中心在线检测系统关键技术研究［Ｄ］大
连大连海事大学２００９［１２］ Ｙａｎ Ｄ ＭＷａｎｇ ＷＬｉｕ Ｙｅｔ ａｌ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ ｍｅｓｈ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｖｉａ ｑｕａｄｒｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ［ Ｊ］ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０１２４４（１１）１０７２－１０８２
［１３］ ＰＪＢｅｓｌＨＤＭｃＫａｙＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｓｈａｐｅ［Ｊ］ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
１９９２１４（２）２３９－２５６
［１４］ 贺旭三维前视声纳可视化系统研究与实现［Ｄ］北京中国
科学院大学２０１３
［１５］ 胡令潮基于 ＶＴＫ 的植物叶片点云信息处理方法的研究［Ｄ］
杭州浙江大学２０１３
［１６］ 张源机器人彩色三维地图创建关键技术研究［Ｄ］长沙湖
南大学２０１４
收稿日期２０１７－０９－２０修改日期２０１７－１０－１８作者简介刘斌（１９８１－）男辽宁鞍山人博士副教授主
要研究方向为医学影像处理与 ３Ｄ 可视化
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