物联网工程应用实训室建设方案

一、物联网工程应用系统概述

1.1物联网工程定义

物联网工程（Internet of Things Engineering）是一种以信息技术（IT）来改善实体世界中人们生活方式的新兴学科，它利用互联网技术为我们的日常生活活动提供服务和增益，从而让各种智能设备充分的融合在我们的生活中。物联网工程主要涉及硬件设备、网络技术、生物技术、嵌入式系统、电子信息工程、控制工程和传感物联网的技术应用。

物联网工程的核心是通过数据采集技术，实现实时交互和智能连接。从技术上讲，物联网工程可以将IOT（Internet of Things）云计算、网络技术、物联网传感技术等技术充分融合在一起，从中获得大量数据，这些数据则可以帮助个体、团体和企业根据需求，采用合适的技术，快速准确地做出判断和处理决策，从而实现智能控制和管理。

物联网工程可以将传统设备、仪器设备、信息系统、交互设备以及传感器系统全部接入互联网，并通过开发智能软件及平台，使物联系统能满足越来越多样化、实时性要求。物联网工程还可以实现复杂系统的集成，利用全球化的互联网来联结多个系统，从而帮助企业和个体实现互联网大规模、智能的综合应用及实施。

物联网工程是一门相对较新的学科，所研究的问题非常多，可以用于解决日趋复杂的生活环境，让人类生活得更安全更舒适，物联网工程将会深刻改变当前的社会和经济格局，其技术发展的方向非常广泛主要包括：智能分析、物联网技术发展、物联网安全和安全管理、自动化技术等等。未来有很多基于物联网的应用和技术能够真正的运用于实践，成为物联网时代的新突破。

1.2物联网工程应用系统概述

物联网工程是指通过将物理设备、传感器、网络连接和数据分析等技术应用于物理系统和设备之中，实现智能化、自动化和互联互通的领域。它涉及了多个学科领域，如计算机科学、电子工程、通信技术和数据科学等。物联网工程的主要目标是建立起一个互联的网络，使得物理设备和传感器能够实时收集和传输数据，并通过网络进行交互和控制。这样可以实现设备之间的智能互联和数据共享，从而提高效率、降低成本，甚至创造新的商业模式和价值。物联网工程应用系统是基于物联网技术的应用系统，旨在通过连接并管理各种物理设备和传感器，实现设备之间的数据交互、实时监控和远程控制，以提高生产效率、优化资源利用、增强安全性等目的。

物联网工程应用系统的概述如下：

1.设备连接与管理：物联网工程应用系统通过物联网平台，将各种设备、传感器和终端节点连接到一起，实现设备的注册、连接和配置管理。通过统一的接口和协议，使得设备能够与系统进行通信和互联。

2.数据采集与处理：物联网工程应用系统从各个接入设备和传感器中采集数据，并对数据进行处理和分析。通过数据采集和处理，系统能够实时获取设备状态、环境参数等信息，并进行数据预处理、清洗和聚合，为后续的业务决策提供支持。

3.实时监测与远程控制：物联网工程应用系统可以对接入设备进行实时监测和控制，通过实时数据更新和可视化展示，用户可以随时了解设备的运行状态，及时发现异常情况并采取相应的措施。同时，系统也可以对设备进行远程控制，通过指令下发和反馈机制，实现对设备的远程操作和调控。

4.数据分析与决策支持：物联网工程应用系统通过对采集到的大量数据进行分析和建模，可以提供丰富的数据指标和报表，帮助用户进行数据分析和业务决策。基于数据分析的结果，系统可以生成预警信息、优化资源分配、改进生产流程等建议，提高工作效率和质量。

5.安全性与隐私保护：物联网工程应用系统注重数据的安全性和隐私保护。通过身份认证、数据加密传输、权限管理等安全机制，保障系统的安全性；同时，也注重用户的隐私权，严格遵循数据保护法规和隐私政策。

物联网工程应用系统在工业自动化、智能城市、智能家居、物流运输、农业等领域有广泛的应用。它们的目标是实现智能化、高效化的管理和控制，提升生产效率、降低成本、改善用户体验。

二、物联网工程应用实训室介绍

2.1实训室简介

物联网工程应用实训室是为了培养物联网工程师和相关专业学生的实践能力而设立的实践教学场所。实训室需配备物联网设备、传感器、网络设备和相关软件工具，提供了一个模拟真实场景的环境，让学生能够进行真实的物联网应用开发、测试和调试。

