"追求技術(shù)進步、服務(wù)科教興國、支持教育事業(yè)"
SBWZ-05A物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)室是一個完整的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)室，是集教、學(xué)、培訓(xùn)認證統(tǒng)一的實訓(xùn)平臺，可進行各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能視頻技術(shù)等教學(xué)實驗，能夠模擬典型智慧校園、智能追溯等實際應(yīng)用。通過實訓(xùn)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方面的高技能技術(shù)人才。并且學(xué)生、學(xué)員可就業(yè)于與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的企業(yè)、行業(yè)，從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的工作。通過豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)實驗案例及體驗，可以激發(fā)學(xué)生的想象力，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，并提供多樣化的集知識性和趣味性于一體的超強用戶體驗。讓學(xué)生可以在實訓(xùn)室就能看到行業(yè)內(nèi)的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)員動手設(shè)計的能力，成為有特色能力的專業(yè)技術(shù)人才�？梢园凑諏W(xué)生自己的興趣愛好分配實訓(xùn)系統(tǒng)，專業(yè)，專注，針對性強。
物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)室效果圖
1.1物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)室
1.1.1實訓(xùn)功能概述
1、綜合應(yīng)用實訓(xùn)
n 認知型實訓(xùn)包括：
安全生產(chǎn)操作相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求和相關(guān)術(shù)語的學(xué)習；
安全用電工作知識的學(xué)習；
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景需求分析與業(yè)務(wù)設(shè)計；
常用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件基礎(chǔ)知識的學(xué)習；
安裝布線標準規(guī)范性知識的學(xué)習；
物聯(lián)網(wǎng)終端的基礎(chǔ)概念、結(jié)構(gòu)及功能的學(xué)習；
物聯(lián)網(wǎng)標識信息的讀寫；
計算機操作與通信基礎(chǔ)理論的學(xué)習；
應(yīng)用程序的下載與安裝；
常用電氣設(shè)備符號的識別；
電氣設(shè)備安裝知識的學(xué)習；
強電、弱電環(huán)境下工作的安全性知識的學(xué)習；
系統(tǒng)化思維及繪圖工具使用知識的學(xué)習；
常用專業(yè)工具使用方法和技巧的學(xué)習；
常用檢測儀器操作及測量方法的學(xué)習；
電工及調(diào)試工具的應(yīng)用；
有線、無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建和調(diào)試；
物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備電路工作原理的學(xué)習；
故障排查、測試及維修環(huán)境條件；
檢測設(shè)備及工具的限制與使用；
不可靠終端設(shè)備對應(yīng)用場景的預(yù)防性判定和維修；
電氣設(shè)備的巡檢、測量技術(shù)的學(xué)習；
云平臺系統(tǒng)、終端排故的軟件技術(shù)的學(xué)習；
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建、配置與連接；
Modbus RTU/ Modbus TCP 標準通信協(xié)議的學(xué)習應(yīng)用；
采集數(shù)據(jù)的展示及組態(tài)設(shè)計；
物聯(lián)網(wǎng)平臺私有云、公有云架構(gòu)知識；
通信協(xié)議標準及工業(yè)設(shè)備的 IoT 協(xié)議的學(xué)習應(yīng)用；
Web API 及 Android API 開發(fā)；
常見的數(shù)據(jù)分析；
數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識的學(xué)習；
數(shù)據(jù)庫的基本操作；
規(guī)則引擎知識學(xué)習與應(yīng)用；
用戶界面設(shè)計的基本原則和方法的學(xué)習與應(yīng)用。
n 實操型實訓(xùn)包括：
鍛煉溝通需求、合作交流能力；
閱讀并理解系統(tǒng)需求文檔；
識讀電氣原理圖；
熟練使用繪圖設(shè)計軟件；
編寫方案設(shè)計文檔和報告；
利用檢測儀器測試網(wǎng)絡(luò)跳線；
選用網(wǎng)線并利用工具制作網(wǎng)線跳線；
搭建和配置有線、無線網(wǎng)絡(luò)；
正確添加、管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備并進行參數(shù)設(shè)定；
正確配置、使用串口調(diào)試工具軟件；
實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)展示和場景聯(lián)動；
識讀軟硬件說明書；
判定運行錯誤的原因及需要采取的措施；
利用專業(yè)工具和檢測儀器，檢測、調(diào)試與更換有缺陷、工作不正常的終端和應(yīng)用模塊；
分析故障現(xiàn)象并根據(jù)工作原理判定故障點，即時維修；
完成維修報告并制定預(yù)防性維護計劃；
對檢修流程及結(jié)果有效使用數(shù)字文檔；
參照相關(guān)行業(yè)標準開展終端設(shè)備更換與維修操作；
更新、卸載應(yīng)用軟件程序；
正確使用專業(yè)工具安裝、拆卸設(shè)備；
識讀電氣工作原理圖、接線圖；
