物联网工程设计与实施 模块1 认知物联网工程
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《物联网工程设计与实施》
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
固定节点的数量和密度决定了公交车辆定位的精确程 度，一般根据现场需要，在每隔500m．600m的合适位置 安装。 当公交线路拐弯时，还需要在拐角处安装固定定位节 点。所安置的固定节点和车载移动终端能够自动地组成一 个Zigbee通讯网络，这个通信网络实际上就是一个定位和 信息传输网络，每一个网络节点就是一个位置信标点，车 载移动节点通过读取固定节点目标的信号强度，确定自身 的位置信息，与道路两侧固定节点交换数据信息。 各个网络节点之间中继路由传输，将公交线路上的每 辆公交车辆的车辆信息传输至协调器网关。协调器网关经 过一定的处理后，传输至调度管理中心。网络监控计算机 对数据进行进一步的处理，将其储存至数据库服务器中， 供调度管理中心查询使用。
（2）分中心数据集中器 包含两个独立的 Zigbee 硬件电路：短距离的 粮仓传感器网络Zigbee 协调器、长距离的粮食储 备区网络Zigbee路由器。
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
（3）终端节点以及监控中心。 是带传感器的网络子节点，能够以分中 心数据集中器为核心组成独立的 Zigbee 传 感网络。
《物联网工程设计与实施》
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图1-1 物联网系统模型图
《物联网工程设计与实施》
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1.1 物联网工程概述
2. 物联网系统集成的特点 （1）实时性 （2）大范围 （3）自动化 （4）多样化 （5）全天候 3. 物联网工程的分类 （1）私有物联网工程 （2）公有物联网工程 （3）社区物联网工程 （4）混合物联网工程 （5）医学物联网工程
《物联网工程设计与实施》
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1.2 物联网工程的生命周期
物联网工程的生命周期是从用户需求开始，经过系统 开发、交付使用、在使用中不断维护等一系列相关活动的 全周期。 1. 物联网工程的要求 （1）全面感知：利用RFID，传感器，二维码等随时随 地获取物体的信息； （2）可靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合， 将物体的信息实时准确地传递出去； （3）智能处理：利用云计算，模糊识别等各种智能计 算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实 施智能化的控制。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
中心数据集中器包含远距离一个Zigbee协调器和一个 RS-232接口。分中心数据集中器中包含两个独立的 Zigbee硬件电路，其中一个为短距离的粮仓传感器网络 Zigbee协调器，另一个为长距离的粮食储备区网络Zigbee 路由器。粮仓内终端节点由Zigbee EndDevice和温度传感 器DS18B20构成。监控中心的工控主机是整个系统的中 央监控设备，负责节点的数据通讯、数据分析处理和调节 设备控制，通过丰富的显示界面实现人机交互。控主机通 过RS-232接口有线连接中心数据集中器。 各粮仓内的终端节点采集各个监测点的温度数据，并 通过粮仓内Zigbee传感网络将数据传送至各粮仓分中心数 据集中器，各分中心数据集中器将收到的仓内各个监测点 的数据通过大的粮食储备区Zigbee网络上传至中心数据集 中器。中心数据集中器将数据通过RS-232送至中央监控 计算机，从而实现深入粮仓内部的多点检测、实时监测。
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
图1-7 智能公交站牌系统结构图
《物联网工程设计与实施》
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
3. 主要设备组成
（1）车载终端模块 能够接收来自于周围传感器节点的无线电强度信号和位 置信息数据，计算出当前时刻自身位置坐标，与道路两旁的 固定节点通讯传输数据。
8
1.2 物联网工程的生命周期
3. 文档 在物联网工程的全生命周期过程中，涉及的文档包括： （1）需求说明书 （2）总体方案设计说明书 （3）详细设计说明书 （4）系统实施计划 （5）系统测试报告 （6）系统安装调试说明书 （7）用户使用说明书 （8）系统试运行阶段的试运行和修改记录 （9）项目验收报告
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1.2 物联网工程的生命周期
2. 物联网工程的步骤 （1）物联网工程系统可行性 论证与分析； （2）物联网工程系统需求分 析； （3）物联网工程系统设计与 规划； （4）物联网工程系统部署与 实施； （5）物联网工程系统管理与 维护。
《物联网工程设计与实施》
图1-2 物联网工程步骤瀑布模型
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
4.工程特点与优势 特点： 基于Zigbee的智能公交调度系统具有低成本、低 功耗和低速率，网络容量大，时延短，安全，部署简单快 捷。 优势： （1）定位直观； （2）每个网络节点收发模块集成度高，功耗低，工作 可靠，体积小，使用方便，安装灵活； （3）系统非常稳定可靠； （4）大大降低了系统的建设投入和运营成本。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
