張潔

摘 要：物聯(lián)網智慧農業(yè)實訓平臺選取具有典型意義的智慧農業(yè)設備為基礎，結合可靈活部署的移動實訓臺。通過網關、安卓工控平板和物聯(lián)網云平臺之間不同的搭配、組合，為學生提供云平臺接入、網關直連、平板直連，PC直連四種不同的數(shù)據(jù)采集、流轉、處理模式。本實訓平臺很好地幫助了學生從物聯(lián)網理論學習過渡到實際動手操作，培養(yǎng)學生在物聯(lián)網綜合應用方面的動手實踐能力，軟件編程以及項目設計能力，為后續(xù)的行業(yè)實訓打下堅實基礎。

關鍵詞：物聯(lián)網；智慧農業(yè)；實訓平臺；行業(yè)實訓

中圖分類號：TP39；TN915.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-0-03

0 引 言

物聯(lián)網是我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分，《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》[1]圈定了10大領域重點示范工程，智能農業(yè)便是其中之一。據(jù)工信部統(tǒng)計，智能農業(yè)在其領域五年內需要的人才約為1 000萬。從產業(yè)需求看，物聯(lián)網人才[2]總體可分為研究型人才和工程應用型人才兩類。

研究型人才主要為研究生層次或研究型高校所培養(yǎng)的畢業(yè)生，是各類“研究型企業(yè)”或“高新企業(yè)”的研發(fā)部、研究院所急需的人才。在高等院校和科研院所物聯(lián)網研究型人才培養(yǎng)方面，偏重于研究型和創(chuàng)新型，具有跨學科復合型特點。工程應用型人才主要為各類高職學校或信息類本科學院畢業(yè)生，以從事物聯(lián)網系統(tǒng)設計、產品開發(fā)、物聯(lián)網項目實施等為主，以系統(tǒng)設計、產品開發(fā)、工程項目策劃與實施為主的企業(yè)，更應注重工程應用技術能力的培養(yǎng)，加強工程實踐的實際訓練，突出技術應用能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

隨著近幾年大量物聯(lián)網應用系統(tǒng)開發(fā)完成，開始轉向系統(tǒng)的實施與維護過程，物聯(lián)網應用型人才的占比已趕上甚至超過了研發(fā)型人才需求。巨大的市場潛力，廣闊的行業(yè)發(fā)展前景，急待提高的人員素質，為職業(yè)學校辦好此朝陽專業(yè)建立信心和決心。很多高職院校抓住此良好環(huán)境和契機，建設好該新興專業(yè)，物聯(lián)網實訓室應用平臺是保障此專業(yè)能較好完成教學效果的前提和必要條件。

1 物聯(lián)網智慧農業(yè)實訓室平臺的需求分析

1.1 實訓室建設意義

從教學方面來說，應培養(yǎng)從事物聯(lián)網領域的系統(tǒng)設計、系統(tǒng)分析與系統(tǒng)開發(fā)的高技能人才。培養(yǎng)合理的知識結構，具備扎實的物聯(lián)網理論與實踐知識，并具備在物聯(lián)網領域跟蹤新知識、新技術的能力及較強的物聯(lián)網應用能力。通過理論課程的教學并結合實訓室的實驗，讓學生、學員親自動手，接觸各種實訓室設備。最終實現(xiàn)能讓學生獨立構架各種物聯(lián)網應用系統(tǒng)的目的。通過理論與實踐相結合，感知體驗與動手結合、方案設計與實際驗證結合來提高動手能力，積累實踐經驗，進一步提高學生水平。

從科研方面[3]來說，物聯(lián)網技術是繼計算機、互聯(lián)網與移動通信網之后的又一次信息產業(yè)浪潮，是一個全新的技術領域，包含RFID射頻技術、有線傳感技術、無線傳感技術、數(shù)據(jù)交換與網絡異構、終端管理等關鍵技術。實訓室物聯(lián)網設備通過射頻識別等設備與互聯(lián)網連接，實現(xiàn)智能化識別和管理，通過建設物聯(lián)網實訓室為教師提供物聯(lián)網應用研究的科研平臺，通過實訓室設備促進教師與科研人員進行更好的科研研究。

1.2 實訓室的建設特點

物聯(lián)網實訓室設計以技術全面化、業(yè)務典型化、應用教學化三個方面為指導思想進行建設。

1.2.1 技術全面化

主要解決技術知識層面的問題，實訓室引入物聯(lián)網龍頭企業(yè)工業(yè)化產品體系，融合產業(yè)發(fā)展趨勢，設計模式吻合教學實訓體系。實訓室不僅可以全面支持物聯(lián)網培訓認證所要求掌握的技術，還全面涵蓋了物聯(lián)網專業(yè)的基礎課和專業(yè)課[4]，如物聯(lián)網概論、信號與系統(tǒng)、計算機網絡、現(xiàn)代通信網、傳感器原理、嵌入式系統(tǒng)設計、無線通信原理、無線傳感器網絡、近距無線傳輸技術、二維條碼技術、數(shù)據(jù)采集與處理、物聯(lián)網安全技術、物聯(lián)網組網技術等均可在此完成并創(chuàng)新拓展。

