王柯柯，邱小平

(重慶理工大學(xué)　計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，重慶　400054)

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物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與實(shí)踐

王柯柯，邱小平

(重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400054)

簡要分析了國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——智能車庫系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述了該平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能。以此為基礎(chǔ)對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行深入研究，為學(xué)生搭建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新激情，提高其創(chuàng)新意識(shí)和能力。

物聯(lián)網(wǎng)；智能車庫；創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它將物理世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化，對傳統(tǒng)的分離的物理世界和信息空間互連和整合。物聯(lián)網(wǎng)代表未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)革命的又一次新的革命[1-2]。

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，有專家預(yù)測10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及[3]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護(hù)理、個(gè)人健康等領(lǐng)域，將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)上萬億元規(guī)模的高科技市場[4]。

2009年8月溫家寶總理在無錫視察時(shí)指出:“要在激烈的國際競爭中，迅速建立中國的傳感信息中心或‘感知中國’中心”。 《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》和“新一代寬帶移動(dòng)無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)，均將傳感網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域。隨著國家對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重視，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人才的培養(yǎng)顯得日益緊迫。2010年7月，教育部正式公布30所高校設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，旨在大力培養(yǎng)“物聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急需人才，充分發(fā)揮高?？蒲谢氐膭?chuàng)新平臺(tái)優(yōu)勢，積極確立面向應(yīng)用的研發(fā)新模式，大力推進(jìn)“物聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)研發(fā)及推廣應(yīng)用[5-6]。

1　國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對物聯(lián)網(wǎng)底層的理論研究尚處于萌芽時(shí)期，很少有大學(xué)、公司、研究機(jī)構(gòu)對物聯(lián)網(wǎng)本身的理論(如傳感器理論、WSN通信理論、物聯(lián)網(wǎng)核心芯片設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)安全體系等)進(jìn)行研究。大多數(shù)的公司都集中在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上，并且取得了一系列的成果，如無錫的“感知中國”展館，規(guī)劃了物聯(lián)網(wǎng)的九大應(yīng)用領(lǐng)域。

在國內(nèi)，現(xiàn)已有部分高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，該專業(yè)建設(shè)的3個(gè)方向大致為:1)原來的傳感器專業(yè)取消之后，用物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)替代，專門針對物聯(lián)網(wǎng)的傳感器這一細(xì)分方向進(jìn)行研究與人才培養(yǎng)；2)計(jì)算機(jī)方向開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，利用計(jì)算機(jī)本身軟件與系統(tǒng)的優(yōu)勢，開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究；3)將計(jì)算機(jī)、電子信息、通信等專業(yè)綜合起來，建立物聯(lián)網(wǎng)從傳感器、無線傳輸?shù)叫袠I(yè)應(yīng)用的一系列綜合應(yīng)用，但在高校自主研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的尚不多見。

2　物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

本項(xiàng)目構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)定位于物聯(lián)網(wǎng)的上層應(yīng)用，集成嵌入式、RFID、視頻傳輸、單片機(jī)、ZigBee 等技術(shù)，能夠完善物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，設(shè)計(jì)出多項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目相結(jié)合的目的，為學(xué)生提供一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心系統(tǒng)為“智能車庫系統(tǒng)”。它是模擬真實(shí)場景下的智能車庫管理流程，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合到車庫管理中，將先進(jìn)的智能IC卡識(shí)別技術(shù)和高速的視頻圖像存儲(chǔ)比較相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)的圖像處理和自動(dòng)識(shí)別，對車輛進(jìn)出停車場的收費(fèi)、保安、車位引導(dǎo)等進(jìn)行全方位管理。通過在該平臺(tái)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)理論和相關(guān)軟硬件開發(fā)知識(shí)，并對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有一個(gè)全面、系統(tǒng)和深入的理解。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)主要內(nèi)容包括3個(gè)方面。

1)完善物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的需要，以“激發(fā)創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，引導(dǎo)自主實(shí)踐”為理念，進(jìn)一步完善物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)設(shè)計(jì)適合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)的綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)案例，從理論到實(shí)踐逐步形成良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

基于“物聯(lián)網(wǎng)智能車庫系統(tǒng)”開發(fā)和搭建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，即為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)提供良好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)開發(fā)出多套創(chuàng)新性、應(yīng)用性的綜合實(shí)驗(yàn)，涉及RFID讀寫、環(huán)境參數(shù)采集傳感器(如溫度、濕度、光線、紅外測物、紅外門禁等)、GPS定位、GPRS通信、ZigBee通信技術(shù)等。

2)搭建可展示硬件平臺(tái)。

為了使學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)和掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，搭建了一個(gè)智能車庫模型沙盤。將一個(gè)真實(shí)的車庫等比例縮小，在車庫中的每個(gè)停車位中投放無線傳感器，構(gòu)成無線傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過智能小車模擬真實(shí)的汽車進(jìn)出停車場，對整個(gè)過程進(jìn)行智能化監(jiān)控和管理。同時(shí)，將為學(xué)生提供額外節(jié)點(diǎn)，學(xué)生可自己動(dòng)手編程對停車位、智能小車進(jìn)行控制并在沙盤中展示，較好地將前期基礎(chǔ)的理論學(xué)習(xí)進(jìn)行綜合運(yùn)用，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

3)自主開發(fā)多系統(tǒng)軟件。

在沙盤上對智能小車、出入口、停車位等物體進(jìn)行控制均需要軟件系統(tǒng)的支持。軟件系統(tǒng)主要包括車庫內(nèi)部管理子系統(tǒng)、Web端控制子系統(tǒng)和App客戶端3個(gè)部分，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1　智能車庫系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

