物联网样板间建设方案.doc
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1、物联网样板间建设方案522020年4月19日文档仅供参考XXXX物联网实验室设计方案目录1.方案背景32.建设目标33.方案特色44.总体设计54.1.实验室平面布置设计图54.2.各系统区域和主要功能55.物联网智能家居系统75.1.系统设计75.2.系统功能75.3.设备清单105.4.实训内容136.物联网环境监测系统156.1.系统设计156.2.功能设计166.3.设备清单176.4.实训内容247.物联网智能农业大棚管理系统257.1.系统设计257.2.功能设计287.3.设备清单297.4.实训内容338.物联网智能交通系统348.1.概述348.2.系统设计348.3.功能设
2、计378.4.设备清单378.5.实验教学内容399.物联网人员定位系统401.1.概述401.2.系统设计401.3.功能设计421.4.设备清单431.5.实验内容4510.主要产品介绍461. 方案背景物联网是经过信息传感设备,按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络,其主要特征是经过射频识别、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。物联网技术和产业的发展将引发新一轮信息技术革命和产业革命,是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力
3、。物联网概念是庞大和丰富的,其中涵盖了大量现有的专业门类和技术体系,而在其系统集成和应用端,能够说物联网技术将能够应用于工业、农业、服务业、环保、军事、交通、家居等几乎所有的领域。 年8月7日,国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表重要讲话:提出了”在激烈的国际竞争中,迅速建立中国的传感信息中心或感知中国中心”的重要指示; 11月3日的讲话中,温家宝总理再次提出”要着力突破传感网、物联网关键技术,及早部署后IP 时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。 两会期间,物联网再次成为热议话题。随着感知中国战略的启动及逐步展开,中国物联网产
4、业发展面临巨大机遇。当前,物联网技术还属于一个新兴技术,正在快速发展。学习与掌握物联网的技术理论,发展方向及其行业应用是当前高等教育的核心目标。 最新的教育部通知已将物联网、传感网作为战略性新兴产业相关专业的重点,开始鼓励各高校申报相关专业。能够预见,在不久的将来,无线传感网络将给我们的生活带来革命性的变化。2. 建设目标本次物联网实验室拟建设基于物联网技术的五大系统:智能家居、环境监测系统、智能农业大棚、智能交通、人员定位系统。用相应的终端设备和传感器将系统中的”物”联系起来,有效展示物联网在五大系统中的应用,系统具有开放性,可移植性,展示性,同时便于二次开发。系统的信息展示除在个系统中配置
5、相关显示屏外,而且能够经过网络与电工电子教学实验中心大厅的LED全彩大屏相连,将相关信息在中心大屏上发布和监控。3. 方案特色l 系统性:方案的设计是在详细分析物联网应用系统架构的基础上,系统性地覆盖传感层、接入层、网络层、应用层等各个层次的主流技术,为用户提供完整的物联网工程专业实验实训解决方案。同时,整个实验室设备可连接为一个局域网络并可接入到校园网,配以功能强大的实验室管理系统,能够跟踪管理学生的实验时间、实验内容、实验结果,为教学效果分析提供及时并详细可靠的数据来源。l 模块化:采用模块化的设计模式,能够根据实际需求选配各种模块组建实训环境,具有很强的灵活性并易于扩展。l 易操作:采用
6、一体化的操作台,集成监控屏幕、传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等;并采用可视化的监控软件,界面友好,操作简便。l 真正的”透明”教学:经过直观和形象的应用场景,使学生能够直接体会物联网的应用场景;开放产品设计的软硬件资源,同时配套详细的教学试验文档,让学生以工程开发形式学习原理知识,融会贯通各个学科的知识,达到真正的学以致用。4. 总体设计4.1. 实验室平面布置设计图4.2. 各系统区域和主要功能如上图所示,实训室共分为如下几个区域,各自功能如下:1. 智能家居系统智能家居系统功能展示与实验系统,包括家电控制、环境监控、灯光控制、窗帘控制、安防、小区呼叫管理、远程监控等内容。
7、2. 农业大棚系统智能农业温室大棚,采用物联网技术实现对大棚内环境温湿度、土壤温湿度、光照、CO2浓度等的监控以及照明、灌溉、通风等的控制,可用于教学、实验和展示等。3. 智能交通系统模拟智能交通,实现车位监控、停车场引导、收费、道路流量监控等,实现相关内容的展示和实验教学。4. 环境监测系统:在实验室中,放置环境监测系统的服务器以及显示大屏幕,在教室的底部靠窗处放置一个42寸屏幕,并放置一台服务器用于管理和配置系统的数据。5. 走道及人员定位系统:在实验室的中间有一条1.3米的走道,在实验室的四周放置4个ZIGBEE定位参考节点,用于实验室内的人员定位,同时在实验室外一个宽约3米,长约25米
