CN204229674U

CN204229674U - 一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台

Info

Publication number: CN204229674U
Application number: CN201420497721.3U
Authority: CN
Inventors: 陈松; 孙玉国; 李文黎
Original assignee: WUXI SEVEN CORE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI SEVEN CORE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2024-09-01

Abstract

本实用新型提出一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由智能停车场区和智能公交区或智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。本实用新型具备显著的应用区域，起到软件与平台之间的模拟仿真互动，显示出物联网结构，能充分让学生认知和理解物联网系统结构。

Description

一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台

技术领域

本实用新型涉及物联网教学平台，具体涉及一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台。

背景技术

物联网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。

市场上现有物联网综合教学实验平台从结构上基本上都是传感器、控制器、RFID设备以及其他相应设备的堆积，显示不出物联网结构，起不到学生对物联网系统结构的认知和理解；且没有显著的应用区域，起不到软件与平台之间的模拟仿真互动；现有的物联网综合教学实验平台仅仅只是物联网技术的演示，起不到教学的效果，教学项目起不到对学生的专业培养。

实用新型内容

为克服上述缺点，本实用新型提供的技术方案为：一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由智能停车场区和智能公交区或智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。

进一步，采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、CO₂、触摸调光6种高精度传感器；控制子区中集成了LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器；从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、CO₂传感器以及数字气压传感器。

进一步，自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。

进一步，ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及CO传感器；在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能。

进一步，泛在网通信传输区设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SPI、IIC接口；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动；还具备2.4G有源读写模块。

进一步，433M传输区采用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。

进一步，应用层根据应用的不同可分为智能交通应用、智能农业应用；由智能停车场区和智能公交区或由智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。

进一步，智能停车场区包括进出停车场的自动道闸、入口发卡器、出口读卡器、六个带自动感应的停车位、显示停车位信息的LED显示屏以及监控停车场的摄像头，进出停车场的自动道闸由低频RFID读卡模块控制；智能公交区包括四个智能感应公交站点、模拟公交路线的传送带、公交车温湿度监测器、公交车烟雾探测器、声光报警灯、上下车读卡器、公交车排气扇、监控站点的摄像头、扬声器、三个紧急按钮以及显示公交车信息的LED显示屏。

进一步，智能农业模型区由大棚环境监控系统、大棚安全系统以及作物生长监测系统构成；环境监控系统包括空气温湿度探测器、土壤温湿度探测器、光照强度探测器、CO2探测器、自动加热控制器、补光灯控制器、通风扇控制器、自动喷灌控制器以及自动卷帘控制器；大棚安全系统主要包括人体红外感应、摄像头以及声光报警灯；作物生长监测系统主要负责监测作物生长情况，包括记录作物生长时期的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、CO2浓度等环境因素，便于在做农产品追溯时能方便追溯到农产品生长的环境参数，除此之外摄像头也负责采集作物长势视频有利于对作物。

进一步，应用层还设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成。

本实用新型的有益效果：

1.按照物联网学术界的定义将平台结构严格划分为感知层、网络层以及应用层。每一部分都可以单独的完成相关知识的教学实验，非常易于老师组织教学。

2.集成WIFI通信、ZIGBEE通信、433M无线通信、NFC通信、RS-485通信、RS-232通信、RFID智能识别、远程传感采集和控制等技术于一体，集成了各种高精度传感器和控制单元，并且网络层标配的ZigBee节点模块，还可根据用户需求进行传感器种类套件搭配。各传感器节点模块形式一致，可方便的与备选模块进行替换，且便于后期设备维护。

3.独创性的加入了物联网在智能农业、智能交通等行业方向的应用，学生不再拘泥于形式单一的实验。通过生动直观的综合应用，能充分调动学生的学习积极性和有效巩固所学知识点。

4.加入了实验平台管理软件，老师或者学校实验室管理员可以进入实验平台管理系统去查询平台的历史使用记录，方便有效的查询设备的使用情况和学生的使用记录。

附图说明

图1是本实用新型应用层为智能交通应用的布局示意图；

图2是本实用新型应用层为智能农业应用的布局示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由智能停车场区和智能公交区或由智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。

采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、CO₂、触摸调光6种高精度传感器；用户可以通过上位机、手机终端、浏览器访问采集子区来获取每一种传感器采集的数据。控制子区集成了LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器，用户也可以通过上位机、手机终端、浏览器访问控制子区来控制每一种控制器的工作状态。从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、CO₂传感器以及数字气压传感器。