編制系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用說明文檔；
閱讀技術(shù)文件、繪制開發(fā)測試流程；
使用C 和java 完成應(yīng)用輔助開發(fā)；
排除軟件系統(tǒng)出現(xiàn)的故障和問題；
掌握物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備聯(lián)動規(guī)則；
利用 SQL 語句對數(shù)據(jù)庫進行操作；
設(shè)計用戶需求產(chǎn)品的原型。
2、項目案例實訓(xùn)
n 智慧牧場
智慧牧場課程案例，通過在AIoT平臺的仿真實驗工具中部署LoRaWAN網(wǎng)關(guān)、溫濕度傳感器、GPS傳感器等案例所需的相關(guān)仿真設(shè)備，模擬智慧牧場項目場景下的現(xiàn)實設(shè)備部署情況，運用GPS、LoRa等現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對牧場環(huán)境的監(jiān)測、對奶牛的定位、對牧場安全的監(jiān)控等監(jiān)測與管理。
模擬智慧牧場系統(tǒng)還引入使用開源軟件平臺ChirpStack與ThingsBoard，結(jié)合LPWAN技術(shù)，實現(xiàn)遠程低功耗數(shù)據(jù)采集、上報和展示。在ChirpStack平臺上，用戶可對網(wǎng)關(guān)、GPS、溫濕度傳感器等設(shè)備進行配置，以上送仿真實驗中的虛擬數(shù)據(jù)。在ThingsBoard平臺上，設(shè)置牧場地圖、告警信息、溫濕度等各儀表盤組件；獲取仿真設(shè)備上送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以圖表形式作可視化呈現(xiàn)；以及基于流式編程添加相應(yīng)的規(guī)則策略，最終完成模擬智慧牧場實訓(xùn)場景的部署搭建。
智慧牧場實驗流程
圖：智慧牧場課程案例，使用GPS對奶牛位置進行定位，通過LoRa網(wǎng)絡(luò)將位置信息上報，使用ThingsBoard平臺的電子圍欄工具結(jié)合騰訊地圖，實現(xiàn)奶牛越過電子圍欄時發(fā)送警報提醒。
圖：智慧牧場課程案例，在牛棚內(nèi)安裝溫濕度傳感器和排風扇，在ThingsBoard云平臺上制定規(guī)則策略，當棚內(nèi)溫度過高時自動開啟排風扇對牛棚進行降溫，以保障奶牛養(yǎng)殖環(huán)境處在適宜的溫度下。
n 智能家居
智能家居案例，基于TCP協(xié)議，在AIoT平臺的仿真工具上，部署TCP網(wǎng)關(guān)模塊，并通過配置所選用的無線傳感器的設(shè)備標識，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)與光照度、溫濕度、門磁、煙霧等無線傳感器的互連，獲取上送無線傳感器的虛擬數(shù)據(jù)，模擬現(xiàn)實生活中智能家居設(shè)備的部署搭建。
AIoT平臺向用戶推薦提供Home Assistant開源系統(tǒng)進行智能家居案例實現(xiàn)。Home Assistant作為一個基于Python3的自動化智能家居平臺，支持眾多品牌的智能家居設(shè)備部署，方便手動或按照自己的需求自動化聯(lián)動各種外部設(shè)備，可通過Node-RED管理設(shè)備的自動化規(guī)則，直觀展現(xiàn)傳感器設(shè)備在不同環(huán)境下實現(xiàn)的功能。用戶還可自主繪制并導(dǎo)入智能家居場景平面圖，設(shè)置相關(guān)傳感器設(shè)備的位置，提高用戶體驗感。
智能家居實驗流程
圖：智能家居課程案例，使用自動化智能家居平臺Home Assistant，對安裝好的感知層設(shè)備進行數(shù)據(jù)的瀏覽和各種自動或手動的執(zhí)行操作。
n智慧溫室
智慧溫室案例，引入了ThingsBoard IoT Gateway開源解決方案，在AIoT平臺的仿真工具中部署ThingsBoard gateway網(wǎng)關(guān)，以連接ThingsBoard云平臺，便于上送溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，搭建恒溫機執(zhí)行器模塊。基于ThingsBoard平臺，用戶可在儀表盤內(nèi)添加設(shè)置智慧溫室場景、溫濕度顯示設(shè)備等組件，獲取仿真實驗中上送的虛擬數(shù)據(jù)，以動態(tài)曲線的形式作可視化呈現(xiàn)；用戶還可根據(jù)案例要求，在ThingsBoard平臺的規(guī)則鏈庫中，自主編輯設(shè)定規(guī)則引擎，實現(xiàn)智慧溫室的恒溫控制與異常告警。
智慧溫室實驗流程
圖：智慧溫室課程案例，使用ThingsBoard云平臺的規(guī)則引擎，通過低代碼的開發(fā)形式制定規(guī)則策略，根據(jù)室內(nèi)與室外的溫度狀態(tài)自動判斷和執(zhí)行恒溫機以及空氣循環(huán)器的開啟和關(guān)閉。
圖：智慧溫室課程案例，使用ThingsBoard云平臺的儀表板，對感知層設(shè)備上送的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)與設(shè)備狀態(tài)進行展示。
1.1.2教學(xué)資源
1)物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)
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序號 |
類型 |
實訓(xùn)內(nèi)容 |
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1 |
智慧牧場 |
一、 智慧牧場應(yīng)用系統(tǒng)需求分析 （1）牲畜活動監(jiān)控 （2）畜棚環(huán)境自動化控制 二、 智慧牧場應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計 （1）物聯(lián)網(wǎng)平臺選擇ThingsBoard （2）傳感層技術(shù)選型 （3）實現(xiàn)方案框圖 （4）在ThingsBoard上的智慧牧場項目實體設(shè)計 三、 智慧牧場應(yīng)用系統(tǒng)項目實施 （1）在ThingsBoard上配置項目 （2）在終端上部署ChirpStack （3）在ChirpStack上配置網(wǎng)關(guān)及設(shè)備 （4）在仿真設(shè)備平臺安裝智慧牧場設(shè)備 （5）在ThingsBoard上修改自動上送的智慧牧場設(shè)備配置 （6）在ThingsBoard上創(chuàng)建智慧牧場的儀表板并配置組件 （7）在ThingsBoard上設(shè)計并實現(xiàn)智慧牧場的規(guī)則引擎 （8）在仿真設(shè)備平臺上開啟實驗以驗證智慧牧場案例 |