8、走廊上布置人员定位系统。5. 物联网智能家居系统5.1. 系统设计智能家居系统是物联网技术在家庭自动化方面的典型应用,包括智能环境监测、智能家电控制、灯光控制、窗帘控制、智能安防、远程监控等几个部分,系统结构拓扑图如下:5.2. 系统功能1. 安防系统对人身安全、财产安全等进行实时监控,发生入室盗窃、火灾、煤气泄漏和紧急求助等情况时自动拨打用户设定的电话,及时播报险情。l 数字智能网关能够外接各种安防探测器(如红外、门磁); l 如果发生警情,报警信息经过小区局域网络,发送给小区管理中心监控主机,同时自家电话报警系统会将报警信息发送给业主或相关责任人; l 用户同时能够设定报警自动抓拍功能,同
9、时把抓拍的照片经过电子邮件发送给用户; l 在发生报警时智能网关将经过文字和声音提示用户哪里发生报警; l 当您外出时,家中如有访客,能够经过留影留言功能让您了解访客的情况。2. 环境监控室内温湿度监测及控制、室内有害气体泄漏监测及控制、室内光亮度监测及控制、雨滴监测及控制、室内空气监测及控制等。3. 监视系统互联网远程实时动态摄像监控,可远程经过手机、电脑实时动态监控家中的情况。4. 门禁系统门口机和室内机之间可实现可视对讲,门禁系统和ZigBee模块进行连接将信息采集到网关,并在手机和PC上将提示灯触发为红色,并提示信息。5. 智能灯光系统实现对灯光的自动化控制,并可创造任意的环境氛围和灯
10、光场景,如家庭影院的放映灯光、晚宴灯光、聚会灯光、读报灯光,根据外界光线自动调节室内灯光,根据不同时间段自动调节灯光。l 灯光情景控制模式:经过对智能开关的组合学习,能够对家庭单元的各个房间定义个性化的灯光场景需要。比如:全开全关模式、家庭影院模式、会客模式、聚餐模式、夜间模式、起早模式等; l 联动控制:灯光、电器(空调)、电动窗帘三者的控制能够经过情景控制模式联动,如门磁能够设定与灯光、窗帘、电器等设备的联动工作。比如:回家开门后,灯光打开、窗帘开启、空调开启等联动工作。 l 定时控制:在设定的时间点对家电、灯光、窗帘等带电设备进行控制。如:早上7.30闹钟响起,窗帘缓缓开启,音乐开始播放
11、。6. 电器控制系统把所有能控制的电器组成一个管理系统,除了能够实现本地对家电的控制之外,还能够经过遥控、场景、定时、电话以及互联网远程等多种控制方式实现对电器的智能管理与控制。7. 电动窗帘系统对窗帘进行智能控制和管理,能够用遥控、定时等多种智能控制方式实现对窗帘的开关、停止等控制,以及一键式场景效果的实现。8. 控制模式1) 手动控制保留所有灯及电器的原有手动开关,不会因为局部智能设备的故障,导致不能实现控制。2) 智能无线遥控一个遥控器,可对所有的灯光、电器及安防的设备进行智能遥控和一键式场景控制、实现全宅灯光及电器的开关、临时定时等遥控,各种编址操作,4路一键式情景模式,配合数字网络转
12、发器,实现本地及异地万能遥控。3) 一键情景控制一键实现各种情景灯光及电器组合效果,能够用遥控器、智能开关、电脑等实现”外出、在家、就餐、影院”等多种模式。4) Internet远程监控经过互联网实现远程监控、操作、维护以及系统备份与系统还原,经过用户授权,能够实现远程售后服务。无论在世界各地,只要经过INTERNET网都可随时了解家里灯及电器的开关状态,包括远程控制,随时根据需求,更改系统配置、定时管理事件,还可随时修改报警电话号码;5) 事件定时控制能够个性化定义各种灯及电器的定时开关事件,一个事件管理模块总共能够设置多达87个事件,完全能够将每天、每月、甚至一年的各种事件设置进去,充分满
13、足用户的实际需求。可设置早上定时起床模式,晚上自动关窗帘模式,还有出差模式等。5.3. 设备清单名 称规格数量单位单价复价备注温湿度传感器模块上海企想BIZ-SM-SHT1个150150光敏传感器模块上海企想BIZ-SM-LS1个3636烟雾探测传感器模块上海企想BIZ-SM-MQ21个8484燃气探测传感器模块上海企想BIZ-SM-MQ51个8484人体感应传感器模块上海企想BIZ-SM-OS1个7575干黄门磁传感器模块 上海企想BIZ-SM-GH1个6060紧急呼救按键复位按钮 圆型 安装孔径16MM1个4.54.5雨滴传感器STSM-002型1个3030LED灯模块上海企想BIZ-M1
14、014个90360智能开关Control4 无线弱调光器 zigbee 调光模块 智能调光开关1个76297629电动窗帘控制系统智能窗帘控制系统:自动离合机构,自动、半自动、遥控、手动任意选择, 断电也可正常使用;专用开关电源适配器,24V直流驱动,安全稳定可靠;关键传动部件采用进口钢材制成,配合优质铝合金导轨,经久耐用;1套68406840Zigbee协调器包括CC2430射频底板和支持底板,射频顶板与支持底板能够无缝连接,构成完整系统。射频顶板采用TI公司支持ZigBee 协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心,利用2.4G的SMA天线进行通信。支持底板包括CC2430复位系统、J
