物联网综合实验室建设方案.doc

北 京 科 技 大 学信息工程学院物 联 网 综 合 实 验 室 建 设 方 案北京博创兴盛科技有限公司2011年4月目 录一、背景介绍- 3 -二、物联网综合实验室建设的必要性和理念- 4 -三、物联网综合实验室建设的先决条件、特点和目标- 5 -四、博创科技物联网实验室设计方案- 6 -五、实验室产品目录及详细参数：- 7 - 物联网嵌入式教学科研平台（型号：UP-CUP IOT-6410）- 9 - 物联网综合传感器平台（型号：UP-Sensor-s）- 12 - 物联网智能家居系统（型号：UP-SmartHome-II）- 14 - 物联网ETC实训系统（型号：UP-ETC-I）- 16 - 物联网定位控制系统（型号：UP-GPSTracker）- 18 - 物联网车载电脑实训系统（型号：UP-CARPC）- 20 - 物联网视频监控实训系统（型号：UP-IPVideo）- 22 -一、背景介绍物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。物联网的发展历程大致如下：1、 物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine2、 1999年 在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网(Internet of Things)这个概念；是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。4、 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。 报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。5、 2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本3。而创新2.0形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。6、2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。而今天，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。二、物联网综合实验室建设的必要性和理念温总理在2010年的政府工作报告中明确提出，要积极发展新一代信息技术产业，“促进物联网示范应用”。获悉，物联网“十二五”规划将在2011年出台。据介绍，物联网的十大应用重点领域分别是智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事。国务院总理温家宝在2011政府工作报告中提出，要加快构建现代产业体系，推动产业转型升级，要加快培育发展战略性新兴产业。积极发展新一代信息技术产业，建设高性能宽带信息网，加快实现“三网融合”，促进物联网示范应用。推进传统能源清洁利用，加强智能电网建设，大力发展清洁能源。邬贺铨委员建议，物联网发展需优化布局、强化应用。首先要清晰定义物联网产业的边界，使优惠政策有的放矢。二要在国家层面加强统筹和布局，防止低端产能过剩、高端研发空白的局面出现，同时推动军民融合和产学研用合作。第三，物联网应用的特点是间接效益比直接效益大。应从中国的国情和人民需要出发，通过物联网在电网、智能物流、数字医疗、智能交通领域的应用，节能减排、 提高人民健康福祉、便利群众出行。“在全球物联网刚刚起步的今天，中国企业迎来了千载难逢的历史机遇。”全国人大代表、福建新大陆科技集团有限公司总裁王晶建议，加大对物联网核心技术研发、示范应用的重视和投入，成立“国家物联网识别技术和应用示范基地”。2010年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。由于物联网涉及的领域非常广泛，从技术角度，主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程，电子与电气工程，电子信息与通讯，自动控制，遥感与遥测，精密仪器，电子商务等等。笔者认为，物联网专业可能会在上述这些院系中开设。 与物联网应用相关的专业， 如建筑与智能化，土木工程，交通运输与物流，节能与环保等等，也可以考虑开设选修课或在研究生、博士生阶段设置相关交叉学科的学位。 物联网可以是一个“专业”，但不一定是一个“学科”。国内有些专家反对设置“物联网专业”，因为定位不清，一个学校往往有好几个院系争夺“物联网专业“的申报，又不是一个明确的学科，难以培养出真正的专业人才，培养出来的人可能是“万精油”，懂得多但是不精，尤其是本科阶段，建议只作为研究生专业，像MBA一样的模式。