CN113903209A - 一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，包括智慧灯杆主体、气象站、充电桩、智能一体机、安防监控摄像头、车位识别摄像头、微基站、城市巡检模块、数据传输线和数据处理展示主机。本发明有益效果：本发明通过将物联网的实训设备、人工智能的实训设备和其他的实训设备融合到一起，利用数据传输线或者无线的方式将数据实时传输到数据处理展示主机中，数据处理展示主机上的云数据平台能对各实训设备的数据进行集中处理与展示，云数据平台源代码全部开放，满足高校相关专业知识点的基础实验和工程实训需求。

Description

一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备

技术领域

本发明涉及实训设备技术领域,尤其是一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备。

背景技术

近年来，伴随着物联网、大数据和人工智能等新技术的高速发展，越来越多的企业开始从事上述领域的产品和服务的研发与制造，相关岗位需求也出现井喷态势，因此高校的嵌入式、物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等相关专业的教学也顺应社会的需求，重视理论与实践的有机融合教学，不仅开设了相关专业的理论教学课程，还建设了众多的实训室，并购置了大量的实训设备和实训平台，以供学生进行动手实践。物联网专业的实训室有物联网综合实验平台、物联网工程实训平台、微基站实验设备、智慧照明实训平台、气象站实验设备等众多实训设备；人工智能专业的实训室有安防监控实训平台、智能一体机实训设备等众多实训设备。

现有技术教学中有了大量的实训设备，如中国专利公开了一种教学用霓虹灯实训装置(申请号：CN201520413232.X)，所述的教学用霓虹灯实训装置主要包括红色霓虹灯、黄色霓虹灯、蓝色霓虹灯、绿色霓虹灯、粉色霓虹灯、紫色霓虹灯、橙色霓虹灯、金黄色霓虹灯、霓虹灯显示屏、显示区；所述的霓虹灯显示屏设置于显示区，霓虹灯显示屏内并列设置有红色霓虹灯、黄色霓虹灯、蓝色霓虹灯、绿色霓虹灯、粉色霓虹灯、紫色霓虹灯、橙色霓虹灯、金黄色霓虹灯；霓虹灯广告屏是企业为宣传企业的形象和产品的一种重要工具，马路两旁的各色各样的广告屏也多采用霓虹灯；本发明的霓虹灯采用PLC控制，使得操作简单、控制方便。

现有技术公开了一些灯光然而功能单一，成本高，不仅会造成学校资金的浪费，还影响着学生的实训效果，无法让学生将学科知识进行交叉融合，系统性的学习前沿的智慧全栈技术。

因此，对于上述问题有必要提出一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，以解决上述问题。

一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，包括智慧灯杆主体、气象站、充电桩、智能一体机、安防监控摄像头、车位识别摄像头、微基站、城市巡检模块、数据传输线和数据处理展示主机，所述充电桩安装在智慧灯杆主体的下部，所述气象站、安防监控摄像头、车位识别摄像头和微基站均安装在智慧灯杆主体的上部，所述智能一体机安装在智慧灯杆主体的中部位置，所述气象站、充电桩、安防监控摄像头、车位识别摄像头、微基站、城市巡检模块、智能一体机均通过数据传输线或无线方式与数据处理展示主机连接。

优选地，所述智慧灯杆主体包括底座法兰、灯杆伸臂、安防监控摄像头挂接杆和车位识别摄像头挂接杆，所述灯杆伸臂安装在底座法兰上，所述安防监控摄像头挂接杆和车位识别摄像头挂接杆均安装在灯杆伸臂的上部。

优选地，所述气象站包括罩壳和支撑柱，所述罩壳安装在支撑柱上。

优选地，所述罩壳内设置有控制器、温湿度变送器、大气压力变送器、 PM2.5变送器、PM10变送器、噪声变送器、风速变送器和风向变送器。

优选地，所述温湿度变送器、大气压力变送器、PM2.5变送器、PM10变送器、噪声变送器、风速变送器和风向变送器均与控制器连接。

优选地，所述充电桩包括控制模块、充电插座、充电机/充电车位、计费电表和显示模块，所述充电插座和充电机/充电车位均通过计费电表连接控制模块，所述显示模块连接控制模块，所述控制模块通过网络交换机连接网桥。

优选地，所述微基站内设置有处理器、WiFi网关、异构网关和无线网桥，所述WiFi网关、异构网关和无线网桥连接处理器。

与现有技术相比，本发明有益效果：本发明通过将物联网的实训设备(气象站、微基站和城市巡检模块)、人工智能的实训设备(智能一体机、安防监控摄像头和车位识别摄像头)和其他的实训设备融合到一起，利用数据传输线或者无线的方式将数据实时传输到数据处理展示主机中，数据处理展示主机上的云数据平台能对各实训设备的数据进行集中处理与展示，云数据平台源代码全部开放，满足高校相关专业知识点的基础实验和工程实训需求。