以下是物联网工程应用实训室的介绍：

硬件设备：实训室配备了各种物联网设备，如传感器、执行器、嵌入式开发板、通信模块等。这些设备能够模拟实际的物联网应用场景，如智能家居环境、智慧农业、智慧交通系统等。

网络设备：实训室中有用于组网和连接物联网设备的网络设备，包括网络交换机、路由器、无线接入点等。这些设备用于搭建物联网设备之间的通信网络，实现设备之间的数据传输和交互。

实训软件：实训室提供相关的软件工具和开发环境，供学生进行物联网应用的开发、管理和监控。这些软件工具包括物联网云平台、云服务平台、开发工具集等。

实践项目：实训室通会提供一些实践项目，供学生团队进行实践学习和项目开发。这些项目可以是基于真实场景的应用案例，学生需要设计和开发相应的物联网解决方案，并进行实施、测试和配置。

培训课程：实训室还会提供相应的培训课程，包括理论知识教学和实践操作指导。学生可以通过课程学习物联网的基本理论知识，掌握物联网应用开发的技能和方法。

通过物联网工程应用实训室的学习和实践，学生可以深入理解物联网技术的原理和应用，熟悉相关的开发和调试工具，提升自己的实践能力和解决问题的能力。这对于未来从事物联网工程相关工作的学生来说，具有重要的意义。

2.2建设目的

实践能力培养：通过实训室的建设，旨在提供一个真实的物联网应用场景，让学生能够在实际环境中进行实际操作和实践项目。通过实践，培养学生的实践能力，让他们能够熟练运用物联网技术进行应用开发、测试和调试。

团队协作能力培养：物联网工程应用往往需要多个人员协作完成，包括硬件设备安装、系统架构设计、软件开发等。实训室的建设目标是培养学生的团队协作能力，让他们能够在实际项目中与他人合作，形成分工合作的良好氛围。

解决问题能力培养：在实际的物联网应用中，问题和挑战时常出现，如设备故障、数据传输异常等。实训室的建设目标是培养学生的解决问题的能力，通过实际操作和调试，让他们能够独立分析和解决问题，并培养他们的创新思维和解决方案的能力。

创新意识培养：物联网工程应用实训室鼓励学生在实际项目中提出创新的想法和解决方案，培养他们的创新意识和创业精神。通过实践和实验，激发学生的创新能力，培养他们在物联网领域中的创新思维和创业能力。

实际应用能力培养：物联网工程应用实训室的目标是培养学生在实际应用中的能力。通过针对实际应用场景的项目实践，学生将能够掌握物联网技术在不同领域中的应用，如智能家居、工业自动化、智慧城市等，为未来的求职和职业发展奠定坚实的基础。

物联网工程应用实训室的建设目标是通过实践和项目实践，培养学生的实践能力、团队协作能力、解决问题能力、创新意识和实际应用能力，以适应物联网技术发展的需求，并为学生的职业发展打下坚实的基础。

三、物联网工程应用实训室组成

3.1物联网工程应用实训台

物联网工程应用实训台是一款物联网多功能教学实训平台，按照物联网技术架构，分为感知层、网络层、应用层，以智能家居、智慧农业、智能交通、智慧安防为案例，为学生提供一个学习物联网底层硬件构成、业务原理及应用开发的实训环境。实训台综合运用传感器技术、RFID技术、接口控制技术、无线传感网技术、Android应用开发等，配合实训台上的433M无线通信设备、ZigBee节点、射频设备、控制设备、网关以及物联网云平台，构建集基础性、验证性、设计性、综合性和创新性开发五位一体综合实训台，实现智能家居门禁安防监控、智能家居环境监测、家居设备智能控制、农业环境智能检测、农业设备智能控制等功能。

产品特点

1、方便教学：以职业院校物联网专业人才培养的目标和方法为基础，在实训教学上进行优化和设计，提出从物联网知识技术的认知，到物联网实操技能的训练，最终达到物联网专业岗位能力提升的教学理念。

2、技术覆盖广：设计上将尽量多的主流的物联网设备或物联网技术集成到系统中，包括传感器技术、数据采集技术、射频识别技术、无线网络技术、移动互联网技术、嵌入式技术、智能终端技术、上位机应用软件技术等，物联网相关技术领域覆盖全面。

