智能传感器物联网综合实训平台的设计概要

第11卷第2期2011年6月

南京工业职业技术学院学报Jour nal o fNan ji n g Institute o f I ndustry Techno logy

V o.l 11,N o .2J un .,2011

收稿日期:2011 04 14

基金项目:江苏智能传感器网络工程技术研究开发中心开放基金项目(编

号:ZK10 04 02

作者简介:戴娟(1966 ,女,江苏丹阳人,南京工业职业技术学院副教授,高级工程师;倪瑛(1979 ,女,江苏丹徒人,南京工业职业技术学院

讲师。

智能传感器物联网综合实训平台的设计

戴娟,倪瑛

(南京工业职业技术学院电气与电子工程学院,江苏南京 210046

摘要:提出了智能传感器物联网综合实训平台的设计方案。此方案的硬件结构是以先进的ARM 9系列的S3C2440为控制核心,通过增加外围模块来实现的。此综合实训平台解决了高职院校物联网专业实验、实训对象缺乏的问题,

弥补了相关操作及仪器设备的空缺。

关键词:智能传感器;物联网;综合实训平台;ARM 9

中图分类号:G642.44 文献标识码:A 文章编号:1671 4644(201102 0064 03

引言

物联网[1]是通过信息传感设备,按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络,其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息,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。在今年下半年,全国共22所高职院校将招收物联网专业的学生。高职院校的人才培养目标,一直是以就业为导向,培养高技能应用型人才。物联网本身是应用性很强的学科,仅仅传授基本概念和基础知识是不够的,要从实验和应用入手,切实培养出符合企业和社会需求的物联网实用人才。因此在高职院校物联网专业的课程体系中,每一学期都安排相应的综合实训课程或课程设计环节。综合实训的目的就是将学生学习的专业知识融合到实际的项目中,通过实训项目的实施,使学生进一步巩固专业知识,从而掌握专业的工作技能。在高职院校,正是通过综合实训来培养学生的综合素质,其中就包括工作技能的培养,因此综合实训的重要性不言而喻。传感网络作为物联网的重要组成也受到了越来越多的关注。传感网络是一种全新网络技术,它综合了传感器、通讯以及微机电等技术,可以预见,在不久的将来,传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。

1 平台设计的基本原理

今年很多高职院校依据国家十二五发展规划,成立了物联网专业。为了促进物联网专业的顺利开展和运作,配合物联网专业配套的实验、实训内容开发,开发和设计了智能传感器物联网综合实训平台,具有一定的现实意义。据收集的资料可知,目前国内已有几家企业在做这方面的开发,但我们发觉他们在设置项目、开发模块时,没有充分考虑到学生

现有的基础,没有遵循知识学习的递进、层次关系规律,所以开发出的许多项目并不适合学生的相应实验、实训及学习,也不适应老师的项目试验。因此本平台设计的核心是解决物联网专业的实验、实训对象及教学内容缺乏的问题,弥补相关操作及仪器设备的空缺。在目前很多高职院校新成立的物联网专业有很多教学条件空缺的形势下,该平台的成功研究将对该专业的学科建设可起很大的积极作用。

本实训平台的设计定位于物联网新专业课程和综合实训项目开发建设,由多种物理量的模数传感器模块、无线数据采集传输模块和嵌入式智能控制模块[2]三大功能模块构成,实现由无线传感器节点采集、嵌入式计算机对前端的网络数据发布、网络远端的检测系统(PC 机对数据分析和处理完整功能的物联网系统,完整再现了传感器网络的全部内涵,全面呈现网络技术中各个层面的细节,使学生能够通过学习全面系统的掌握知识。针对国内目前多家教科研机构都在研究或已经研究了相关的教学平台的不足,我们提出平台的设计思路,主要包含:基于S3C2440的实验[3]、传感器信息采集实验、无线信号收发实验、Z i gbee 网络通信实验及上位机QT 软件应用[4]、L I NUX 内核[5]裁减应用等,满足物联网和嵌入式相关专业的教学科研需求。平台原理结构如图1所示。

图1 智能传感器物联网综合实训平台的原理结构图

第11卷第2期戴娟,倪瑛:智能传感器物联网综合实训平台的设计

2 平台设计的电路原理图

实训平台的电路结构图如图2所示。通过对S3C2440(ARM 9控制核心的目标板开发和设计,加载按键模块、数码显示模块、触摸液晶模块、三轴加速度传感器模块、温度传感器模块、压力传感器模块等多种物理量传感器模块信号,借

助摄像头、无线上网卡完成图像与数据的网络通信,远程监

控电机、继电器等控制设备,达到感知世界的物联网境界。该平台能在PC 上实现:远程现场监视;各种监测数据的管理与维护;通过数字和图表的方式可实时显示有线、无线传感器网络中各节点的状态,以及交互控制传感网络节点上的

设备。

图2 智能传感器物联网综合实训平台的电路结构图

本设计针对高职院校物联网专业的课程体系和实训教学项目的开发。在平台中设置了多种传感器的驱动控制、传感器组网通信、无线模块设计与数据通信、网络和无线网络处理器的配置方法;嵌入式系统的驱动控制及基于物联网网关应用的案

例;L INUX 指令运用的典型案例;PC 机上的Q t 典型案例;现场图像的网络实时传输、监视操作步骤的典型案

例等。所有开发的项目都具有极高的实用性,可直接用于真实的目标开发。

本设计平台的创新之处在于:(1采用新式无线功能模块与传统无线基本模块的搭配,丰富了项目的开发功能和提升了项目实验功能的灵活性;(2可搭配任意类型的传感器,形式新颖,具有极强的灵活性和实际使用价值;(3可开发内

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容丰富的实验,包括基础教学内容、动手实验内容,增强实验体验感和易用性。更具有极强的实用性能,可直接用于实际相关项目开发;(4采用液晶屏实现数据显示和控制功能,便于老师和学生理解,使教学具有更强的直观性。

围绕该综合实训平台,可完成开发大量的具体的实验、实训项目。例如多物理量传感器的驱动控制;传感器组网通信;无线模块设计与数据通信;网络、无线网络处理器的配置方法,实现一点对多点、两点间对等通信;快速组网自动配置、自动恢复;任意两个传感器之间可相互协调,实现数据通信;嵌入式系统的驱动控制;基于物联网网关应用;L I NUX指令运用;PC机上的Q t典型案例;现场图像的网络实时传输、监视操作步骤的典型案例。

3 结束语

智能传感器物联网综合实训平台集成多种传感器模型以及无线组网模式,提供一个开放、可真实操作的实训平台,使学生能够了解无线传感网络的基本组成和原理,促进学生在传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、通信技术、测控技术等方面的学习,使计算机网络技术、高级语言编程等运用技能得到实际的训练,激发学生的学习兴趣,使学生的设计、编程、调试能力得到综合提高。

参考文献: