CN202601004U

CN202601004U - 一种集成化的物联网实训平台

Info

Publication number: CN202601004U
Application number: CN 201220189804
Authority: CN
Inventors: 孔英会; 陈智雄; 赵建立; 余萍; 贾惠彬; 赵振兵; 鲍慧; 韩东升; 李保罡; 项洪印; 张京席; 程文清
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-04-29
Filing date: 2012-04-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-04-29

Abstract

一种集成化的物联网实训平台，用于解决物联网教学问题。它由平台子系统、中心服务器、显示设备和客户端访问控制设备构成，所述中心服务器通过公共通信网络或通信电缆与平台子系统、显示设备和客户端访问控制设备进行通信，所述平台子系统包括实验箱子系统、智能家居子系统、多点视频监控子系统和RFID设备管理子系统，每个子系统与中心服务器之间、各子系统之间通过公共通信网络进行通信。本实用新型集成了实验箱、智能家居、视频监控、设备管理等多个子系统，涵盖了物联网的感知、传输和应用三个层次，满足基础实验、综合体验、工程应用和科学研究四个方面的培养需求，具有很高的工程应用价值。

Description

一种集成化的物联网实训平台

技术领域

本实用新型涉及一种适用于网络教学的物联网实训平台，属通信技术领域。

背景技术

物联网是指把所有物品通过传感器和射频识别（RFID）等信息感知设备与互连网连接起来，实现智能化识别和管理，它具备全面感知、可靠传输和智能处理三个基本特征。物联网架构涵盖感知层、网络层和应用层三个层次，其中感知层主要功能是识别物体，采集信息；网络层的功能是传输感知层获取的信息；应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

从高校网络教学的角度，培养具有专业基础扎实、工程能力及创新能力突出的物联网人才是物联网产业持续发展的人力保障。目前很多高校依托自动化、通信工程和计算机等相关专业开设了物联网技术方面的课程，其中工程实验环节是必不可少的组成部分。物联网实验设备应体现物联网的基本特征，满足基础实验、物联网综合体验和工程实践等多层次人才培养目标。但现有的实验设备以独立的实验箱或模拟的工程实验台为主，不具备物联网应用的结构特点，其在实验和管理过程中主要存在以下的问题：

1）各个独立的实验箱之间不具有相互通信的功能，也没有采用统一的平台对这些独立的实验箱进行管理，实验数据无法在统一的平台上进行存储和分析。采用这些分散的实验箱进行实验，不能体现物联网的基本特征。此外，实验箱采集节点的数量和监控范围非常有限，与实际的物联网工程应用有较大的距离。学生借助这些独立的实验箱无法了解并掌握实际物联网的构成和工作原理。

2) 大部分模拟的工程实验台的功能和结构比较简单，仅提供一些基本的演示功能，用户只能进行一些简单的开、关和调用等操作，不能在这些实验台上进行开发，很难帮助学生建立起完整、实际的物联网概念；模拟的工程实验台不能针对不同专业和学科特点进行集成和扩展，无法满足行业应用的需求。

3)实验箱与模拟的工程实验台之间不能互联互通，也没有采用统一的平台对它们进行管理和维护，实验室管理成本较高，无法建立完整的物联网系统概念，无法满足工程实践能力培养的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种集成化的物联网实训平台，以满足物联网教学和实践的需要。

本实用新型所称问题是以下述技术方案实现的：

一种集成化的物联网实训平台，由平台子系统、中心服务器、显示设备和客户端访问控制设备构成，所述中心服务器通过公共通信网络或通信电缆与平台子系统、显示设备和客户端访问控制设备进行通信，所述平台子系统包括实验箱子系统、智能家居子系统、多点视频监控子系统和RFID实验设备管理子系统，每个子系统与中心服务器之间、各子系统之间通过公共通信网络进行通信。