1. 系统主要技术思路
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
如上图所示，整个系统主要分为两个独立而又 相连的无线Zigbee网络： （1）粮食储备区Zigbee网络 主要由中心数据集中器和分布在各粮库的分中 心数据集中器组成。 （2）粮库Zigbee传感网络 在粮库内部分布着Zigbee传感器网络，传感器 节点采用DS18B20一线制温度传感器结合Zigbee 低功率模块开发，通讯距离<100m。
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1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
1. 工程目标设定 本系统通过建立一套智能化的停车场收费管理和引导系 统，使停车服务做到安全、简便、准确，并且使造价和经 营成本控制在适当范围，并在提高效率的同时更能解决了 人工管理的一切弊端。 2. 系统主要技术思路 在本停车场智能泊车引导系统中，主要包括智能车位 引导系统、出入口管理系统和智能反向寻车系统等几个子 系统。 通过智能车位引导系统可以帮助顾客和车辆在最短的 时间内找到合适的停车场和停车位，避免车辆找不到停车 场，进场后找不到车位，甚至互相抢车位，导致拥堵，提 高运营效率，使驾驶者感受到良好的服务和愉快的感受。
《物联网工程设计与实施》课程教学资源建设
建设院校：重庆电子工程职业学院
主要参与企业：重庆金美通信有限责任公司 西门子(中国)有限公司
物联网应用技术专业 教学资源建设
1
学习情境1
一
认知物联网工程
【知识准备】
学习情境内容
1.1 物联网工程概述 1.2 物联网工程的生命周期 1.3 粮库温度监测系统工程案例简析 1.4 智能公交站牌系统工程案例简析 1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析 （2）分中心数据集中器 分中心数据集中器上电后，其中的远距 离Zigbee路由器搜寻中心数据集中器建立 的Zigbee数据传输网络，并申请加入。加 入后分中心数据集中器中的Zigbee协调器 建立仓内Zigbee无线传感网络，等待仓内 终端节点的加入，接收来自终端节点的温 度数据。分中心数据集中器收到温度数据 后通过粮食储备区Zigbee数据传输网络将 温度数据转发至中心数据集中器。
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
2. 主要设备组成 （1）中心数据采集器 是整个监测系统通讯、控制核心。通过 RS232 串口与中央监控计算相连，通过计算机的人 机交换界面，实现整个系统的可控性和可视性。
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
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Hale Waihona Puke 《物联网工程设计与实施》1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
3. 工程特点与优势
特点： （1）功能完善； （2）可靠性高； （3）实用性强； （4）扩展方便； （5）停电情况处理。 优势： （1）强大的抗干扰设计； （2）系统施工更简洁节能； （3）网络结构更合理可靠。
二
【任务实施】 【评估与总结】 【思考与练习】
2
三 四
《物联网工程设计与实施》
1.1 物联网工程概述
物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它 利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过 网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物 、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制 、精确管理和科学决策目的。 随着物联网技术不断走向应用，对各种物联网技术进 行综合集成与创新研究及应用应当在一个整体框架下进行 ，这个框架就是物联网工程。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
各组成设备的工作流程：
（1）终端节点 从节点上电后，首先硬件初始化和协议栈初始 化，搜索仓内的无线传感Zigbee网络并申请加入 ，功加入后进入省电模式。当没有数据传输请求 时，进入睡眠模式，之后采取终端唤醒的工作机 制。当有数据传输请求时，进入工作模式，进行 温度数据采集并发送，发送完成后进入下一轮数 据采集。
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1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
（ 1）智能车位引导系统：是停车场智能泊车引导系统最 重要的部分，由车流量检测系统、车位探测系统、信息显 示系统、控制系统等几个部分组成。 （ 2）车流量检测系统：用于检测停车场出入口和各停车 区域出入口的进出车辆数。 （3）车位探测系统：实时检测车位上是否有车辆停放。 （4）信息显示系统：动态实时显示停车场车位数的变化 。 （ 5）控制系统：整个引导屏的车位数，并将数据实时上 传到管理电脑，在电子地图上直观反映车位使用情况。