除了通过上位机、手机终端、浏览器来监控采控区外，用户还可以通过多种联动来控制采控区各种传感器和控制器的工作，比如人体红外和声光报警灯，当人体红外检测到人时，将启动声光报警灯进行报警；在联动工作方面，除了设计了一些联动方式供老师学生操作外，还预留了一些联动方式供老师学生进行开发，达到学习与应用相结合的互动效果。

自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。用户可以通过上位机、手机终端、浏览器访问自动识别区进行操作读取数据，也可以自行开发相关的应用。

ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及CO传感器，并可根据用户需求进行传感器种类套件搭配。在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能, 达到对ZigBee技术更深层次的学习和实验。

泛在网通信传输区采用ARM Cortex A8处理器,并设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，在外形上更加美观、大方。该区集成了包括以太网、Wifi、3G、ZigBee、433M等多种主流通信方式，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SPI、IIC接口，方便用户在此平台上进行二次开发；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动，比如通过语音识别控制LED射灯、步进电机等；还具备2.4G有源读写模块。

433M传输区采用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。

应用层根据应用的不同可分为智能交通应用、智能农业应用；由智能停车场区和智能公交区或由智能农业模型区和智能农业控制显示区构成，并且设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成，主要用于辅助学生老师来进行物联网的教学、学习以及开发。逻辑分析仪可以帮助用户学习分析物联网各种协议数据，并且在用户二次开发时利用此设备进行调试，使整个开发事半功倍。ZigBee协议分析仪主要针对ZigBee协议，有助于用户更加快捷有效地学习ZigBee协议，同时在用户针对ZigBee进行开发时也有很好的效果。

实施例1：

智能交通应用由智能停车场区和智能公交区构成，以模型加软件的方式来模拟展示未来智能交通的应用。

智能停车场区包括进出停车场的自动道闸、入口发卡器、出口读卡器、六个带自动感应的停车位、显示停车位信息的LED显示屏以及监控停车场的摄像头，进出停车场的自动道闸由低频RFID读卡模块控制，当有车经过时，低频模块自动读取车底的低频标签，此时对应的道闸自动打开，如果是入口发卡器将自动吐出一张卡作为计时计费使用，如果是出口只需将进入停车场吐出的卡在出口读卡器上刷一下，系统将自动计时计费并在显示屏上显示出所要缴纳的费用。停车位感应使用低频RFID读卡模块，当有车停在停车位上时，低频模块读取车底低频标签自动记录此停车位的车辆牌号，并显示出来说明此停车位有车辆，摄像头主要监控停车场的停车情况。

智能公交区包括四个智能感应公交站点、模拟公交路线的传送带、公交车温湿度监测器、公交车烟雾探测器、声光报警灯、上下车读卡器、公交车排气扇、监控站点的摄像头、扬声器、三个紧急按钮以及显示公交车信息的LED显示屏。系统使用传送带将公交车模型从一个公交站点传到下一个公交站点，每到一个站点扬声器都会自动报站以及提醒下一个站点，LED显示屏也将显示该公交车的位置信息。公交车温湿度监测器、烟雾监测器主要用于监测公交车内的温湿度信息以及火警预警，当出现烟雾浓度过高时，传送带将制动模拟显示小车停止，触发声光报警灯以及排气扇。上下车读卡器主要用于统计公交车内乘客的数量。三个紧急按钮分别为治安呼叫按钮、医疗呼叫按钮以及特殊事件呼叫按钮，治安呼叫按钮为公交车内出现偷盗、打架或者抢劫等治安事件时司机按下治安呼叫按钮，将自动发送信息至警用信息平台进行报警，附近派出所将根据公交车位置做出措施（预先到达公交车下一站点）；医疗呼叫按钮为公交车内出现急性病人时司机按下医疗呼叫按钮，将自动发送信息至医用信息平台进行报警，医院将根据公交车位置做出措施（预先到达公交车下一站点）；特殊事件按钮为公交车出现损坏、车祸等特殊事件时，司机按下特殊事件按钮将自动发送信息至公交中心站进行呼救，公交中心站将根据公交车位置派出应急车辆进行援救。