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2 |
智能家居 |
一、 智能家居應(yīng)用系統(tǒng)需求分析 （1）實時了解客廳光照值、溫濕度值的變化；實時了解臥室的門磁開關(guān)狀態(tài)、人體監(jiān)控；實時了解廚房的水浸和煙霧傳感器狀態(tài) （2）實時控制警示燈的開關(guān) （3）根據(jù)煙霧傳感器和水浸傳感器的感應(yīng)值來自動化開關(guān)警示燈 （4）任意添加所需設(shè)備 二、 智能家居應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計 （1）智能家居平臺選擇Home Assistant （2）選擇ZigBee網(wǎng)關(guān)對接設(shè)備和平臺 三、 智能家居應(yīng)用系統(tǒng)項目實施 （1）在仿真設(shè)備平臺安裝智能家居設(shè)備并配置網(wǎng)關(guān) （2）在虛擬機中安裝HA相關(guān)軟件 （3）對HA進行初始配置 （4）將設(shè)備圖標布局到Home Assistant的平面圖中并顯示設(shè)備數(shù)據(jù) （5）在Home Assistant平臺上設(shè)計并實現(xiàn)自動化規(guī)則在仿真設(shè)備平臺上開啟實驗以驗證智能家居案例 |
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3 |
智慧溫室 |
一、 智慧溫室應(yīng)用系統(tǒng)需求分析 （1）溫室內(nèi)溫度正常時，"恒溫機"與"空氣循環(huán)器"不工作 （2）室內(nèi)溫度異常，室外溫度正常時，"空氣循環(huán)器"工作 （3）室內(nèi)溫度異常，室外溫度異常時，"恒溫機"工作 （4）使用物聯(lián)網(wǎng)實操平臺系統(tǒng)上的組態(tài)軟件開發(fā)用戶界面為管理人員，顯示室內(nèi)、外溫度情況（實時數(shù)值、動態(tài)曲線）和執(zhí)行設(shè)備狀態(tài) （5）使用物聯(lián)網(wǎng)實操平臺系統(tǒng)上的組態(tài)軟件開發(fā)用戶界面，繪制控制系統(tǒng)鏈路邏輯，實時展示"恒溫機"與"空氣循環(huán)器"工作狀態(tài) 二、 智慧溫室應(yīng)用系統(tǒng)方案設(shè)計 （1）選擇物聯(lián)網(wǎng)平臺ThingsBoard （2）傳感層技術(shù)選型 （3）選擇ThingsBoard IoT Gateway為項目網(wǎng)關(guān) （4）實現(xiàn)方案框圖 （5）在 ThingsBoard 上的智慧溫室項目實體設(shè)計 三、 智慧溫室應(yīng)用系統(tǒng)項目實施 （1）在ThingsBoard上配置項目 （2）部署 ThingsBoard IoT Gateway （3）在仿真設(shè)備平臺安裝智慧溫室設(shè)備 （4）在ThingsBoard上修改自動上送的智慧溫室設(shè)備配置 （5）在ThingsBoard上創(chuàng)建智慧溫室的儀表板并配置組件 （6）在ThingsBoard上設(shè)計并實現(xiàn)智慧溫室的規(guī)則引擎在仿真設(shè)備平臺上開啟實驗以驗證智慧溫室案例 |
2)配套教材
《AIoT在線工程實訓(xùn)平臺（實訓(xùn)指導(dǎo)手冊）》
3)配套電子檔資料（U盤）包含安裝資料、工具軟件、設(shè)備驅(qū)動、案例DEMO等。
1.2物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)平臺介紹
1.2.1核心產(chǎn)品概述
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)3.0是碩博基于物聯(lián)網(wǎng)感知識別、網(wǎng)絡(luò)通訊、平臺應(yīng)用等架構(gòu)體系設(shè)計開發(fā)的競賽產(chǎn)品，以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用綜合化技能型人才為目的，面向物聯(lián)網(wǎng)、計算機、電子、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)專業(yè)，可支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)教學(xué)、實訓(xùn)、競賽。
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)3.0，包括感知層套件、傳感網(wǎng)絡(luò)套件、智能識別套件、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備套件、物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)工位、物聯(lián)網(wǎng)云平臺、AIoT在線工程實訓(xùn)平臺。為了更貼合行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才的需求，平臺以當前物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢及各中高職院校針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的人才培養(yǎng)方案為基礎(chǔ)，結(jié)合ZigBee、NB-IoT、LoRaWAN、RFID、傳感網(wǎng)、邊緣計算、Docker容器、物聯(lián)網(wǎng)開源平臺等成熟的行業(yè)前沿技術(shù)，提供了多個可商用落地的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)項目案例--智慧牧場、智能家居、智慧溫室，且后續(xù)還將以模塊化的形式對實訓(xùn)項目案例資源進行更新迭代。