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1.1 物联网工程概述
1. 物联网系统集成的定义 物联网系统集成是指通过结构化、合理化的感知、识 别技术和数据信息传输通信、网络系统以及信息处理控制 技术，将各个分离的设备（如基站、个人电脑、智能终端 ）、功能（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量） 等集成到相互关联的、统一和协调的物联网系统之中，使 资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，使系 统性能最优。
3. 工程特点与优势
Zigbee技术是一种新兴的短距离、低功耗、 低速率、低成本、高容量的无线网络通信技术。 系统功能扩展更方便、布网更灵活、施工更 简单、检测节点更多、维修更方便。
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
1. 工程目标设定 本智能公交站牌系统采用Zigbee无线传感器网 络技术，及时、准确的将公交车辆的具体位置反 映到公交调度站计算机系统并及时发布到行车路 线站点，使乘客与调度人员能够对当前线路上的 公交车的行驶状况和分布情况有所掌握。 2. 系统主要技术思路 车载移动模块作为Zigbee无线网络中的移动节 点，分布在整个公交线路上。 固定节点主要分布在各个公交站上，当两个公 交站之间的距离过长时，在公交车站之间增加一 定数量的无线中继通讯节点。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
（3）中心数据集中器 中心数据集中器上电后便开始建立粮食 储备区Zigbee传输网络，等待并接受各分 中心数据集中器的加入。分中心加入 Zigbee传输网络后，若有新的温度数据便 上传至中心数据集中器。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
（2）固定节点（包括公交站电子站牌和无线中继通讯节点） 无线路由通讯结点分布在各个公交车站之间，间隔为500m左右。 它起着对数据信息包进行中继路由传输的作用。其功能是接收来自上游 节点的信息和转发上游节点的信息至下游。 （3）网络协调器（是整个传感网络的核心） （4）监控网络控制中心 负责配置、监控整个无线传感器网络，接收无线传感器网络传递过 来的数据信息，将这些数据储存至数据库服务器，供调度管理中心调用 。同时接收调度管理中心的调度命令，将命令信息或者配置传感器网络 信息转化为一定的命令格式，传送至传感器网络。 （5）公交调度管理中心 对车辆进行监控。当车辆出现堵塞、故障、被劫或被盗等突发事件 时， 公交调度员根据具体的情况及时进行处理，查找能被调度的人或车 辆的信息，进行相应的调度。
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
固定节点的数量和密度决定了公交车辆定位的精确程 度，一般根据现场需要，在每隔500m．600m的合适位置 安装。 当公交线路拐弯时，还需要在拐角处安装固定定位节 点。所安置的固定节点和车载移动终端能够自动地组成一 个Zigbee通讯网络，这个通信网络实际上就是一个定位和 信息传输网络，每一个网络节点就是一个位置信标点，车 载移动节点通过读取固定节点目标的信号强度，确定自身 的位置信息，与道路两侧固定节点交换数据信息。 各个网络节点之间中继路由传输，将公交线路上的每 辆公交车辆的车辆信息传输至协调器网关。协调器网关经 过一定的处理后，传输至调度管理中心。网络监控计算机 对数据进行进一步的处理，将其储存至数据库服务器中， 供调度管理中心查询使用。
（2）分中心数据集中器 包含两个独立的 Zigbee 硬件电路：短距离的 粮仓传感器网络Zigbee 协调器、长距离的粮食储 备区网络Zigbee路由器。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
（3）终端节点以及监控中心。 是带传感器的网络子节点，能够以分中 心数据集中器为核心组成独立的 Zigbee 传 感网络。
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图1-1 物联网系统模型图
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1.1 物联网工程概述
2. 物联网系统集成的特点 （1）实时性 （2）大范围 （3）自动化 （4）多样化 （5）全天候 3. 物联网工程的分类 （1）私有物联网工程 （2）公有物联网工程 （3）社区物联网工程 （4）混合物联网工程 （5）医学物联网工程
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1.2 物联网工程的生命周期
物联网工程的生命周期是从用户需求开始，经过系统 开发、交付使用、在使用中不断维护等一系列相关活动的 全周期。 1. 物联网工程的要求 （1）全面感知：利用RFID，传感器，二维码等随时随 地获取物体的信息； （2）可靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合， 将物体的信息实时准确地传递出去； （3）智能处理：利用云计算，模糊识别等各种智能计 算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实 施智能化的控制。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