1.2.2 業(yè)務典型化

主要解決應用和就業(yè)層面的問題。眾多教育集團公司將多年成功的商業(yè)模式及成熟的行業(yè)應用如車聯(lián)網系統(tǒng)、智能家居、智慧農業(yè)等轉化為典型的業(yè)務場景以用于支撐物聯(lián)網行業(yè)應用實訓，使學生在實訓的同時了解、融入真實的行業(yè)產業(yè)應用。

1.2.3 應用教學化

應用數(shù)字化的主要目的在于解決培養(yǎng)和定位問題，通過物聯(lián)網實訓平臺、行業(yè)應用實驗箱、實訓墻、行業(yè)應用實訓場景等多種形態(tài)、多種應用的實驗實訓設備以及物聯(lián)網技術體驗中心實現(xiàn)理論與實踐的結合，感知體驗與動手的結合、方案設計與實際驗證的結合。

1.3 實訓室的建設目標

通過建立實訓室，建設一個教、學、研、培訓認證統(tǒng)一的實訓平臺，集教學、實訓、培訓認證功能于一體，圍繞物聯(lián)網主題，同時兼顧當前IT流行技術的發(fā)展趨勢，注重各種技術之間的融合與靈活應用，既可滿足日常教學要求，又注重項目實訓及創(chuàng)新試驗，各設備之間還可以靈活組合。學員不僅可通過實訓室里的相關設備掌握物聯(lián)培訓認證所要求的所有技術，還可以基于各種模塊，按照自身需求進行獨特設計，融合各種技術進行創(chuàng)新試驗及項目實訓。建設一個完整的物聯(lián)網實訓室，進行各種無線傳感器網絡、智能視頻技術等教學實驗，模擬典型智慧校園、智能追溯等實際應用。通過實訓培養(yǎng)物聯(lián)網方面的高技能技術人才。學生、學員可就業(yè)于與物聯(lián)網相關的企業(yè)，從事與物聯(lián)網相關的工作。

物聯(lián)網專業(yè)實訓室的建設，應在物聯(lián)網的識別、感知、通訊傳輸、組網技術以及數(shù)據(jù)分析方面，衍生至物聯(lián)網整個產業(yè)鏈，以專業(yè)建設、人才培養(yǎng)、物聯(lián)網核心課程教學、提高學生實訓水平為目標，建立一個完整的、基礎的實訓架構體系。實訓室的建設需滿足以下基本要求：

（1）滿足農業(yè)院校物聯(lián)網專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)范和教學基本要求；

（2）能夠支撐學校相關專業(yè)課程教學；

（3）能夠支撐學校物聯(lián)網教學實訓，實現(xiàn)物聯(lián)網各知識點的實訓；endprint

（4）能夠滿足物聯(lián)網產業(yè)綜合創(chuàng)新的實訓，如智慧城市、智能家居等。

2 智慧農業(yè)實訓室應用平臺

典型物聯(lián)網應用實訓平臺[5]（智慧農業(yè)套件）以選取具有典型意義的物聯(lián)網智慧農業(yè)設備為基礎，結合可靈活部署的移動實訓臺。學生可通過應用平臺實訓產品的訓練進一步了解各種農業(yè)物聯(lián)網技術典型應用，進行模擬訓練；從實訓產品中學習傳感器、WSN及嵌入式知識。通過豐富多彩的智慧農業(yè)物聯(lián)網實驗案例及體驗，激發(fā)學生的想象力，充分調動學生的積極性，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。讓學生可以在實訓室中看到農業(yè)物聯(lián)網行業(yè)的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學生的動手設計能力，幫助他們成為具有特色能力的專業(yè)技術人才。

2.1 實訓室平面圖

物聯(lián)網智慧農業(yè)實訓室平面設計圖如圖1所示。具體位置可按實地重新規(guī)劃，根據(jù)教室實地情況，使用20+1套典型物聯(lián)網應用實訓平臺進行教學，可以滿足對20～40學生進行教學。此外，結合農業(yè)院校特色，新建一個農產品溫室大棚，充分體現(xiàn)了智慧農業(yè)套件由淺入深，由理論到實踐的循序漸進過程，豐富實訓課程設計，并將其應用于實踐生活中。

2.2 系統(tǒng)結構

物聯(lián)網智慧農業(yè)實訓平臺屬于移動實訓系列產品，主要由物聯(lián)網網關、工控平板、數(shù)/模采集器等11個物聯(lián)網典型部件構成。其中移動實訓臺、物聯(lián)網網關、安卓工控平板是核心部件，采集器使用四輸入模擬采集器和數(shù)字量采集器，有繼電器I和繼電器II，傳感器包括光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外開關，通過風扇I和風扇II完成。

2.3 平臺實現(xiàn)流程

智慧農業(yè)套件實訓平臺通過網關連接到公共網云平臺，構成了基于感知層基礎的物聯(lián)網云平臺。具體數(shù)據(jù)流轉流程[6]如下所示：

（1）通過四模輸入量采集器采集光照、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，通過ADAM-4150采集人體紅外傳感器數(shù)據(jù)；