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)3.0的實訓(xùn)教學(xué)包括物聯(lián)網(wǎng)故障維修與運行維護、物聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計與升級改造、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)與調(diào)試、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)搭建與配置、物聯(lián)網(wǎng)軟件部署與系統(tǒng)集成、物聯(lián)網(wǎng)平臺運行維護等內(nèi)容。其中，項目案例實訓(xùn)涵蓋多組物聯(lián)網(wǎng)平臺核心組件部署及應(yīng)用、多組網(wǎng)關(guān)軟件實施、規(guī)則引擎配置、多種物聯(lián)網(wǎng)傳輸方式及協(xié)議（Modbus, ZigBee, LoRaWAN, MQTT等）應(yīng)用，可通過物聯(lián)網(wǎng)工程仿真工具對感知層設(shè)備進行連接及配置，并建立設(shè)備與云平臺的連接。
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)3.0基于當前物聯(lián)網(wǎng)的市場需求與技術(shù)趨勢，對典型的行業(yè)應(yīng)用案例進行設(shè)計實現(xiàn)，向行業(yè)及廣大院校提供了更貼合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用人才培養(yǎng)需求的實訓(xùn)方案。
1.2.2產(chǎn)品特點
l教學(xué)
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)3.0的設(shè)計開發(fā)，以及其對于實訓(xùn)教學(xué)的創(chuàng)新及優(yōu)化，基于廣大院校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，聚焦物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中平臺層的設(shè)備管理平臺、系統(tǒng)、軟件開發(fā)以及應(yīng)用層的智能終端、系統(tǒng)集成應(yīng)用服務(wù)，秉持"從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論的學(xué)習，到物聯(lián)網(wǎng)實操技能的訓(xùn)練，最終達到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)崗位能力提升"的教學(xué)理念，實現(xiàn)滿足企業(yè)與院校對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，向行業(yè)輸送掌握與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的專業(yè)和業(yè)務(wù)知識，且具備物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)施工、技術(shù)服務(wù)、系統(tǒng)運維等能力的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)技能型人才的目的。
l平臺
產(chǎn)品通過在線實訓(xùn)平臺向用戶提供了智慧牧場、智能家居、智慧溫室等可商用落地的智慧項目實訓(xùn)案例資源，可對接物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知設(shè)備、模擬物聯(lián)網(wǎng)項目的設(shè)備數(shù)據(jù)、部署開源軟件及系統(tǒng)，配套豐富的真實設(shè)備資源，以支持用戶完成相應(yīng)的實訓(xùn)任務(wù)。平臺具有高效的虛擬機容器調(diào)度管理機制，可向用戶分配獨立的Linux虛擬機，且達到擺脫硬件條件的限制，使用戶可隨時隨地進行線上學(xué)習的目的。平臺提供的實訓(xùn)案例資源涵蓋的技術(shù)熱點豐富，案例項目設(shè)計整體性較強。對在線實訓(xùn)平臺的引入，同時也解決了設(shè)備管理困難、學(xué)習場所局限、工程化項目應(yīng)用率低等實訓(xùn)難題。
l擴展
軟硬件系統(tǒng)采用平臺化、模塊化設(shè)計。物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)工位采用網(wǎng)孔板設(shè)計，可根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備的安裝位置和數(shù)量。在線實訓(xùn)平臺提供了豐富的仿真設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)，用戶可根據(jù)需求設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，拓展教學(xué)內(nèi)容。
l配套
配備針對設(shè)備完整的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)指導(dǎo)書、完整豐富的教學(xué)實訓(xùn)素材資源、以及基于設(shè)備系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資料。
1.2.3產(chǎn)品組成
1.2.3.1 關(guān)鍵設(shè)備介紹
1)物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)工位
（產(chǎn)品外觀參考）
Ø 基于人體工程學(xué)設(shè)計，便于學(xué)生站立操作使用，外觀精美；
Ø 配備多種常用規(guī)格的強弱電供電系統(tǒng)，滿足工位上各類物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用套件的供電需求；
Ø 設(shè)計有安全配電箱，帶有安全漏電保護系統(tǒng)，確保系統(tǒng)使用安全可靠；
Ø 集成走線槽的網(wǎng)孔操作面板可方便學(xué)生安裝及部署相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；
Ø 工位可變形為競賽模式或?qū)嵱?xùn)教學(xué)模式，根據(jù)不同應(yīng)用場景需求靈活選擇。
2)物聯(lián)網(wǎng)中心網(wǎng)關(guān)
Ø 內(nèi)置四核Cortex-A17 cpu與ARM Mali-T764 GPU,支持TE,ASTC,AFBC內(nèi)存壓縮技術(shù)