中心数据集中器包含远距离一个Zigbee协调器和一个 RS-232接口。分中心数据集中器中包含两个独立的 Zigbee硬件电路，其中一个为短距离的粮仓传感器网络 Zigbee协调器，另一个为长距离的粮食储备区网络Zigbee 路由器。粮仓内终端节点由Zigbee EndDevice和温度传感 器DS18B20构成。监控中心的工控主机是整个系统的中 央监控设备，负责节点的数据通讯、数据分析处理和调节 设备控制，通过丰富的显示界面实现人机交互。控主机通 过RS-232接口有线连接中心数据集中器。 各粮仓内的终端节点采集各个监测点的温度数据，并 通过粮仓内Zigbee传感网络将数据传送至各粮仓分中心数 据集中器，各分中心数据集中器将收到的仓内各个监测点 的数据通过大的粮食储备区Zigbee网络上传至中心数据集 中器。中心数据集中器将数据通过RS-232送至中央监控 计算机，从而实现深入粮仓内部的多点检测、实时监测。
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
图1-7 智能公交站牌系统结构图
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
3. 主要设备组成
（1）车载终端模块 能够接收来自于周围传感器节点的无线电强度信号和位 置信息数据，计算出当前时刻自身位置坐标，与道路两旁的 固定节点通讯传输数据。
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1.2 物联网工程的生命周期
3. 文档 在物联网工程的全生命周期过程中，涉及的文档包括： （1）需求说明书 （2）总体方案设计说明书 （3）详细设计说明书 （4）系统实施计划 （5）系统测试报告 （6）系统安装调试说明书 （7）用户使用说明书 （8）系统试运行阶段的试运行和修改记录 （9）项目验收报告
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1.2 物联网工程的生命周期
2. 物联网工程的步骤 （1）物联网工程系统可行性 论证与分析； （2）物联网工程系统需求分 析； （3）物联网工程系统设计与 规划； （4）物联网工程系统部署与 实施； （5）物联网工程系统管理与 维护。
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图1-2 物联网工程步骤瀑布模型
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
4.工程特点与优势 特点： 基于Zigbee的智能公交调度系统具有低成本、低 功耗和低速率，网络容量大，时延短，安全，部署简单快 捷。 优势： （1）定位直观； （2）每个网络节点收发模块集成度高，功耗低，工作 可靠，体积小，使用方便，安装灵活； （3）系统非常稳定可靠； （4）大大降低了系统的建设投入和运营成本。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
1. 系统主要技术思路
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
如上图所示，整个系统主要分为两个独立而又 相连的无线Zigbee网络： （1）粮食储备区Zigbee网络 主要由中心数据集中器和分布在各粮库的分中 心数据集中器组成。 （2）粮库Zigbee传感网络 在粮库内部分布着Zigbee传感器网络，传感器 节点采用DS18B20一线制温度传感器结合Zigbee 低功率模块开发，通讯距离<100m。
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1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
1. 工程目标设定 本系统通过建立一套智能化的停车场收费管理和引导系 统，使停车服务做到安全、简便、准确，并且使造价和经 营成本控制在适当范围，并在提高效率的同时更能解决了 人工管理的一切弊端。 2. 系统主要技术思路 在本停车场智能泊车引导系统中，主要包括智能车位 引导系统、出入口管理系统和智能反向寻车系统等几个子 系统。 通过智能车位引导系统可以帮助顾客和车辆在最短的 时间内找到合适的停车场和停车位，避免车辆找不到停车 场，进场后找不到车位，甚至互相抢车位，导致拥堵，提 高运营效率，使驾驶者感受到良好的服务和愉快的感受。
《物联网工程设计与实施》课程教学资源建设
建设院校：重庆电子工程职业学院
主要参与企业：重庆金美通信有限责任公司 西门子(中国)有限公司
物联网应用技术专业 教学资源建设
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学习情境1
一
认知物联网工程
【知识准备】
学习情境内容
1.1 物联网工程概述 1.2 物联网工程的生命周期 1.3 粮库温度监测系统工程案例简析 1.4 智能公交站牌系统工程案例简析 1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
《物联网工程设计与实施》
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析 （2）分中心数据集中器 分中心数据集中器上电后，其中的远距 离Zigbee路由器搜寻中心数据集中器建立 的Zigbee数据传输网络，并申请加入。加 入后分中心数据集中器中的Zigbee协调器 建立仓内Zigbee无线传感网络，等待仓内 终端节点的加入，接收来自终端节点的温 度数据。分中心数据集中器收到温度数据 后通过粮食储备区Zigbee数据传输网络将 温度数据转发至中心数据集中器。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