实施例2：

智能农业模型区由大棚环境监控系统、大棚安全系统以及作物生长监测系统构成；大棚环境监控系统主要监控空气温湿度、土壤温度、土壤含水量、光照强度以及大棚内的CO₂浓度等影响农作物生长的关键环境因素，根据农作物种植经验对这些环境关键值进行判别，当某种数值偏离设定值时，大棚会自动做出反应（如空气温度偏低时打开供暖设施；温度偏高时则开启通风扇通风；含水量不足时则自动打开喷灌设备等）。环境监控系统包括空气温湿度探测器、土壤温湿度探测器、光照强度探测器、CO₂探测器、自动加热控制器、补光灯控制器、通风扇控制器、自动喷灌控制器以及自动卷帘控制器；大棚安全系统主要包括人体红外感应、摄像头以及声光报警灯，当大棚处于布防时，有人非法侵入触发人体红外感应，这时将自动启动声光报警灯进行报警、启动摄像头进行抓拍，并将以短信或者语音的方式向用户进行报警；作物生长监测系统主要负责监测作物生长情况，包括记录作物生长时期的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、CO₂浓度等环境因素，便于在做农产品追溯时能方便追溯到农产品生长的环境参数，除此以外摄像头也负责采集作物长势视频有利于对作物生长规律的研究。

智能农业控制显示区可分为环境监控区和安全布放区，环境监控区包括空气温湿度显示仪、土壤温湿度显示仪、光照强度显示仪、CO₂浓度显示仪、自动加热控制器状态灯、补光灯控制器状态灯、通风扇控制器状态灯、自动喷灌控制器状态灯以及自动卷帘控制器状态灯，还设有自动加热控制器面板、补光灯控制器面板、通风扇控制器面板、自动喷灌控制器面板以及自动卷帘控制器面板，安全布放区主要是控制大棚布放或者撤防，以及当布防时有安全警报时进行报警。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由智能停车场区和智能公交区或智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。

2.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、CO₂、触摸调光6种高精度传感器；控制子区中集成了LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器；从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、CO₂传感器以及数字气压传感器。

3.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。

4.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及CO传感器；在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能。

5.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述泛在网通信传输区设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SPI、IIC接口；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动；还具备2.4G有源读写模块。

6.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述433M传输区采用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。

7.根据权利要求1所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述应用层根据应用的不同可分为智能交通应用、智能农业应用；由智能停车场区和智能公交区或由智能农业模型区和智能农业控制显示区构成。

8.根据权利要求7所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述智能停车场区包括进出停车场的自动道闸、入口发卡器、出口读卡器、六个带自动感应的停车位、显示停车位信息的LED显示屏以及监控停车场的摄像头，进出停车场的自动道闸由低频RFID读卡模块控制；智能公交区包括四个智能感应公交站点、模拟公交路线的传送带、公交车温湿度监测器、公交车烟雾探测器、声光报警灯、上下车读卡器、公交车排气扇、监控站点的摄像头、扬声器、三个紧急按钮以及显示公交车信息的LED显示屏。

9.根据权利要求7所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述智能农业模型区由大棚环境监控系统、大棚安全系统以及作物生长监测系统构成；环境监控系统包括空气温湿度探测器、土壤温湿度探测器、光照强度探测器、CO2探测器、自动加热控制器、补光灯控制器、通风扇控制器、自动喷灌控制器以及自动卷帘控制器；大棚安全系统主要包括人体红外感应、摄像头以及声光报警灯；作物生长监测系统主要负责监测作物生长情况，包括记录作物生长时期的空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、CO2浓度等环境因素，便于在做农产品追溯时能方便追溯到农产品生长的环境参数，除此之外摄像头也负责采集作物长势视频有利于对作物生长规律的研究；智能农业控制显示区可分为环境监控区和安全布放区，环境监控区包括空气温湿度显示仪、土壤温湿度显示仪、光照强度显示仪、CO2浓度显示仪、自动加热控制器状态灯、补光灯控制器状态灯、通风扇控制器状态灯、自动喷灌控制器状态灯以及自动卷帘控制器状态灯，还设有自动加热控制器面板、补光灯控制器面板、通风扇控制器面板、自动喷灌控制器面板以及自动卷帘控制器面板，安全布放区主要是控制大棚布放或者撤防，以及当布防时有安全警报时进行报警。

10.根据权利要求1或7所述的可应用于智能交通、智能农业的物联网教学实训平台，其特征在于：所述应用层还设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成。