15、TAG在线仿真下载接口、RS232串口、以太网接口等。协调器能够建立网络,而且对加入的节点进行管理和访问,对整个ZigBee网络进行维护1个762762Zigbee传感器节点包括CC2430射频底板和支持底板,射频顶板与支持底板能够无缝连接,构成完整系统。射频顶板采用TI公司支持ZigBee 协议栈的射频芯片CC2430作为收发处理核心,利用2.4G的SMA天线进行通信。支持底板完整的3电源供电系统(电池盒、外接电源、仿真器供电)、与ZigBee 协议栈无缝连接的按键系统、LED流水灯、温度传感器电路、温湿度传感器电路、高性能串口通信电路、蜂鸣器控制电路、继电器控制直流电机电路、光敏传感器电路
16、以及IO排针等等。提供数据访问接口以方便计算机应用程序开发。传感器节点采集传感器数据,并经过zigbee网络传输到计算机网络,能够自带温度、湿度、光敏传感器,并保留传感器接口,外接传感器控制电流:DC: 3-25mA AC:12mA通态压降:1.5V断态漏电流:5mA断态时间:10ms介质耐压:2500V/AC绝缘电阻:500M/500V/DC环境温度:-30+7515个6009000排风控制系统Zigbee传感器节点交流继电器:控制方式:直流控交流(DC-AC) 交流控交流(AC-AC)负载电流:10A,15A,25A,30A,40A,50A,60A,80A,100A,120A负载电压:24
17、0V/AC 480V/AC 660V/AC 1200V/AC控制电压:3-32V/DC 90250V/AC1套900900CDMA模块华为EM660CDMA 1x EV-DO Rev.A 800/1900 MHz1.8 Mbps (上行) / 3.1Mbps (下行)接收分集 (800/1900MHz)支持电话本,数据业务,短信业务操作系统:Windows /XP/VISTA/LINUXMini PCI-E 接口1个750750门禁系统室内机技术参数:外形尺寸:238MM*172*38MM显示器件:5.6寸TFT图像分辨率:320*240*3信号制式:N/P 工作温度:-10-40电源:AC1
18、00-240V/50-60HZ功耗:待机2W 工作14W线制:五芯线室外机技术参数:外型尺寸:125MM*170MM*25MM夜视光源:红外线最低照度:0.5LUX摄像角度:92度CCD视频输出:1VP-P/75信号制式:N/P接锁类型:门口机接锁工作温度:-10摄氏度-50摄氏度功耗:DC12V-3W门禁感应卡5张,室内外机连接线1条及配套固定螺丝1套810810Zigbee-红外转发器波创ZigBee 遥控器 BC2-GGLRZB1个3030网络摄像头普顺达FS-613A-M1361个990990智能家居系统上位机软件1套400004000042寸液晶屏长虹LT42630FX屏幕尺寸:42
19、英寸 屏幕比例:16:9 面板类型:IPS硬屏 屏幕分辨:19201080 背光性能:CCFL冷阴极萤光灯管 HDMI:1组1台70007000空调格力KFR-72LW/E1(72568L1)FdNaHC2A空调类型:立式空调适用面积:32-50室内机尺寸:5201800337mm 产品功率:大3.0p冷暖类型:冷暖电辅是否变频:变频能效比:4级,3.291台1000010000大屏幕集成5000总计:人民币 (¥90595)5.4. 实训内容1. 智能家居系统应用体验了解智能家居系统的功能、组成结构、使用方法等。2. 智能家居系统工程规划,设计思路提供智能家居系统工程规划、设计文档,让学生了
20、解整个智能家居系统应用工程的设计、开发和实施过程。3. Zigbee采集节点配置与使用PANID、信道、物理地址、网络地址等参数读取和设置4. Zigbee组网技术:星型网、树形网、网状网5. 物联网网关的配置和使用网关配置管理:网关接入配置、网络节点控制、定义控制逻辑嵌入式web server配置使用6. Zigbee协议栈应用开发开发环境的建立基于Zstack协议栈的开发步骤7. 上位机软件系统开发上位机软件设计、编程、测试等。6. 物联网环境监测系统6.1. 系统设计近年来自然灾害的横行提醒人们迫切需要对环境进行精确、实时监控,以降低火灾、自然灾害等对人类造成的生命财产损失。可是,传统的
21、有线方式布线难度大、成本高且维护困难,因而需要另一种体系结构来对无人职守的环境进行实时连续地监控,从而让监控网络摆脱电缆布线和人工坚守的束缚。无线环境监测系统在面向缺乏电源、通信等基础设施的野外等恶劣场景中的大范围环境监测应用中有着突出的优势。系统采用了无线数据采集网络(Zigbee)实现对传感器数据的采集和传输。无线环境监测传感器包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器等。这些传感器进行环境数据采集并经过低功耗多跳无线自组织网络进行数据传输,无需在数据采集网络范围内建设电缆和通信线缆等基础设施,各个传感器之间能够自动地相互进行数据中继转发,从而能够保证组网和通信的可靠性,并能够扩大监测
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