2. 主要设备组成 （1）中心数据采集器 是整个监测系统通讯、控制核心。通过 RS232 串口与中央监控计算相连，通过计算机的人 机交换界面，实现整个系统的可控性和可视性。
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Hale Waihona Puke 《物联网工程设计与实施》1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
3. 工程特点与优势
特点： （1）功能完善； （2）可靠性高； （3）实用性强； （4）扩展方便； （5）停电情况处理。 优势： （1）强大的抗干扰设计； （2）系统施工更简洁节能； （3）网络结构更合理可靠。
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【任务实施】 【评估与总结】 【思考与练习】
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1.1 物联网工程概述
物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它 利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过 网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物 、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制 、精确管理和科学决策目的。 随着物联网技术不断走向应用，对各种物联网技术进 行综合集成与创新研究及应用应当在一个整体框架下进行 ，这个框架就是物联网工程。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
各组成设备的工作流程：
（1）终端节点 从节点上电后，首先硬件初始化和协议栈初始 化，搜索仓内的无线传感Zigbee网络并申请加入 ，功加入后进入省电模式。当没有数据传输请求 时，进入睡眠模式，之后采取终端唤醒的工作机 制。当有数据传输请求时，进入工作模式，进行 温度数据采集并发送，发送完成后进入下一轮数 据采集。
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1.5 停车场智能泊车引导系统工程简析
（ 1）智能车位引导系统：是停车场智能泊车引导系统最 重要的部分，由车流量检测系统、车位探测系统、信息显 示系统、控制系统等几个部分组成。 （ 2）车流量检测系统：用于检测停车场出入口和各停车 区域出入口的进出车辆数。 （3）车位探测系统：实时检测车位上是否有车辆停放。 （4）信息显示系统：动态实时显示停车场车位数的变化 。 （ 5）控制系统：整个引导屏的车位数，并将数据实时上 传到管理电脑，在电子地图上直观反映车位使用情况。
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1.1 物联网工程概述
1. 物联网系统集成的定义 物联网系统集成是指通过结构化、合理化的感知、识 别技术和数据信息传输通信、网络系统以及信息处理控制 技术，将各个分离的设备（如基站、个人电脑、智能终端 ）、功能（如识别、数据传输）和信息（如环境检测量） 等集成到相互关联的、统一和协调的物联网系统之中，使 资源达到充分共享，实现集中、高效、便利的管理，使系 统性能最优。
3. 工程特点与优势
Zigbee技术是一种新兴的短距离、低功耗、 低速率、低成本、高容量的无线网络通信技术。 系统功能扩展更方便、布网更灵活、施工更 简单、检测节点更多、维修更方便。
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
1. 工程目标设定 本智能公交站牌系统采用Zigbee无线传感器网 络技术，及时、准确的将公交车辆的具体位置反 映到公交调度站计算机系统并及时发布到行车路 线站点，使乘客与调度人员能够对当前线路上的 公交车的行驶状况和分布情况有所掌握。 2. 系统主要技术思路 车载移动模块作为Zigbee无线网络中的移动节 点，分布在整个公交线路上。 固定节点主要分布在各个公交站上，当两个公 交站之间的距离过长时，在公交车站之间增加一 定数量的无线中继通讯节点。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
（3）中心数据集中器 中心数据集中器上电后便开始建立粮食 储备区Zigbee传输网络，等待并接受各分 中心数据集中器的加入。分中心加入 Zigbee传输网络后，若有新的温度数据便 上传至中心数据集中器。
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1.3 粮库温度监测系统工程案例简析
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1.4 智能公交站牌系统工程案例简析
（2）固定节点（包括公交站电子站牌和无线中继通讯节点） 无线路由通讯结点分布在各个公交车站之间，间隔为500m左右。 它起着对数据信息包进行中继路由传输的作用。其功能是接收来自上游 节点的信息和转发上游节点的信息至下游。 （3）网络协调器（是整个传感网络的核心） （4）监控网络控制中心 负责配置、监控整个无线传感器网络，接收无线传感器网络传递过 来的数据信息，将这些数据储存至数据库服务器，供调度管理中心调用 。同时接收调度管理中心的调度命令，将命令信息或者配置传感器网络 信息转化为一定的命令格式，传送至传感器网络。 （5）公交调度管理中心 对车辆进行监控。当车辆出现堵塞、故障、被劫或被盗等突发事件 时， 公交调度员根据具体的情况及时进行处理，查找能被调度的人或车 辆的信息，进行相应的调度。