3、提供丰富的应用实训系统实例：系统以智能家居应用、智慧交通应用、智慧农业应用、智能环境监控等应用场景，及基于应用场景的多种业务子项，所有的应用场景及业务子项功能均选材至真实的物联网行业应用。

4、模块化设计方便扩展：软硬件系统采用平台化、模块化设计，结合通用化、标准化设计的物联网实训工位，除了可完成配套实训内容的演示训练，还可以基于物联网实训工位以及系统的软硬件模块，外接、扩展更多的技术或业务。

5、配套海量教学资源：本实训装置除提供完整的软硬件系统外，还配备针对设备完整的物联网实训指导书、完整丰富的教学实训素材资源、以及基于设备系统的物联网教学视频。提供免费的安装部署服务和设备实训培训服务。

技术优势

（1）无线通信模组

无线节点可以直接通过唯众“可视化界面生成器”和“可视化控制器”进行功能配置，支持动态改变无线节点模块IO口的功能，功能包括按键接入、数字量接入、数字量输出、模拟量输入、PWM输出，应做到切换这些功能时，无需重新烧写无线节点固件。

（2）可视化编辑器

通过电脑PC端可直接以“可见即可得”的方式在此工具上生成不同的设备操作界面，支持指示灯、按键、图片集合、变量视窗、图文链接等五种可视化控件。所有控件的动作都可以直接反应到实际的物联设备（即无线节点模块）上。界面生成后，可以直接导入App使用，而不需要重新编译或安装App。

（3）可视化控制器

App可实现对无线节点的数据查看、状态查看、动作控制等功能。App可实现不同无线节点间的动作联动。联动操作可直接通过App进行配置，而不需要重新编写嵌入式或App代码。App可以实现动作列表的编辑，可以将执行器的动作按顺序打包为动作列表，并为其配备触发源信号，从而实现联动。

（4）物联网关

基于ARMCortex-M4核心的通信网关，支持唯众无线节点模块，与配套唯众物联网教学App和唯众物联网PC编辑器。物联网关可以管理不同协议的无线节点模块，并能将多个无线节点模块视作不同设备，将无线节点模块的数据转换为TCP网络通信，网关同无线节点模块可以互通互联，轻松构建物联网络。具共同构成的物联应用开发平台。通过本物联网平台，可以迅速降低物联网应用的开发成本和开发时间，开发者即便不会编程，也可以在一两天之内，就迅速使用本平台开发出自己的物联网应用。唯众物联网关自带两路串口透传服务，可外接zigbee、lora、NB-IOT等多种无线传输模块，同时支持协议转换，可通过唯众物联云平台直接查看节点数据，也可生成API接口供应用层开发。

实训功能

提供以下软硬件支撑：

1）基础硬件：包含唯众物联网关、唯众物联节点构成，覆盖、 ZigBee 无线传感网络、433M无线通信、 Wi-Fi 无线网络、BLE蓝牙、 LoRa窄带物联通信、 NB-IOT物联通信技术、Android 移动互联开发、嵌入式开发、传感器技术、执行控制、网络通信、 NET 开发、 JavaScript 等技术；

2）实训模块：采用工业级高精度传感器、执行器，涵盖采集模拟量/数字量等多种传感采集技术，基于行业的具体应用进行功能模块的设计，提供完整的硬件驱动层、网络传输层、协议转换调试等教学实训内容；

3）实训项目：通过实训挂板提供的硬件模块，组合形成的各种复杂应用场景，提供完整的硬件驱动层、网络传输层、唯众应用层（Android 和 NET）等教学实训内容；

4）综合案例：基于物联网结合到具体行业的应用案例，提供完整的案例开发手册及相关源码。

3.2物联网云平台

物联网融合云平台是一款Web应用程序，该平台主要服务于全国各地的高职高专院校，为高职高专院校提供了完善物联网系统，方便于学生通过物联网融合平台学习到物联网硬件知识及掌握软件编程技术，同时满足物联网技能大赛的需要。