（2）模擬輸入量采集器通過ZigBee傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳到網關，ADAM-4150通過串口將數(shù)據(jù)傳至網關；

（3）網關通過TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺或者工控平板進行數(shù)據(jù)邏輯處理；

（4）云平臺或工控平板形成控制指令，并通過TCP/IP協(xié)議傳給網關；

（5）網關通過串口將指令傳給ADAM-4150；

（6）ADAM-4150給繼電器輸出指令，控制風扇的開閉。

3 核心部件功能介紹

3.1 網關功能介紹

物聯(lián)網網關作為系統(tǒng)設備域的重要部件[7]，集成物聯(lián)網核心采集器、控制器，通過ZigBee協(xié)議、Modbus協(xié)議等采集、解析數(shù)據(jù)，具有透傳、控制命令下發(fā)等功能，可將數(shù)據(jù)實時顯示于網關顯示屏。網管功能截圖如圖2所示。具有采集光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器數(shù)據(jù)的功能并進行顯示，還可手動下發(fā)指令，打開風扇，將采集的數(shù)據(jù)傳輸給工控平板或云平臺，同時工控平板或云平臺通過網關可下達對繼電器的開關指令?；谶@些功能，農業(yè)套件平臺網關具有以下特點：

（1）LCD顯示功能，可同時顯示6路傳感器數(shù)據(jù)；

（2）本地聲光報警功能，具備超溫、斷電報警功能；

（3）通過WiFi/GPRS/以太網傳輸可將溫濕度數(shù)據(jù)實時傳送至后臺；

（4）內置后備電池，斷電后可繼續(xù)工作2小時；

（5）支持斷線儲存功能，最大支持5 000條記錄。

3.2 工控平板功能介紹

工控平板是智慧農業(yè)套件的數(shù)據(jù)處理核心，通過對網關傳輸數(shù)據(jù)的邏輯處理，可自動下發(fā)控制指令。對光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)進行邏輯處理，自動生成控制指令；對光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)案例進行開發(fā)并展示；對網關下達繼電器開關指令，或通過串口對ADAM-4150下達控制指令?；谶@些功能，工控平板具有以下特點：

（1）支持通過網關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；

（2）顯示內容豐富，界面友好；

（3）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；

（4）可旋轉支架。

3.3 云平臺功能介紹

物聯(lián)網云服務平臺[8]以云計算架構實現(xiàn)系統(tǒng)的云平臺管理，包含用戶管理、數(shù)據(jù)存儲、邏輯處理，設備管理、配置，資源管理、配置等功能，如圖3所示。支持多個網關、傳感器、執(zhí)行器等物聯(lián)網設備動態(tài)接入和管理；對光照傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器的數(shù)據(jù)進行存儲；可遠程手動或自動下達控制指令；BS架構可實現(xiàn)遠程管理、監(jiān)控；提供了豐富靈活的API接口，可通過API接口獲取數(shù)據(jù)，組建具有邏輯功能的各種應用場景。

4 結 語

物聯(lián)網智慧農業(yè)實訓平臺以移動型實訓臺為硬件支撐平臺，所有部件可靈活調配，緊跟教學進度，可按需組合，平臺系統(tǒng)安裝部署靈活，方便教學，支持四種數(shù)據(jù)傳輸模式，學生可自由組合，了解學習數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，掌握?shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶椭R。平臺的農業(yè)套件主要包括ZigBee無線組網相關的傳感器、繼電器等多種物聯(lián)網設備，通過配套的智能農業(yè)應用實訓及理論課程教學，讓學生動手進行安裝調試，接觸物聯(lián)網技術在短距離傳輸領域的真實使用，最終實現(xiàn)感知體驗與動手相結合、方案設計與實際驗證相結合的目的，提高學生的實踐動手能力。

參考文獻

[1]工業(yè)和信息化部.關于印發(fā)《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的通知[R].2011.

[2]蔣建偉.物聯(lián)網工程專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范解讀[R].教育部計算機科學與技術教學指導分委員會物聯(lián)網工程專業(yè)教學研究專家組，2011.

[3]物聯(lián)網實訓室建設方案[DB/OL].上海左岸星慧電子科技有限公司，2013.

[4]福建新大陸電腦股份有限公司.福建信息職業(yè)技術學院物聯(lián)網關鍵技術實訓室建設方案[R].2012.

[5]物聯(lián)網智慧農業(yè)實驗室建設解決方案[DB/OL].CK365中國測控網.

[6]謝楊.基于云計算的現(xiàn)代農業(yè)物聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)[D].成都：西南交通大學，2015.

[7]胡金輝.物聯(lián)網網關關鍵技術的研究和實現(xiàn)方案[D].西安：西安電子科技大學，2012.

[8]陳穎.大數(shù)據(jù)時代河北省高職院校軟件技術專業(yè)云平臺實訓室建設研究[J].山東工業(yè)技術，2017（3）：132.endprint