和目前许多高校设置的“电子商务”专业一样，“电子商务”也有同样的定位不清问题，我们认为，只要高校设置的物联网专业能够培养出社会需要的专业人才，尤其是跨专业复合型人才，就应该可以设置，不必拘泥于它究竟属于哪个现有的“学科”。 根据目前的具体情况，我们认为，建立物联网实验室应该更强调关键技术的应用，以及实际案例的体现，理论结合实践。三、物联网综合实验室建设的先决条件、特点和目标先决条件：具有较好的数学和物理基础，掌握物联网的相关理论和应用设计方法，具有较强的计算机技术和电子信息技术的能力，掌握文献检索、资料查询的基本方法，能顺利地阅读本专业的外文资料，具有听、说、读、写的能力。开设有信息与通信工程、电子科学技术、计算机科学与技术、物联网概论、电路分析基础、信号与系统、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、微机原理与接口技术、工程电磁场、通信原理、计算机网络、现代通信网、传感器原理、嵌入式系统设计、无线通信原理、无线传感器网络、近距无线传输技术、二维条码技术、数据采集与处理等相关课程。特点：同时注重理论学习和实践创新能力的提高两个方面，让学生在实验室这个开放的平台上尽可能多的接触更多技术和产品，激发学生的自主学习意识，利用课余时间完成实践与创新。课程内容：由验证型、提高型向综合型、设计开发型和创新型逐层递进。实验内容：由单纯的教学型向产学研相结合的方向转变；采用工程案例化教学，突出科技创新在人才培养中的作用。适应以就业为导向，以能力为本位的培养人才特点，以适应社会需要为目标、以培养技术应用能力为主线，提高学生的知识应用能力、实践能力。突出培养“技能型、应用型、实践型”的人才。目标：培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。学生毕业后主要就业于与物联网相关的企业、行业，从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、信息安全等的设计、开发、管理与维护，也可在高校或科研机构从事科研和教学工作。四、博创科技物联网实验室设计方案博创科技物联网实验室建设方案特点：1、 物联网是嵌入式、传感器、网络技术的一个具体应用，嵌入式技术是物联网技术的基础支撑技术，北京博创正是国内嵌入式教学解决方案的专家。博创科技原有的嵌入式教学解决方案中就已包含网关、传感器、RFID、ZIGBEE、GPRS等各种物联网元素和相关具体的实验体系，基础特别扎实。2、 强大的网关支持。物联网要实现成百、上千乃至数以万计的物体相联，网关正如人体心脏，必需强大，否则低端网关十几个、几十个结点就可能造成网络堵塞。博创的物联网网关采用博创强大的ARM11嵌入式整体平台，相比简单的ARM9、XSCALE、单片机核心板式的网关通讯能力强大得多。而且完整的ARM11平台接口、外设非常丰富，还可以完成基础的嵌入式教学需求，可谓一平台多用途。3、 强调实验体系搭建的教学需求。物联网教学平台首先要满足高校教学的第一需求，所以平台不只是简单的硬件堆砌，要求所有硬件驱动畅通的前提下，建立丰富的可满足学校教学的实验体系，博创有十年的嵌入式教学方案解决经验，了解高校教学需求，强调软硬兼顾，博创有较为丰富的无联网实验体系。4、 传感器专业是国家批准建立物联网专业的一个方向。传感技术是物联网的一个基础技术，博创为了配合高校物联网专业的建设，专门搭建了一个完全开放的传感器平台，提供了丰富的传感器种类与应用接口。5、 物联网是一个面向应用的、多学科的综合技术，应用市场巨大。一般本科、专科教学应更强调应用，而不是过多的强调传感器、网络技术、通信技术等低层基础技术，否则知识点太多，学生学不过来。而且物联网的核心技术还在国外，我国一般院校更多的应该强调物联网应用教学，多了解应用案例，以案例带动教学更适合目前中国物联网的教学实际情况。所以，博创的解决方案中除了基础物联网平台，更强调智能家居、ETC、物联定位、车载电脑等典型的物联网应用实训平台。五、实验室产品目录及详细参数：产品名称型 号主要技术特点描述单 价物联网嵌入式教学科研平台UP-CUP IOT-6410ARM体系架构、嵌入式操作系统架构、视频多路采集、视频采集编解码技术、无线传感技术、无线zigbee通讯技术l 功能强大的ARM11嵌入式网关l 快捷的ZigBee开发环境l 丰富的外围传感器l 生动的综合演示程序13000.00物联网综合传感器平台UP-Sensor-sARM体系架构、嵌入式操作系统架构、无线传感技术l 高度的模块化设计l 可自由组合、扩展性强l 丰富的外围传感器l 案例丰富6500.00选配模块ZigBee应用套件UP-ZigBee无线zigbee通讯技术基于无线zigbee协议，组建多结点网络1600智能语音识别模块UP-Speech