项目一 物联网智能物流基础实践环境搭建
一、教学目标
1、掌握物联网实训平台软、硬环境。
3、掌握物联网实训平台的基础实训（ARM网关配置、物理地址烧写、平台用户接口二次开发）。
二、教学内容
1.1 物联网实验平台
1、平台基础配置
本次物联网师资培训主要以物联网实验平台(EBox300）为基础，他整合近年来物联网技术方向总体软硬件的资源，面向高校物联网专业应用和物联网相关实验室建设的综合实验平台。
该系统以强大的ARM11网关为核心，板载丰富的主流物联网技术通讯模块资源，包括ZigBee无线传感器网络模块、RFID射频读卡模块、GSM/GPRS通讯模块、wifi等，另可直接外扩CMOS摄像头等设备。实验平台软件配套丰富的网关和模块基础实验以及生动的功能演示应用案例。 图1-1 物联网实验平台EBox300
EBox300物联网教学实验套件包括硬件设备、软件资源、实验资源三大部分。硬件设备包括7个无线节点模块、7个传感器模块、RFID模块、嵌入式网关和其他配套设备。无线节点
模块使用的是目前市场上主流使用CC2531模块。软件资源包括无线传感器网络软件、嵌入式网关软件和PC Server端管理软件，实验资源采用由简单到复杂的设计模式，引导学员很好的掌握物联网开发要领，为物联网工程应用打下坚实的基础，并能通过不同传感器的特性、不同网络的组成形式以及RFID技术，开发出更多实用性强的物联网应用模式。 2、平台特性
强大的智能网关，支持ARM11、CortexA8两系列核心板，中、高端处理器任意选择，支持Linux、Wince、Android多操作系统；
标配7个Zigbee无线传感器模块，并支持硬件传感器扩展接口，方便扩展其他类型传感器；
标配wifi、无线RFID读写器、2/3G模块、摄像头模块，涵盖目前主流物联网应用技术；
强大的平台网络监控软件，实验平台数据采集和控制协议公开，支持二次开发，方便新增设备接入； 实验平台软件支持脚本二次开发，支持图形化开发，轻松实现对所有设备的控制；
多种应用：智能交通，智慧城市，智慧农业，智能家居等；
提供完善的配套实验教程。
（1）硬件平台参数
EBox300系统参数 |
操作系统 | WindowsCE/Linux/Android |
传感网协议 | Z-Stack(ZigBee2007/PRO) |
无线标准 | （Wi-Fi）IEEE 802.11a/b/g、ZigBee2007/PRO |
远程网络标准 | TD-SCDMA、GPRS、GSM |
传感数据采集 | 高精度温湿度、光感传感器、压力传感器、3轴加速度传感器、220V继电器、红外感应传感器、烟雾传感器、酒精传感器、红外对管、霍尔传感器 |
视频采集 | 标配30万像素CMOS摄像头 |
传感节点 | 标配7个低功耗CC2531无线模块 |
RFID标准 | 符合ISO/IEC 14443 TYPE A/Mifare标准 |
显示 | 7寸800*480真彩触摸液晶 |
接口 | 以太网，USB，串口，语音，JATG，SD卡，VGA |
接口 | 以太网，USB，串口，语音，JATG，SD卡，VGA |
物联网服务器及应用软件 | 1、Zigbee网络节点拓扑图及节点管理； 2、传感网络数据实时采集、图形化显示； 3、RFID基础实验及演示程序； 4、智能家居演示及实践系统； 5、物联网应用图形化开发平台； 6、完成整个实验平台消息、流程的解析。 |
ARM网关管理软件 | 1、完成设备接入类型自动识别； 2灌浆剂、提供远端通信方式选择、设置； 3、完成传感网络的数据收集、处理； 4、完成与PC服务器软件的数据上报。 |
应用演示 | 1、环境监测系统演示实验； 2、校园一卡通系统演示实验； 3、智能家居演示实验 ； 4、基于ZIGBEE的RFID读写器演示实验； 5、低功耗的无线传感网络设计与实践实验； 6、物联网综合数据处理平台实验 ； 7、移动支付实验 。 |
物联网网关 |
处理器 蒸纱锅 | Samsung S3C6410处理器，ARM1176JZF-S内核，主频533MHz/667MHz |
FLASH | 2GNand Flash |
SDRAM | 256M字节DDR脱水拖把内存 |
电源 | 5V/5A |
以太网 | 10M/100M |
RS232串口 | 2个 |
标准USB接口 | 1个 |
迷你USB接口 | 1个 |
液晶屏 | 触摸支持、7寸 800*480真彩液晶 |
RTC时钟 | 支持 |
蜂鸣器 | 1个 |
无线模块 | 3G/GPRS/GSM、Wi-Fi、ZigBee |
音频接口 | 1个 |
SD卡插槽 | 1个 |
SIM卡插槽 | 1个 |
功能指示灯 | 8个 |
功能按键 | 6个 |
功能开关 | 8个 |
Wifi | 支持 |
Zigbee协调器 | 支持 |
3G模块 | 支持 |
复位键 | 采用专用芯片进行复位，稳定可靠； |
传感网：ZigBee传感节点 |
控制器 | TI-CC2531F256 |
FLASH | 256K |
支持标准 | ZigBee2007/PRO |
射频模块接口 | 1个 |
传感器模块接口 | 1个 |
USB接口 | 1个 |
JATG接口 | 1个，下载、仿真、调试 |
电源开关 | 1个 |
供电方式 | 三种供电方式：7号干电池、仿真器、适配器 |
功能灯 | 2个 |
功能按键 | 3个 |
传感网：传感器模块 |
高精度温湿度传感器模块 |
光感传感器模块 |
压力传感器模块 |
3轴加速度传感器模块 |
220V继电器模块 |
红外感应传感器模块 |
烟雾传感器模块 |
红外对管传感器 |
霍尔传感器 |
无线RFID参数 |
控制器 | 采用飞利浦高度集成读写卡芯片MFRC522射频 |
支持标准 | 符合ISO/IEC 14443 TYPE A/Mifare标准 |
工作频率 | 13.56MHz |
读写距离 | 0mm~50mm |
通讯接口 | UART接口 |
温度范围 | -25 ~ +85 ℃ |
| 箱式高温煅烧炉 供电 | 4.1-5.5V，典型值5V |
CMOS摄像头参数 |
控制器 | 单芯片SXGA（1280*1024）小封装处理器 |
接口 | SCCB控制总线接口 |
分辨率 | 高达15帧每秒的SXGA分辨率 |
输出格式 | YUV/YCbCr：4:2:2 RGB ：4:2 Raw RGB |
供电 | 内核部分：1.8V±10% I/O口：2.5V |
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抱毯表 1-1 领衬硬件平台参数
（2）软件平台功能
在物联网教学装备中，软件平台是引导用户使用及感知物联网技术的桥梁与纽带，本软件平台具有良好的用户体验特性及形式新颖的实验内容，可以让教师和学员徜徉在物联网神奇而美妙的世界中，软件平台在实验箱系统中所处于的位置如下图3.1所示。 首先，本软件平台由简单至复杂、从基础到高端，多层次分别覆盖物联网体系架构的各个组成部分，通过由浅入深的实验内容，从基础实验到实训项目，帮助师生逐渐理解物联网的技术内涵和结构，树立并提升对物联网概念的理解，并平滑过渡到物联网的行业应用中。
其次，良好的操作界面实现数据的显示和控制功能，便于老师和学员理解，使教学具有更强的直观性。并提供多种互动体验形式，通过简单的操作，如改变配置参数或系统反馈控制等，就可实现不同的实验过程及效果。 最后，在实训项目中，通过多个具有典型的应用领域为模型，通过人性化设计和智能化管理，生动、形象、快速、准确地展示了物联网在众多领域的实际应用情况，有助于提高学员对物联网应用的理解和学习。 不仅如此，本系统还提供了良好的配置管理模块，用户可以很容易搭建本实验平台的运行环境，教师可以
省去很多精力去管理实验平台，从而专注于引导学员进行实验内容的学习和掌握。
图1-2软件平台在物联网实训平台的位置
（3） 软件平台功能介绍
为了让学员能够对物联网的基本要素和整体概念有一个理解，由浅入深的学习和掌握物联网的相关知识，充分激发学员学习的兴趣，本软件平台基于教学需要，但并不局限于基础理论及技能的学习和掌握，在知识层次及应用领域都有较大拓展，主要由如下模块组成。
1）系统配置及管理模块
本模块主要用于系统运行参数的配置及平台的管理，主要包括的子有消息解析及监视模块，如下图1-3所示。
(1) 消息解析及监视
该模块的主要作用是实时记录软件平台与Rfid、Zigbee 及Python 脚本通信过程中的帧，学员通过观察该实验提供的实时报文信息，直观理解上位机与传感器的数据交互过程，同时该模块也能帮助学员理解帧中各字段的实际含义，有助于学员自己组协议帧，并可通过串口调试工具将自己组的协议帧发给协调器，加深对协议的理解。