平台基于linux底层针对教学和技能大赛而开发，基于B/S架构，采用 MVC 模式开发；抽象出对象层，展现层和控制层，之间没有依赖性，松耦合的代码组织方便进行大规模的并行开发，分批分次对整个系统进行升级、维护、改造提供基础，扩展能力极强。物联网融合平台集教学和大赛为一体，在满足学生学习使用平台和实训设备的同时，也能提高对技能大赛所考核内容的熟练程度。每个学生可以在平台中自由创建物联网项目，通过自己的项目来控制实训设备，并且该平台同时支持多端操作（可以上网的PC、智能手机、平板电脑等），物联网融合平台真正的做到了让学生体会到物联网技术的应用以及物联网应用的职业前景。

产品特点

1、简化数据管理：对于服务层的传感器数据较多，以及用户数据较多的情况，云端支持一键同步功能，只要确保在服务层连接外网的情况下，可将数据同步到云端；对于网关、传感器设备，只要确定在服务层连接外网的情况下，服务层发生改变自动同步到云端，不需要再次添加。

2、丰富的数据分析：提供丰富的数据统计与分析结果展示，帮助学校从整体上把握设备的使用情况。

3、跨平台：基于Web架构你所需的仅仅是网页浏览器或者移动终端，无需纠结使用哪款操作系统，任何可以上网的PC、智能手机、平板电脑等设备都可以随时随地的访问云平台

平台主要有四个功能特色

第一，平台提供物联网感知层设备快速接入 物联网感知层(网关、节点，如摄像头)接入目前平台提供多种接入协议类型

第二，平台提供API标准输出 平台提供二次开发统一数据格式标准，简单，不限开发语言,以便学生通过云平台提供的统一API接口进行数据的采集、分析和设备的监测控制快速开发属于自己的物联网应用程序。

第三，实训项目管理 学生可创建、启动、修改、删除属于自己的物联网项目,并根据项目生成专属API接口文档管控项目内感知层(网关、节点，如摄像头)的硬件连接。

第四，轻松上云 平台提供完善、安全的云端数据开发接口,规避复杂物联网通信协议的解析、云端数据转换任务,简化物联网项目开发、调试过程,使学生简单、高效地开发物联网项目应用。平台非常适合物联网初学者使用，通过将感知层与应用层快速连接，降低了学习门槛，支持主流高级开发语言做出企业级的应用。

实训功能

学生可以在前台实训页面中自由创建物联网项目，创建项目之后可以对项目进行配置，如添加设备、添加传感器、配置策略。在配置完之后，学生可以执行生成API接口文档操作。学生可以参照API接口文档来进行编程，最终达到控制实训设备的目的。

3.3图形化编程工具

图形化编程工具是一款基于拖拽式图形化设计的可视化编程工具库，通过拖拽式图形化编程完成程序设计。作为一种易于掌握的图像化编程环境，是编程初学者学习和掌握程序设计方法的有力工具。用图形化编程方式去理解程序语言，可以让学生更加容易理解编程语句的内容，解决了绝大多数编程语法入门难的痛点。

图形化编程工具基于blockly语言模块，用图形模块表示使用硬件的各类底层驱动库，根据图形模块上下关联形式连接变量、函数、输入输出等各类语言代码，最终组合为可执行C语言或python语言代码。基于图形化的编程模型很好地映射实际代码关系和层级结构，替代传统的代码编写过程，简化底层硬件代码编写过程。

四、物联网工程应用实训室建设图

五、物联网工程应用实训室方案清单

六、物联网工程应用实训室方案价值

6.1 专业教学支撑

可提供信息技术类（综合布线、物联网、智能家居、智能安防、电子信息、嵌入式、移动互联）教学软硬件环境；可提供信息技术类（综合布线、物联网、智能家居、智能安防、电子信息、嵌入式、移动互联）实训软硬件资源；

6.2 1+X认证服务

提供1+X证书（物联网智能家居系统集成和应用、物联网传感网开发）初级、中级、高级认证培训资源；Web前端开发1+X证书初级、中级资源

6.2.1 智能家居系统集成和应用

6.2.2 传感网应用开发

6.2.3Web前端开发

6.3 技能大赛支撑

6.3.1物联网技术应用与维护

6.3.2智能家居安装维护技能比赛

6.3.3移动互联软件赛项内容

6.3.4嵌入式应用开发赛项内容

6.4 物联网专业群技能大赛支撑

6.4.1 5G技术应用开发大赛

2020年中国通信学会举办，大唐多络承办的“中国大学生5G技术应用开发大赛”中，武汉唯众将作全面技术支持服务。

6.4.2 一带一路金砖国家技能发展与创新大赛

6.4.3建筑智能化安装与调试