Ø 圖像處理支持OPENGL ES1.1/2.0/3.0,OPEN VG1.1,OPENCL,Directx11，內(nèi)嵌高性能2D/3D加速硬件，支持4K、H.265硬解碼10bits色深、HDMI2.0，支持1080P多格式視頻解碼1080P視頻編碼，支持H.264,VP8和MVC圖像增強處理
Ø 提供硬件安全系統(tǒng),支持HDCP2.X，支持ATECC608A芯片硬件加密
Ø 提供6大接口
Ø 支持OpenCV機器視覺庫、支持TensorFlow
Ø IOT：支持碩博物聯(lián)網(wǎng)云平臺（基于SHA256、PRF、HMAC-SHA256、HKDF、ECDSA、ECDH、AES算法加密密文通信)
3)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)終端
（物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)終端）
Ø 支持通過網(wǎng)關(guān)連接和通過串口與采集器直接連接兩種數(shù)據(jù)采集方式
Ø 顯示內(nèi)容豐富，界面友好
Ø 多通道數(shù)據(jù)傳輸，支持WiFi、串口、RJ45等多種數(shù)據(jù)傳輸方式
Ø 可旋轉(zhuǎn)支架
1) LPWAN教學(xué)套件關(guān)鍵設(shè)備
l NB-IoT模塊
Ø 內(nèi)置Cortex-M3(32位），主頻支持 32 kHz 到 32MHz，64K FLASH,16K RAM,4K EEPROM,支持ADC（12位）24個通道；
Ø 支持頻段B8(900MHz),B5(850MHz)；
Ø 支持AT指令：3GPP TR 45.820和其它AT擴展指令；
Ø 下載方式支持UART；
Ø 數(shù)據(jù)傳輸
a) 數(shù)據(jù)傳輸:100bps<bit rate<100kbps (TBD)；
b) 協(xié)議棧:Supports 3GPP Rel.13 NB-IoT air interfaces and protocols [1]；
c) 調(diào)制:Integrated radio transceiver, protocol processor and stack supporting BPSK and QPSK for OFDM downlink; BPSK and QPSK for SC-FDMA uplink；
d) 覆蓋:Up to +20 dB extended coverage compared to GPRS (164 dB Maximum Coupling Loss)。
Ø 5V供電，支持節(jié)點盒獨立供電方式；
Ø 支持OLED液晶：128x64；
Ø 支持SWD調(diào)試接口；
Ø 支持傳感器擴展接口。
l NEWLab智慧盒
Ø 支持USB供電，采用USB-B型母口；
Ø 內(nèi)置1000mAh可充電鋰電池，其接入狀態(tài)可通過滑動開關(guān)切換，并帶有充電管理功能，電池充電狀態(tài)通過紅綠指示燈提示；
Ø 具備一個RS-485接口，可將帶有互動模塊的NEWLab實驗?zāi)K連接到其它帶有RS-485通信接口的設(shè)備；
Ø 內(nèi)置UART-USB2.0轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)NEWLab實驗?zāi)K與PC機的數(shù)據(jù)通信。
l LoRa模塊
Ø 模塊工作電壓：3.3V，5V；
Ø 無線工作頻段：401-510MHz；
Ø 無線發(fā)射功率：Max. 19±1 dBm，接收靈敏度：-136±1dBm (@250bps)；
Ø 采用LoRa 調(diào)制方式，同時兼容并支持FSK, GFSK,OOK 傳統(tǒng)調(diào)制方式；
Ø 支持硬件跳頻（FHSS）；
Ø 與MCU的通訊接口為SPI；
Ø 板載M3內(nèi)核微處理器STM32L151C8，主頻最高32MHz，1.25DMIPS/MHz，64Kbytes Flash，32Kbytes RAM，4Kbytes Data EEPROM，SWD調(diào)試接口，UART程序下載；
Ø 支持SPI/I2C接口的1.3英寸128×64 OLED屏；
Ø 帶擴展接口，可以連接各種實驗箱、傳感器小模塊；
Ø 支持全速USB 2.0接口；
l LoRa網(wǎng)關(guān)
Ø 工作電壓：DC 5V 2A
Ø 通訊協(xié)議：支持LoRa、WiFi、以太網(wǎng)通訊
Ø WiFi技術(shù)參數(shù)：
a) 兼容IEEE 802.11 b/g/n協(xié)議，內(nèi)置完整TCP/IP協(xié)議棧；
b) WiFi 2.4GHz，支持WPA/WPA2安全模式；
c) 支持TCP、UDP、HTTP、FTP；
d) 支持Station/SoftAP/SoftAP+Station無線網(wǎng)絡(luò)模式；
Ø LoRa技術(shù)參數(shù)：
a) 工作頻段：410-441MHz（出廠默認為433MHz）；
b) 支持多種調(diào)制模式，LoRa/FSK/GFSK/MSK/GMSK/OOK；
c) 無線發(fā)射功率：約30dBm（最大功率約1W），接收靈敏度：約-148dBm；
d) 通信距離：可達10km（測試環(huán)境下）；
e) 空中速率：LoRa模式下0.018k-37.5kbps（出廠默認為0.3kbps），FSK模式下支持高達300kbps；
Ø 以太網(wǎng)技術(shù)參數(shù)：
a) 集成硬件TCP/IP協(xié)議棧，支持TCP、UDP、IPv4、ARP、ICMP、IGMP以及PPPoE協(xié)議；
b) 內(nèi)嵌10/100Mbps以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層；
c) 支持自動協(xié)商（全雙工/半雙工模式）；
d) 支持8個獨立的端口（Socket）同時連接；
2) 行業(yè)實訓(xùn)套件關(guān)鍵設(shè)備