附图说明

图1是本发明的应用于高校教学的智慧灯杆实训设备结构图；

图2和图3是本发明的智慧灯杆主体结构图；

图4是本发明的智慧灯杆实训设备模块原理框图

图5是本发明的气象站模块框图；

图6是本发明的充电桩模块框图；

图7是本发明的微基站原理框图。

图中附图标记：1、智慧灯杆主体；2、气象站；3、充电桩；4、智能一体机；5、安防监控摄像头；6、车位识别摄像头；7、微基站；8、城市巡检模块；9、数据传输线；10、数据处理展示主机；11、供电电源；101、底座法兰；102、灯杆伸臂；103、安防监控摄像头挂接杆；104、车位识别摄像头挂接杆；201、罩壳；202、支撑柱；211、控制器；212、温湿度变送器；213、大气压力变送器；214、PM2.5变送器；215、PM10变送器；216、噪声变送器； 217、风速变送器；218、风向变送器；301、控制模块；302、充电插座；303、充电机/充电车位；304、计费电表；305、显示模块；701、处理器；702、WiFi网关；703、异构网关；704、无线网桥。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1并结合图2至图7所示，一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，包括智慧灯杆主体1、气象站2、充电桩3、智能一体机4、安防监控摄像头5、车位识别摄像头6、微基站7、城市巡检模块8、数据传输线9和数据处理展示主机10，所述充电桩3安装在智慧灯杆主体1的下部，所述气象站2、安防监控摄像头5、车位识别摄像头6和微基站7均安装在智慧灯杆主体1的上部，所述智能一体机4安装在智慧灯杆主体1的中部位置，所述气象站2、充电桩3、安防监控摄像头5、车位识别摄像头6、微基站7、城市巡检模块8、智能一体机4均通过数据传输线9或无线方式与数据处理展示主机 10连接，其中无线方式包括有ZigBee、WiFi等。

进一步的，所述智慧灯杆主体1包括底座法兰101、灯杆伸臂102、安防监控摄像头挂接杆103和车位识别摄像头挂接杆104，所述灯杆伸臂102安装在底座法兰101上，所述安防监控摄像头挂接杆103和车位识别摄像头挂接杆104均安装在灯杆伸臂102的上部。

进一步的，所述气象站2包括罩壳201和支撑柱202，所述罩壳201安装在支撑柱202上。

进一步的，所述罩壳201内设置有控制器211、温湿度变送器212、大气压力变送器213、PM2.5变送器214、PM10变送器215、噪声变送器216、风速变送器217和风向变送器218。

进一步的，所述温湿度变送器212、大气压力变送器213、PM2.5变送器 214、PM10变送器215、噪声变送器216、风速变送器217和风向变送器218 均与控制器211连接。

进一步的，所述充电桩3包括控制模块301、充电插座302、充电机/充电车位303、计费电表304和显示模块305，所述充电插座302和充电机/充电车位303均通过计费电表304连接控制模块301，所述显示模块305连接控制模块301，所述控制模块301通过网络交换机306连接网桥307。

进一步的，所述微基站7内设置有处理器701、WiFi网关702、异构网关 703和无线网桥704，所述WiFi网关701、异构网关702和无线网桥704连接处理器701。

与现有技术相比，本发明有益效果：本发明通过将物联网的实训设备(气象站2、微基站3和城市巡检模块8)、人工智能的实训设备(智能一体机4、安防监控摄像头5和车位识别摄像头6)和其他的实训设备(智慧照明实训平台)融合到一起，利用数据传输线9或者无线的方式将数据实时传输到数据处理展示主机10中，数据处理展示主机10上的云数据平台308能对各实训设备的数据进行集中处理与展示，云数据平台308源代码全部开放，满足高校相关专业知识点的基础实验和工程实训需求，覆盖嵌入式、物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等综合交叉性技术，从而充分提高实验室的利用率，满足不同专业，不同层次的学生能够进行实训；解决了高校现有实训设备成本过高、功能单一，学校资金浪费严重，以及学生实训效果不佳，无法进行学科知识交叉融合的问题。

工作原理：

智慧灯杆主体1、气象站2、微基站7、城市巡检模块8和充电桩3可供物联网专业和嵌入式专业学生进行实训，实训内容包括协议调试、无线协议栈、硬件接口、气象系统功能设计、照明系统功能设计、充电桩交易智能合约开发、充电桩网络可信组网通信等。