Ctr智能语音识别技术独立研发的语音库系统，实现了语音的采集识别1200CAN结点模块UP-CanCAN总线技术通过CAN总线控制具体器件，模拟工业的自动控制系统500传感器模块UP-Sensors探测感应技术多种传感器的信息采集与识别900GPS模块UP-GPS卫星定位技术时间、经纬度、高度的识别与定位800GPRS模块UP-GPRSGSM网络通讯技术电话拨打接听与短信的收发7503G模块UP-3G3G网络通讯技术实现了3G网络下的视频传输1500RFID模块UP-RFID高频电磁波感应技术实现了具体设备的射频感应识别400指纹识别模块UP-FingerPrint图像处理、模式识别技术指纹的录入，辨别、输出900CMOS摄像头UP-CMOS感光成像技术、视频采集技术高速视频信息采集400USB摄像头UP-Camera视频采集技术USB协议的视频采集150蓝牙模块UP-Bluetooth module蓝牙传输技术实现蓝牙局域网传输文件300USB WifiUP-Wifi无线传输技术无线局域网间的信息传输350微型打印机UP-Printer串口通讯技术基于arm平台串口输出信息进行打印650条码扫描仪UP-Barcode Scanner数据库技术条形码的采集、识别和存储400RFID读卡器及标签套装UP-RFIDSET高频电磁波感应技术实现了具体设备的射频感应识别1600物联网智能家居综合实训系统UP-Smart Home-II嵌入式操作系统架构、GSM通讯技术、无线zigbee传输技术、探测感应技术、485总线通讯技术、视频采集传输技术l 结合了嵌入式应用、无线通信、手持设备、网络视频监控等多种最新实用技术l 实现了智能控制、远程控制、家居安防等主要实训功能l 可以扩展无线传感器网络、家庭智能网关等功能l 丰富的实训项目案例50000.00物联网ETC综合实训系统UP-CUP ETC-I嵌入式操作系统架构、无线传输技术、自动控制技术、图像处理技术，探测感应技术、高频电磁波感应技术l 基于RFID射频识别技术的应用物联网教学科研设备物联网教学科研设备物联网教学科研设备物联网教学科研设备物联网教学科研设备 20 fps 语音识别技术远程用户体验IP地址：218.246.107.83，用户名：uptech，密码：123456部分功能截图： 系统状态 网络视频硬件资源主机柜规格及尺寸重 量：50Kg外形尺寸：箱体整体呈直角梯形体，长：79CM，上下底宽：9.5CM35CM，高：50 CM；输入电源：220V处理器基于XScale技术的Intel PXA270处理器 主频520MHz 内部集成iwmmx指令 存储器64MB SDRAM，64MB Nand Flash，16MB Nor Flash输入接口指纹录入，4*4密码门禁键盘，红外探测，烟幕探测，温度传感器，触摸屏，2个RS232标准串口，MIC接口，4*5矩阵键盘输出接口空调温度设定显示，温度显示，风扇换气，灯光照明，电动门窗，扬声器，立体声耳机，USB，以太网， IIS音频存储设备接口CF卡接口（PC Card模式），SD/MMC 接口，IDE接口显示设备8寸640*480TFT真彩LCD扩展接口32位总线和可复用资源168Pin扩展接口其他GSM语音通话电路（可进行远程控制和通话），GPRS模块，SIM卡，Zigbee扩展接口，实时时钟，JTAG接口（包括14Pin和20Pin标准），I2C接口，SPI接口软件资源操作系统Linux2.6.9BootloaderBlob文件系统支持yaffs cramfs ramfs vfat jffs2等文件系统设备驱动串口，Ethernet，Audio，SD卡，IDE，CF卡，AD/DA，USB，红外，蓝牙，LCD，触摸屏,SPI，I2C，RTC，GPIO等图形界面Qt/E 开发工具JTAG工具，arm-linux-gcc交叉编译器，GDB，GDBSERVER调试工具物联网教学科研设备物联网教学科研设备部分功能截图 地图上的自定义地标，单击会显示当前车辆所处的位置，高度和当前速度。地图上原有调整显示比例、拖动、地图、卫星、地形等功能，完全兼容google的地图使用方法。该系统的地图功能，完全按照Google Maps API进行开发，方便用户进行扩展，学习Google Maps 的应用。技术参数电源工作电压DC 7.0VDC 30V，典型12V工作电流4mA435mA,典型170mA接口参数GPRS天线接口50/SMA（阴头）GPS天线接口3.3V,SMA（阴头）数据接口标准RS232，可扩展RS485或者CAN总线接口（三者任选一）数据物理接口3PIN 接口SIM卡3V/5V，自动检测波特率115200GPS参数冷启动时间29s温启动29s辅助启动1s热启动物联网教学科研设备物联网教学科研设备硬件资源主机柜重量：50Kg外形尺寸：箱