lZIGBEE智能節(jié)點盒ZigBee智能節(jié)點盒是一種物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸終端，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。無線通信模塊采用 TI CC2530 ZigBee標準芯片，適用 于2.4GHz、IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 應(yīng)用。外殼采用鋁合金結(jié)構(gòu)，堅固耐用，抗干擾能力強。提供多路I/O，可實現(xiàn)2路數(shù)字量輸入輸出；2路模擬量輸入功能；2路數(shù)字量輸出。 提供標準RS485接口，可通過USB線。連接PC進行數(shù)據(jù)通訊�？赏饨与娫垂╇�，或用自帶電池供電，適應(yīng)不同環(huán)境的供電方式其應(yīng)用領(lǐng)域可為：家庭建筑物自動化，工業(yè)控制測量和監(jiān)視，低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等各方面應(yīng)用。
Ø 長•寬•高：110.2*84.1*25.25（mm）
Ø 電池容量：1000mAh
Ø 主芯片： CC2530F256，256K Flash
Ø 輸入電壓：DC 5V
Ø 溫度范圍：-10℃～55℃
Ø 串行速率：38400bps（預(yù)設(shè)），可設(shè)置 9600bps，19200bps， 38400bps， 115200bps；
Ø 無線頻率：2.4GHz；
Ø 無線協(xié)議：ZigBee2007/PRO；
Ø 傳輸距離：80m
Ø 發(fā)射電流：34mA（ 最大）
Ø 接收電流：25mA（最大）
Ø 接收靈敏度：-96DBm；
l UHF射頻讀寫器
Ø 充分支持符合 ISO18000-6B、EPC CLASS1 G2標準的電子標簽；
Ø 工作頻率 902～928MHz(可以按不同國家或地區(qū)要求調(diào)整)；
Ø 以廣譜跳頻(FHSS)或定頻發(fā)射方式工作；
Ø 輸出功率達至 26db；
Ø 讀取距離1~3米；
Ø 低功耗設(shè)計，適配器電源低電壓供電；
Ø 支持 RS232用戶接口；
l 千兆交換機
Ø 接口數(shù)量：8 port 10/100M/1000M Auto MDI-MDIX RJ45
Ø 通信標準：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x、IEEE 802.3az
Ø 網(wǎng)絡(luò)媒體：10Base-T,cat3 or above UTP,10Base-Tx,cat5 UTP
Ø 數(shù)據(jù)速率：10/100M/1000M
Ø 轉(zhuǎn)發(fā)速率：10 Mbps / 14,880 pps ,100 Mbps / 148,800 pps, 1000Mbps/1488000pps
1.2.3.2 應(yīng)用軟件系統(tǒng)
1.2.3.2.1功能列表
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序號 |
功能 |
類型 |
功能需求 |
功能描述 |
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1 |
軟件系統(tǒng)功能 |
學(xué)校管理員端 |
課程管理 |
新增或者刪除課程，將教學(xué)資源導(dǎo)入相應(yīng)課程中 |
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2 |
班級管理 |
新增或刪除班級 |
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3 |
教師管理 |
新增或刪除教師端用戶 |
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4 |
學(xué)生管理 |
新增或刪除學(xué)生端用戶 |
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5 |
教學(xué)任務(wù) |
新增教學(xué)任務(wù)并下發(fā)給相應(yīng)老師（可刪除） |
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6 |
資源管理 |
審核并上架教學(xué)資源 |
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7 |
教師端 |
教學(xué)管理 |
接收教學(xué)任務(wù)、下發(fā)學(xué)生任務(wù)并對已完成的任務(wù)評分 |
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|
8 |
資源管理 |
上傳教學(xué)資源；上傳資料；新增習題至習題庫 |
||
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9 |
學(xué)生端 |
仿真實驗 |
在學(xué)生任務(wù)中，通過仿真工具進行仿真實驗 |
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10 |
終端部署 |
在學(xué)生任務(wù)中，通過終端部署軟件項目 |
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11 |
實訓(xùn)功能 |
綜合應(yīng)用實訓(xùn) |
認知型實訓(xùn) |
物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識 |
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12 |
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備認知 |
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13 |
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)認知 |
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14 |
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用認知 |
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15 |
云平臺技術(shù)認知 |
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16 |
云平臺應(yīng)用認知 |
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17 |
實操型實訓(xùn) |
硬件設(shè)備安裝調(diào)試 |
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18 |