上述集成化的物联网实训平台，所述客户端访问控制设备包括触摸控制台、平板电脑和智能手机。

上述集成化的物联网实训平台，所述实验箱子系统包括ZigBee 无线传感器网络实验箱和无线射频识别实验箱，每个实验箱通过一个网关与公共通信网络连接。

上述集成化的物联网实训平台，所述智能家居子系统包括智能家居后台服务器和多个智能家居模块，每个智能家居模块通过ZigBee无线射频模块或RJ45接口与智能家居后台服务器进行通信，智能家居后台服务器通过RJ45接口或者WiFi无线模块连接到公共通信网络与中心服务器进行通信。

上述集成化的物联网实训平台，所述多点视频监控子系统由视频监控服务器及安装在不同视频监控点的多个视频监视器组成，每个视频监视器依次经无线视频数据传输网、视频监控服务器、以太网与中心服务器进行通信。

上述集成化的物联网实训平台，所述平台子系统的构成中还包括扩展功能子系统，所述扩展功能子系统与中心服务器及其它子系统之间通过公共通信网络进行通信。

上述集成化的物联网实训平台，所述显示设备为投影仪或显示器。

本实用新型集成了实验箱、智能家居、视频监控、设备管理等多个子系统，涵盖了物联网的感知、传输和应用三个层次，满足基础实验、综合体验、工程应用和科学研究四个方面的培养需求，具有很高的工程应用价值。本实用新型可对多个子系统进行统一管理，方便设备的维护和信息统计；通过实训平台可记录和观察实验箱的具体使用情况，指导学生进行课程实验和设计；通过实训平台可以调用智能家居和视频监控的图像等信息，对智能家居中的家电进行控制。通过实训平台可以管理设备管理子系统的设备，对设备使用记录进行统计分析。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

图1是本实用新型的系统结构。

图中各标号为：1、平台子系统；2、中心服务器；3、显示设备；4、客户端访问控制设备；5、实验箱子系统；6、智能家居子系统；7、多点视频监视子系统；8、RFID实验设备管理子系统；9、扩展功能子系统；10、触摸控制台；11、平板电脑；12、智能手机；NET、公共通信网络。

具体实施方式

本实用新型利用传感器件（包括温湿度、光照、气体、烟雾、振动等多种传感器）、射频识别设备和视频摄像头等全面感知环境和设备等的信息，然后把采集到的信息通过公共通信网络（主要指无线通信网络和以太网）传输到物联网实训平台的服务器并进行存储，再利用实训平台对收集到的信息进行分析处理。

物联网实训平台的系统结构如图1所示，实训平台由平台子系统1、中心服务器2、显示设备3（投影仪等）和客户端访问控制设备4（触摸控制台10、平板电脑11、智能手机12）构成。其中平台子系统部分主要包括：实验箱子系统5、智能家居子系统6、多点视频监控子系统7、RFID实验设备管理子系统8四个部分（实框表示）。这四个部分既能单独完成实验或者研发任务，又能通过物联网实训平台实现互联互通，生动展现物联网在各个方面的应用场景。平台还可以根据需要扩展其他子系统（虚框表示）。四个平台子系统和扩展功能子系统优先选择RJ45接口与公共通信网络互连。

实训平台的中心服务器2提供三种公共通信网络的通信接口：面向WiFi网络的无线通信接口、面向通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）网络的无线通信接口和面向以太网的RJ45接口。中心服务器2通过这些通信接口连接到公共通信网络。中心服务器还连接上投影仪和显示器等显示设备，用于演示物联网教学实验和工程实践的相关内容。

物联网实训平台的使用者可通过客户端访问控制设备4，登陆客户端服务软件进行操作，例如查看物联网设备的相关状态、获取中心服务器2的数据和进行数据分析处理。客户端访问控制设备4主要包括触摸控制台10、平板电脑11和智能手机12等。其中触摸控制台10可通过USB接口与中心服务器2直接互连，平板电脑11可通过RJ45接口或者WiFi网络访问中心服务器2，智能手机12主要通过3G移动通信网络与中心服务器2进行通信。

1）实验箱子系统

实验箱子系统主要包括两种实验箱：ZigBee 无线传感器网络实验箱和无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）实验箱。每个物联网实验箱都能独立进行基础编程实验和课程设计。