智能一体机4、安防监控摄像头5和车位识别摄像头6可供人工智能专业学生进行实训，实训内容包括安防监控、人脸识别技术、人脸信息技术、人脸情感识别、人体识别、交通目标识别、交通目标识别、车辆识别、目标追踪、语音技术、自然语言技术、智能问答系统设计等。

智慧灯杆主体1外形尺寸为300mm*205mm*2342mm，材质为钢材，其由底座法101、灯杆伸臂102、安防监控摄像头挂接杆103和车位识别摄像头挂接杆104组成，路灯光源安装在灯杆伸臂102上部，为高亮LED，功率为40W，可通过安装在智慧灯杆主体1两侧的人体红外探测器和光强传感器感知的数据，实时调整照明的开启和照明的亮度。

微基站7包括WiFi网关701和异构网关702(异构网络融合传感网基站)，支持Wi-Fi的互联接入，ZigBee、Wi-Fi、LoRa等传感网的接入，微基站基于龙芯2K1000嵌入式处理器和Loongbian国产嵌入式操作系统，支持ZigBee、 Wi-Fi、LoRa等异构网络的数据融合，内置MQTT消息传输服务，实现智慧城市路网的数据汇聚和云端推送。

智慧灯杆主体1上设有数据传输接口面板，包括一个RJ45网口和两个 USB3.0接口，智慧灯杆实训设备的所有数据，如气象数据、巡检数据、人脸数据、车位数据、充电数据、安防数据、基站数据等，均可通过RJ45网口进行输出。

气象站2、智能一体机4、安防监控摄像头5、车位识别摄像头6和城市巡检模块8实时采集环境中的数据，气象站2可采集环境中的温度、湿度、光强、PM2.5、扬尘、风速、风向等数据，其中风速测量范围为0～60m/s，风向测量范围为：0～359°，湿度测量范围为0％RH～99％RH，温度测量范围为-40℃～+120℃，大气压力测量范围为0-120Kpa，噪声量测量范围为30dB～120dB，智能一体机4通过螺纹连接方式与智慧灯杆主体1固定；智能一体机4外形尺寸为：1100mm*470mm*210mm，可以实现人脸检测、性别识别、年龄识别、表情识别、口罩识别、人脸识别、姿态识别等多种功能应用的实训.

安防监控摄像头5尺寸为Φ125×136.7mm，重量650g，像素200万，焦距2.8-12mm，供电电源为DC12V，可实时采集人脸信息和车辆信息，并实现人脸识别、目标识别、行人监测、车辆监测、目标追踪、危险预警等多种功能应用的实训，安防监控摄像头5通过安防监控摄像头挂接杆103与智慧灯杆主体1相连；车位识别摄像头6可实时采集智慧城市实训室内的车位数据，包括有车和无车两种状态，为智慧停车提供数据支撑，通过车位识别摄像头挂接杆2与智慧灯杆主体1相连。

城市巡检模块8集成有设备二维码和定位模块，可为城市巡检人员进行日常打卡签到、日常巡检、数据更新、异常记录等物联网应用，通过内嵌的连接方式与充电桩3相连，传感系统采集到的数据通过有线和无线的方式汇聚到智慧灯杆实训设备上的数据采集模块上，经过协议转换、数据处理后，由数据传输模块进行传输，数据传输线9将经过处理的数据传输至数据处理展示主机10，并通过数据处理展示主机10的显示器将结果进行显示；数据传输线9为六类网线，通过RJ45水晶头分别与智慧灯杆主体1和数据处理展示主机10的网口相连；供电电源11输出电压为220V，输出功率为4KW，能为数据处理展示主机10提供稳定可靠的电能，智慧灯杆主体1与充电桩3为一体化的设计结构。

充电桩3采用国产自主可控龙芯2代嵌入式边缘计算处理器2K1000，运行RT-Thread国产嵌入式操作系统，包含充电系统、计费系统、显示系统，能够为无人车、手机终端进行充电和无人值守计费，提供嵌入式Linux系统全部教学资源，包括Linux环境搭建、基本使用、Boot移植和使用、Kernel 移植与使用、文件系统制作与使用、硬件驱动开发与使用、QT图形应用编程等。

微基站7通过螺纹连接方式与智慧灯杆主体1固定，微基站7包含有WiFi 网关、异构网关和无线网桥，支持Wi-Fi的互联接入，ZigBee、Wi-Fi、LoRa 等传感网的接入，微基站基于龙芯2K1000嵌入式处理器和Loongbian国产嵌入式操作系统，支持ZigBee、Wi-Fi、LoRa等异构网络的数据融合，内置MQTT 消息传输服务，实现智慧城市路网的数据汇聚和云端推送，既可为城市中的市民提供免费的WIFI接入点，也可为运营商提供大量的5G基站。