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接配置 |
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19 |
軟件系統(tǒng)部署維護 |
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20 |
應(yīng)用場景演示操作 |
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21 |
云端API數(shù)據(jù)調(diào)用與連通 |
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22 |
開發(fā)型實訓(xùn) |
DotNet客戶端開發(fā) |
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23 |
DotNet Web端開發(fā) |
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24 |
Android移動端開發(fā) |
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25 |
無線傳感網(wǎng)WSN開發(fā) |
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26 |
項目案例實訓(xùn) |
智慧牧場 |
仿真設(shè)備的安裝與連線 |
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27 |
基于ChirpStack的設(shè)備配置 |
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28 |
基于ThingsBoard的案例場景呈現(xiàn) |
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29 |
基于ThingsBoard的規(guī)則引擎設(shè)計 |
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30 |
智能家居 |
仿真設(shè)備的安裝與連線 |
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31 |
終端完善配置文件建立設(shè)備與云平臺的連接 |
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32 |
基于Home Assistant的案例場景呈現(xiàn) |
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33 |
基于Home Assistant的自動化規(guī)則設(shè)計實現(xiàn) |
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34 |
智慧溫室 |
仿真設(shè)備的安裝與連線 |
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35 |
終端完善配置文件建立設(shè)備與云平臺的連接 |
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36 |
基于ThingsBoard的案例場景呈現(xiàn) |
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37 |
基于ThingsBoard的規(guī)則引擎設(shè)計 |
1.2.3.2.2重點功能介紹
1.2.3.2.2.1軟件系統(tǒng)功能
AIoT在線工程實訓(xùn)平臺的軟件功能主要可分為教學(xué)管理平臺、實驗?zāi)K和實訓(xùn)課程案例資源三個部分。其中，教學(xué)管理平臺分為學(xué)校管理員、教師、學(xué)生三個用戶端；實驗?zāi)K主要有物聯(lián)網(wǎng)工程仿真和物聯(lián)網(wǎng)項目軟件部署兩大功能。
1、學(xué)校管理員端
學(xué)校管理員端主要有新增課程、新增班級、添加教師和學(xué)生用戶賬號、下發(fā)教學(xué)任務(wù)以及對教師端上傳的資源進行審核。
（1）新增課程
進入課程管理，完善所需的課程信息（課程編號、課程名稱、課時數(shù)、課程方向、課程等級、課程資源）后新增課程。
（2）新增班級
進入班級管理，輸入班級名稱并保存，完成班級添加。
（3）添加教師賬號
進入教師管理，輸入所需添加的教師用戶的電話和名稱，點擊保存即可完成添加。
（4）添加學(xué)生賬號
進入學(xué)生管理，可手動輸入學(xué)生的姓名、學(xué)號、電話、用戶密碼、班級進行學(xué)生賬號的添加，也可通過導(dǎo)入Excel批量導(dǎo)入添加學(xué)生賬號。
（5）下發(fā)教學(xué)任務(wù)
進入教學(xué)任務(wù)管理，根據(jù)課程需要，輸入任務(wù)編號、任務(wù)名稱、任務(wù)時長、課程并指定任務(wù)教師和任務(wù)班級，新增并下發(fā)教學(xué)任務(wù)。
（6）資源審核
教師端上傳的教學(xué)資源將進入學(xué)校管理員端的資源審核管理，學(xué)校管理員審核通過教學(xué)資源后，該教學(xué)資源上傳至公共資源；若教學(xué)資源未通過審核，則退回至教師端。
2、教師端
教師端主要功能為教學(xué)管理和資源管理。
1.教學(xué)管理
教學(xué)管理主要包括查看教學(xué)任務(wù)、下發(fā)學(xué)生任務(wù)、查閱學(xué)生任務(wù)完成情況并評分，以及利用已上傳的教學(xué)資源進行自主學(xué)習，作備課準備。
（1）查看教學(xué)任務(wù)
教師用戶登錄教師端進入實驗中心即可查看被分配的教學(xué)任務(wù)。
（2）下發(fā)學(xué)生任務(wù)
教師可根據(jù)學(xué)校管理員下發(fā)的教學(xué)任務(wù)及課程安排進行學(xué)生任務(wù)的布置下發(fā)。
（3）查閱學(xué)生任務(wù)完成情況
進入學(xué)生任務(wù)詳情，可查看各學(xué)生的任務(wù)完成進度。
（4）對已完成的學(xué)生任務(wù)進行評分
進入已完成的學(xué)生任務(wù)詳情，圖文、習題任務(wù)由系統(tǒng)自動打分，仿真和終端由教師手動打分。系統(tǒng)自動打分的任務(wù)，教師可修改所評分數(shù)。