每个独立的物联网实验箱都配备有一个实验箱网关，实验箱网关至少有一个串口，串口通过连接的无线射频模块（例如GPRS和WiFi无线模块）与无线通信网络进行通信，实验箱网关同时通过配备的RJ45接口连接到以太网。通过公共通信网络，实验箱子系统中所有实验箱都能互联互通，它们的数据也可以发送给物联网实训平台的服务器进行存储和分析处理。

2）智能家居子系统

智能家居子系统包括电灯、家电（空凋和电视等）、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、窗帘、电表、报警器和视频摄像头等智能家居模块，其中电灯、家电、传感器、窗帘、报警器和电表等智能家居模块都连接了ZigBee无线射频模块，视频摄像头模块配备有RJ45接口。智能家居子系统配备有智能家居后台服务器。

连接有ZigBee无线射频模块的智能家居模块通过ZigBee无线网络与智能家居后台服务器进行通信。配备有RJ45接口的模块（例如视频摄像头设备）通过RJ45接口连接到智能家居后台服务器。

智能家居的后台服务器通过RJ45接口或者WiFi无线模块（优先选择RJ45接口）连接到公共通信网络与物联网实训平台的服务器进行通信，智能家居的数据被保存在物联网实训平台的服务器中。

3）多点视频监控子系统

在多个重要地点设置视频监控点，利用无线局域网产品和无线网状网技术组成无线视频数据传输网。视频监控点的视频和图像信息通过Mesh网络或者RJ45接口与公共通信网络连接发送到视频监控服务器，视频监控服务器通过RJ45接口经由以太网与中心服务器进行通信。无线视频传输优先选用Strix公司的无线Mesh网络产品，能实现移动式无线接入。

4）实验设备管理子系统

实验室设备管理子系统采用RFID技术进行设备管理，设备的使用情况要及时登记，任何设备进出实验室都要通过门禁的RFID系统进行识别。实验室设备管理子系统通过RJ45接口与以太网进行通信。

设备借出时需要在设备管理系统进行登记，未完成登记通过门禁的RFID系统时，实验室喇叭会发出告警信号。当设备及时归还时，也要通过门禁的RFID系统进行识别，设备管理系统自动录入RFID系统识别的设备的相关信息。设备的借出、归还和使用维护等信息会被保存在存储器，用于分析和统计设备的利用率和质量等重要信息。

Claims

1.一种集成化的物联网实训平台，其特征是，它由平台子系统（1）、中心服务器（2）、显示设备（3）和客户端访问控制设备（4）构成；所述中心服务器（2）通过公共通信网络（NET）或通信电缆与平台子系统（1）、显示设备（3）和客户端访问控制设备（4）进行通信；所述平台子系统（1）包括实验箱子系统（5）、智能家居子系统（6）、多点视频监控子系统（7）和RFID实验设备管理子系统（8），每个子系统与中心服务器（2）之间、各子系统之间通过公共通信网络（NET）进行通信。

2.根据权利要求1所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述客户端访问控制设备（4）包括触摸控制台（10）、平板电脑（11）和智能手机（12）。

3.根据权利要求1或2所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述实验箱子系统（5）包括ZigBee 无线传感器网络实验箱和无线射频识别实验箱，每个实验箱通过一个网关与公共通信网络（NET）连接。

4.根据权利要求3所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述智能家居子系统（6）包括智能家居后台服务器和多个智能家居模块，每个智能家居模块通过ZigBee无线射频模块或RJ45接口与智能家居后台服务器进行通信，智能家居后台服务器通过RJ45接口或者WiFi无线模块连接到公共通信网络与中心服务器（2）进行通信。

5.根据权利要求4所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述多点视频监控子系统（7）由视频监控服务器及安装在不同视频监控点的多个视频监视器组成，每个视频监视器依次经无线视频数据传输网、视频监控服务器、以太网与中心服务器（2）进行通信。

6.根据权利要求5所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述平台子系统（1）的构成中还包括扩展功能子系统（9），所述扩展功能子系统（9）与中心服务器（2）及其它子系统之间通过公共通信网络进行通信。

7.根据权利要求6所述集成化的物联网实训平台，其特征是，所述显示设备（3）为投影仪或显示器。