①車庫內(nèi)部管理子系統(tǒng)。

該子系統(tǒng)包括嵌入式網(wǎng)關(guān)、門禁系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。車庫的內(nèi)部管理功能通過一套嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件進(jìn)行統(tǒng)一管理，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上運(yùn)行一個(gè)TCP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序，同Windows CE網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信；門禁系統(tǒng)通過RFID實(shí)現(xiàn)門禁功能；監(jiān)控系統(tǒng)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對車庫進(jìn)行監(jiān)控。

②Web端控制子系統(tǒng)。

該子系統(tǒng)包括VS.NET平臺(tái)和JAVA平臺(tái)兩套系統(tǒng)，但系統(tǒng)功能完全一致，便于教學(xué)時(shí)向?qū)W生展示不同開發(fā)平臺(tái)的情況，掌握了不同開發(fā)平臺(tái)的學(xué)生均可通過Web程序進(jìn)行操作。

③App客戶端。

該子系統(tǒng)包括在iOS、Android和Windows 7共3個(gè)主流平臺(tái)上分別開發(fā)功能類似的3套程序，以便不同智能終端均可對智能車庫進(jìn)行控制和操作，更便于學(xué)生掌握不同移動(dòng)終端操作平臺(tái)的編程方法。

3　智能車庫系統(tǒng)功能描述

在iOS、Android和Windows7這3種平臺(tái)上開發(fā)的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2-圖4所示。

圖2　iOS版智能車庫系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3　Android版智能車庫系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖4　Windows7版智能車庫系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1)用戶信息管理。用戶包括普通用戶、會(huì)員、管理員3種角色，為用戶提供個(gè)人資料和密碼管理，包括查詢、修改個(gè)人信息，修改密碼等。

2)車位信息管理。車庫查詢?yōu)橛脩籼峁┸噹煨畔⒌牟樵?，以了解車庫詳?xì)信息，方便用戶停車；車位查詢?yōu)橛脩籼峁┸噹靸?nèi)每個(gè)車位詳細(xì)的使用情況，便于用戶預(yù)訂。

3)預(yù)約管理。車位預(yù)約旨為用戶提供停車方便，避免到車庫沒有車位的尷尬情況發(fā)生。詳細(xì)預(yù)約讓用戶通過車庫查詢查看空車位，并且選擇自己中意的空車位進(jìn)行預(yù)訂；快速預(yù)訂是建立在用戶對車庫信息了解的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)自動(dòng)分配空車位，方便操作，節(jié)約時(shí)間。

4)行車導(dǎo)航。行車導(dǎo)航是為預(yù)約用戶提供當(dāng)前位置到目的車庫的路徑規(guī)劃，方便用戶找到車庫位置，節(jié)約時(shí)間，提高效率。行車導(dǎo)航在兩種情況下可以選擇；第一種是快速預(yù)約成功后；第二種是在個(gè)人信息的預(yù)約信息里點(diǎn)擊相應(yīng)預(yù)約條目進(jìn)行導(dǎo)航。

5)行車記錄。行車記錄的目的在于記錄路徑，減少因找路而花費(fèi)的時(shí)間，包括路線記錄和路線回放。路線記錄是為用戶記錄行車路徑，將用戶行走路徑的左邊點(diǎn)存儲(chǔ)；路線回放是將用戶記錄的路徑呈現(xiàn)在百度地圖上。

6)地圖模塊。通過GPS定位查找周邊車庫情況，計(jì)算并顯示行駛路線。

7)查詢統(tǒng)計(jì)模塊。根據(jù)車位的不同類型和需求進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)。

4　結(jié)束語

目前，國內(nèi)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能車庫尚不多見，高校針對智能車庫的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)更是缺乏。因此，基于“智能車庫系統(tǒng)”搭建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)意義較大，不僅能提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師的學(xué)術(shù)水平，更能為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生提供一個(gè)在技術(shù)上具有新穎性、先進(jìn)性的綜合應(yīng)用案例，且具有很高的應(yīng)用、推廣價(jià)值和示范作用。

[1]孫冠男.高校物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)探索[J].軟件導(dǎo)刊，2013(9):151-152.

[2]崔貫勛，王柯柯，黃賢英，等.多元化多業(yè)務(wù)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013(23):62-65.

[3]呂岑，毛云川，宋鐵成，等.基于RFID和ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息化研究，2012(1):13-16.

[4]曾園園.物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究[J].教育教學(xué)論壇，2014(3):13-16.

[5]歐陽志友，孫知信.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐[J].智能處理與應(yīng)用，2013(7):73-74.

[6]張鵬.高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)研究[J].統(tǒng)計(jì)與管理，2014(1):89-90.

Research and Practice of the Internet of Things Specialty Innovation Experimental Platform

WANG Keke，QIU Xiaoping

(College of Computer Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China)

This article briefly analyszed the current situation of the development of the domestic internet of things，and discussed the intelligent garage system，which is a independent research and development system.This paper focused on the architecture and the system function of the platform，and experimental platform is researched base on it.This experimental platform stimulated students’ interests in learning and innovation passion，and improved the innovation consciousness and ability.

the internet of things; intelligent garage; innovation; experimental platform

2014-10-21；修改日期: 2014-11-10

重慶理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)開發(fā)基金(SK201309)；重慶理工大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(20120005)。

王柯柯(1977-)，女，碩士，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與研究工作。

TN911.22

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.026