（5）自主學(xué)習
教師可對公共資源進行驗證，及執(zhí)行資源中的任務(wù)，相關(guān)任務(wù)與學(xué)生任務(wù)操作相同。
2.資源管理
資源管理主要包括查看公共資源、添加上傳教學(xué)資源以及上傳課件、實訓(xùn)、習題資料。
（1）查看公共資源
教師可進入公共資源查看相關(guān)的資源信息，以便備課需求。
（2）上傳教學(xué)資源
教師可根據(jù)教學(xué)需要,上傳教學(xué)資源。教學(xué)資源上傳后，需提交至學(xué)校管理員端進行審核，審核通過后即可上傳至公共資源。
（3）上傳課件、實訓(xùn)、習題資料
進入課件管理、實訓(xùn)管理、習題管理，添加上傳教學(xué)資源所需的課件、實訓(xùn)資料以及習題。
3、學(xué)生端
學(xué)生端主要功能為進行教師端下發(fā)的學(xué)生任務(wù)，以及根據(jù)上傳的公共教學(xué)資源進行自主學(xué)習，可根據(jù)項目案例資源，進行物聯(lián)網(wǎng)工程仿真及物聯(lián)網(wǎng)項目軟件部署操作。
4、物聯(lián)網(wǎng)工程仿真
物聯(lián)網(wǎng)工程仿真可進行傳感層設(shè)備的仿真連線與配置，同時提供物聯(lián)網(wǎng)項目數(shù)據(jù)服務(wù)，包含豐富的傳感器、采集器、執(zhí)行器設(shè)備，在技術(shù)上涵蓋了大量主流的傳感技術(shù)，例如：LoRa、NB-IoT、ZigBee、ModBus、CanBus等。
它具有以下特點：
l 從外觀、連線到傳輸協(xié)議，高度還原真實硬件設(shè)施及配置；
l 連線簡單，支持在線自主驗證和智能驗證，縮短實驗耗時；
l 提供多樣化設(shè)備模擬庫，解決硬件資源受限的短板；
l 整體使用靈活，強化了自行設(shè)計概念。
5、物聯(lián)網(wǎng)項目軟件部署
AIoT在線工程實訓(xùn)平臺，采用Docker容器技術(shù)，為每個學(xué)生提供隨賬號綁定的Linux虛擬機，使每個運行環(huán)境及資源相互獨立，互不影響，通過命令輸入方式進行軟件部署、監(jiān)控資源占用和運行等情況。學(xué)生端通過瀏覽器遠程登錄Linux虛擬機終端，進行傳輸層的項目軟件部署，編輯關(guān)聯(lián)的配置文件，實現(xiàn)對Modbus、ZigBee、LoRaWAN、CANbus等協(xié)議設(shè)備的南向?qū)�，并將采集到的�?shù)據(jù)傳輸至北向的物聯(lián)網(wǎng)云平臺。
同時，平臺引入ChirpStack、Node-RED、ThingsBoard、Home Assistant等豐富的開源物聯(lián)網(wǎng)軟件資源，融合工程仿真和行業(yè)設(shè)備，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的感知層設(shè)備、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)傳輸層、平臺及應(yīng)用層的數(shù)據(jù)鏈路完整性，保證底層數(shù)據(jù)采集到前端應(yīng)用效果的展現(xiàn)。
3、環(huán)境檢測系統(tǒng)：通過二氧化碳傳感器、大氣壓力傳感器、光照強度傳感器、溫濕度傳感器，配合智能網(wǎng)關(guān)環(huán)境檢測系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境檢測系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)。
（1）二氧化碳濃度檢測系統(tǒng)；
（2）大氣壓力檢測系統(tǒng)；
（3）光照強度檢測系統(tǒng)；
（4）溫濕度數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)；
4、家居安防環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：通過紅外入侵、震動、燃氣、煙霧、水浸、緊急按鈕、紅外對射入侵檢測、門禁一體機、門鎖、門磁、報警燈等工業(yè)級傳感器，配合智能網(wǎng)關(guān)家居安防系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)智能家居安防系統(tǒng)，使學(xué)生們可以真正的了解與學(xué)習物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用。
（1）紅外入侵監(jiān)測系統(tǒng)；
（2）煙霧監(jiān)測系統(tǒng)；
（3）水浸監(jiān)測系統(tǒng)；
（4）燃氣監(jiān)測系統(tǒng)；
（5）震動監(jiān)測系統(tǒng)；
（6）智能門禁控制系統(tǒng)；
（7）安防報警燈報警系統(tǒng)；
5、家電控制系統(tǒng)：通過運用WIFI插座、智能紅外學(xué)習模塊、路由器及Zigbee6模塊等硬件，搭載WIFI、Zigbee等技術(shù)應(yīng)用，通過智能網(wǎng)關(guān)家電控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對家居電視、風扇、電動窗簾、電燈等執(zhí)行機構(gòu)的智能化控制。
6、視頻監(jiān)控系統(tǒng)：WIFI攝像機與智能網(wǎng)關(guān)通過WIFI技術(shù)有機結(jié)合，通過對智能網(wǎng)關(guān)視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)對WIFI攝像機的云臺控制功能。
7、遠程抄表系統(tǒng)：采用國家標準規(guī)程的三星電表，運用無線傳感網(wǎng)技術(shù)，將整套的物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)的用電量實時的上報至智能網(wǎng)關(guān)，也可將其運用至智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)中，實時監(jiān)測家庭用電量。
8、web遠程訪問系統(tǒng)：通過PC、平板電腦訪問智能網(wǎng)關(guān)，遠程實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、家居安防環(huán)境監(jiān)測、家電控制、視頻監(jiān)控、遠程抄表以及各種無線傳感網(wǎng)節(jié)點的數(shù)據(jù)采集與觀察。