使用时，学生可利用慧灯杆主体1、气象站2、充电桩3、微基站7和城市巡检模块8进行物联网专业和嵌入式专业的实训，首先通过实际的设备了解智慧灯杆主体1的照明系统、气象站2、充电桩3、微基站7和城市巡检模块8的构成以及其对应的传感器，接着借助实训教程和案例，进行协议调试、无线协议栈、硬件接口、气象系统功能设计、照明系统功能设计、充电桩3 交易智能合约开发、充电桩3网络可信组网通信等内容的实训；对于人工智能领域，学生可利用智能一体机4、安防监控摄像头5和车位识别摄像头6进行人工智能专业的实训，可借助开放的硬件接口和源代码，进行算法的训练，完成安防监控、人脸识别技术、人脸信息技术、人脸情感识别、人体识别、交通目标识别、交通目标识别、车辆识别、目标追踪、语音技术、自然语言技术、智能问答系统设计等内容的实训。

高校学生在学习物联网、人工智能以及嵌入式等技术时，不仅需要进行理论方面知识的学习，还需要利用实训设备进行实践学习，以便更好的掌握相关技术；所述智慧灯杆实训设备可供学生进行嵌入式、物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等相关专业的实践学习，气象站3、安防监控摄像头5、智能一体机4、车位识别摄像头6和城市巡检模块8实时采集环境中的数据(信号、图像、人脸、车位等)，数据传输线9将采集的数据传输至数据处理展示主机10，数据处理展示主机10对信号、图像、人脸、车位等数据进行存储，并通过运行在其上的智慧中台系统对各类数据进行自动分析与展示，智慧灯杆主体1上还集成有充电桩3和微基站7，可完成电动车充电实训功能和互联网连接实训功能，供电电源为数据处理展示主机提供电能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：包括智慧灯杆主体(1)、气象站(2)、充电桩(3)、智能一体机(4)、安防监控摄像头(5)、车位识别摄像头(6)、微基站(7)、城市巡检模块(8)、数据传输线(9)和数据处理展示主机(10)，所述充电桩(3)安装在智慧灯杆主体(1)的下部，所述气象站(2)、安防监控摄像头(5)、车位识别摄像头(6)和微基站(7)均安装在智慧灯杆主体(1)的上部，所述智能一体机(4)安装在智慧灯杆主体(1)的中部位置，所述气象站(2)、充电桩(3)、安防监控摄像头(5)、车位识别摄像头(6)、微基站(7)、城市巡检模块(8)、智能一体机(4)均通过数据传输线(9)或无线方式与数据处理展示主机(10)连接。

2.如权利要求1所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述智慧灯杆主体(1)包括底座法兰(101)、灯杆伸臂(102)、安防监控摄像头挂接杆(103)和车位识别摄像头挂接杆(104)，所述灯杆伸臂(102)安装在底座法兰(101)上，所述安防监控摄像头挂接杆(103)和车位识别摄像头挂接杆(104)均安装在灯杆伸臂(102)的上部。

3.如权利要求1所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述气象站(2)包括罩壳(201)和支撑柱(202)，所述罩壳(201)安装在支撑柱(202)上。

4.如权利要求3所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述罩壳(201)内设置有控制器(211)、温湿度变送器(212)、大气压力变送器(213)、PM2.5变送器(214)、PM10变送器(215)、噪声变送器(216)、风速变送器(217)和风向变送器(218)。

5.如权利要求4所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述温湿度变送器(212)、大气压力变送器(213)、PM2.5变送器(214)、PM10变送器(215)、噪声变送器(216)、风速变送器(217)和风向变送器(218)均与控制器(211)连接。

6.如权利要求1所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述充电桩(3)包括控制模块(301)、充电插座(302)、充电机/充电车位(303)、计费电表(304)和显示模块(305)，所述充电插座(302)和充电机/充电车位(303)均通过计费电表(304)连接控制模块(301)，所述显示模块(305)连接控制模块(301)，所述控制模块(301)通过网络交换机(306)连接网桥(307)。

7.如权利要求6所述的一种应用于高校教学的智慧灯杆实训设备，其特征在于：所述微基站(7)内设置有处理器(701)、WiFi网关(702)、异构网关(703)和无线网桥(704)，所述WiFi网关(701)、异构网关(702)和无线网桥(704)连接处理器(701)。

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