图1-3 消息解析及监视模块
2）基础试验模块
学员可以通过该模块实验内容的学习，逐渐理解和掌握物联网相关的基础理论及技术。 (1) 传感器认知实验 在该实验中，学员可以对照实验参考书上的内容，在了解传感器原理的基础上，利用本模块提供的图文动态效果，加深对传感器的理解，如下图1-4 所示。
图1-4传感器认知实验
(2) RFID校园一卡通实验 校园一卡通是学员经常使用的系统，但学员可能不明白其原理和实现机制，通过此应用实验，可以让学员理解日常生活接触到的物联网，并理解和掌握它。实验内容可以采用高校正在使用的校园一卡通为背景，结合RFID相关知识，讲解校园卡内电子钱包的原理和实现机制，如下图1-5所示。
图1-5 RFID 校园一卡通实验
(3)门禁实验 该实验向学员展示了门禁系统的原理及机制，如下图1-6 所示。
图1-6 门禁实验
(4) 网络拓扑实验 动态展现网络拓扑及节点信息，并提供良好的用户操作接口，用户可直接右键选择进入节点数据采集及展示界面，如下图1-7所示。
图1-7 Zigbee 网络拓扑
(5) 传感器节点管理实验 学员可以通过选取节点，浏览节点详细信息，并可配置节点友好名、数据采集周期及关联物体等，如下图1-8 所示。
图1-8 传感器节点管理
(6) 传感器数据采集实验 物联网的应用离不开传感器数据的采集及分析，本实验作为基础
实验中的综合实验，采用多种形式向用户展现采集的不同类型传感器实时数据。学员可通过修改采集周期，配置图形化显示参数等，直观分析数据与实验环境的关系，帮助学员理解传感器所采集的物理量数据意义，拓展学员利用传感器来构建不同实验场景的能力，如下图1-9所示。
图1-9传感器数据采集
(7) 物体控制实验 学员在此实验中，可以利用不同传感器的特性，进行物体的多样性控制操作， 比如控制电灯或者风扇的开关、控制电视的开关及切换频道等待，此实验可以锻炼学员进行传感器控制的设计及表现能力。如下图1-10 所示。
图1-10 物体控制实验
3） 实训项目模块
经过上面的基础实验后，我们还有综合实训实验，拓展学员的知识层面，引导学员从理论知识到应用场景的转换，激发他们的学习热情。典型实训系统有智能家居等，如下图1-11及1-12所示。通过这些典型的应用案例，通过这些综合实训实验，将引导学员对前阶段所
学知识进行总结和深化。
图1-11 智能家居之场景管理
图1-12 智能家居之房间监控
3、 Python二次开发
Python是一种面向对象的解释性的计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，现在已成熟且稳定，目前已在计算机及通信领域应用广泛。 软件平台提供了可二次开发的功能，目的是帮助学员学习和掌握Python语言，深
入参与到物联网的实验中来，自己动手编写脚本控制传感器，切身的体会到物联网的应用。我们的二次开发模块还可以帮助学员组合各类传感器，搭建一个物联网的应用环境，实现学员从做实验到设计实验的跨越，让学员学习到知识的同时也充分体会到学习物联网的乐趣。
（1）自动生成Python
考虑到部分学员有可能对Python知识不了解，无法编写脚本来控制传感器，阻碍学习传感器和Zigbee的知识，我们的软件平台提供自动生成Python脚本功能，学员以自动生成的示例为基础，轻松掌握Python的基础语法知识，进而可以自己设计传感器综合应用实验。自动生成Python的界面如下图1-13所示。
图1-13 自动生成Python界面图
整个界面的功能是提供基于控件拖拽的可视化界面编程方式，界面左边是控件区，其中传感器控件区中的所有传感器控件都是当前已开启并处于正常工作状态下的传感器，单击传感器控件区下方的刷新按钮可根据当前的各传感器状态更新传感器控件区中的传感器图标数量，实现了画图时图标和实际工作传感器的绑定，学员拖动传感器画图时，自动绑定传感器的短地址、友好名等信息到控件的属性中，无需学员进行任何设置，就可以生成Python脚本。界面的右边是画图区，学员通过拖动控件区的通用控件和传感器控件，连线后形成流程图，单击工具栏中的生成Python脚本了。
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