農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

引言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程、控制以及軟件工程等多個(gè)學(xué)科相融合的綜合性專業(yè)學(xué)科。各高校在開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)時(shí),必將結(jié)合本校傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，發(fā)展具有自身特色的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，涉及到實(shí)踐教學(xué)改革、課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)境建設(shè)、教材建設(shè)等多方面的改革和創(chuàng)新。

1項(xiàng)目建設(shè)的背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求越來(lái)越明顯，作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展主要力量的高等學(xué)校，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室并開(kāi)展針對(duì)性的教學(xué)與科研，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，有利于高校的學(xué)科發(fā)展和教學(xué)科研水平的提升。

為了貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，促進(jìn)山東省物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和相關(guān)人才教育事業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)山東省對(duì)物聯(lián)網(wǎng)高端專門人才的迫切需求，充分利用青島農(nóng)業(yè)大學(xué)作為省屬農(nóng)業(yè)院校的區(qū)域優(yōu)勢(shì)和教學(xué)資源，擴(kuò)大青島農(nóng)業(yè)大學(xué)在信息類專業(yè)校企合作聯(lián)合辦學(xué)的成果，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)于2011年在通信工程專業(yè)設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向，并于當(dāng)年開(kāi)始招生，這樣，學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為當(dāng)務(wù)之急。

2物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)對(duì)信息類專業(yè)人才的需求量越來(lái)越大，高校在培養(yǎng)應(yīng)用型人才的同時(shí)，必須注重提升人才的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中，結(jié)合本校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)叫學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)本著培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等基礎(chǔ)理論的原則,以掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感層、傳輸層與應(yīng)用層關(guān)鍵設(shè)計(jì)等專門知識(shí)和技能為目標(biāo)，兼顧當(dāng)前流行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，注重各種技術(shù)之間的融合與靈活應(yīng)用，注重創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及項(xiàng)目實(shí)踐，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正融會(huì)貫通到實(shí)際應(yīng)用中,包括物流管理、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等。開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)性和專業(yè)性實(shí)驗(yàn)，從基礎(chǔ)到深入、從原理到應(yīng)用，全面體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)回。

作為一所省屬農(nóng)業(yè)院校，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)和農(nóng)業(yè)類專業(yè)緊密結(jié)合，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)，以應(yīng)用性為主，建立一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室。物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室除了可以進(jìn)行各種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)當(dāng)可以模擬典型物流、設(shè)施農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等實(shí)際應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的特點(diǎn)，進(jìn)行分層設(shè)計(jì)、理論聯(lián)系實(shí)際的模塊化結(jié)構(gòu)解決方案。

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是和青島東合信息技術(shù)有限公司聯(lián)合培養(yǎng)的，合作采用121人才培養(yǎng)模式，即將本科四年的學(xué)習(xí)分為三個(gè)階段：第一階段以校內(nèi)開(kāi)設(shè)的公共課、基礎(chǔ)課程為主；第二階段主要以校企聯(lián)合面向市場(chǎng)需要進(jìn)行課程改革后的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課為主，在保證專業(yè)基本理論與技能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，突出物聯(lián)網(wǎng)的基本理論與技能的學(xué)習(xí)；第三階段以物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用實(shí)例和要求進(jìn)行操作、項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)為主，進(jìn)行技能、能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，目前尚處在探索階段，如何構(gòu)建功能、技術(shù)完備，符合高校自身特點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，是高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的關(guān)鍵叫物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室應(yīng)針對(duì)高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)際應(yīng)用的多種需求來(lái)設(shè)計(jì)與建設(shè)，包括物流管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)等。開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)性公共實(shí)驗(yàn)和專業(yè)性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)從基礎(chǔ)到深入、從原理到應(yīng)用，全面體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的的各個(gè)環(huán)節(jié)。

3高校物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層體系結(jié)構(gòu)。感知層主要利用射頻識(shí)別（RFID）、二維碼、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲技術(shù)手段對(duì)物體進(jìn)行信息采集和捕獲；網(wǎng)絡(luò)層主要通過(guò)各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行信息交互與共享;應(yīng)用層則利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能技術(shù)，對(duì)獲取的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理，提高對(duì)物體、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各種活動(dòng)和變化的洞察力,實(shí)現(xiàn)智能化的決策與控制。

基于實(shí)驗(yàn)需求及物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)開(kāi)設(shè)的實(shí)際需要，高校的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室可以分為基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用實(shí)訓(xùn)兩部分。圖1所示是一個(gè)高校物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的體系結(jié)構(gòu)。

3.1物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室主要用于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)中涉及到的嵌入式系統(tǒng)、傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、單片機(jī)、無(wú)線通信、移動(dòng)通信、通信原理等課程的實(shí)驗(yàn)操作。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室是在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子信息工程等專業(yè)的已有部分相關(guān)實(shí)驗(yàn)室（如單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、通信原理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)驗(yàn)室）實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，由青島東合信息技術(shù)有限公司提供基于Sigma86x系列平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該平臺(tái)為海爾軟件有限公司中網(wǎng)社區(qū)家庭網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品（HomeBox）的教學(xué)版實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)海爾網(wǎng)絡(luò)家電控制系統(tǒng)、燈光窗簾控制系統(tǒng)、智能音視頻系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)、HOMEBOX媒體中心、中心控制系統(tǒng)（HOMEBOX、PC控制中心）等七大智能家居系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)與家庭網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫接入。

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件資源包括電源按鈕、復(fù)位按鈕、通用I/O接口，板上提供穩(wěn)定的3.3V、5V、12V電壓,UART控制器,UART與RS232轉(zhuǎn)換板IDE控制器、PCI總線,兩個(gè)USB接口，HDMI，色差及AV接口，以太網(wǎng)10/100控制器,E2PROM，64MBFlash，128MBDDRSDRAM，160GSATA硬盤等。

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有豐富的外圍接口，提供的擴(kuò)展功能模塊包括SDCard接口，可支持2GBSD卡、USB鍵盤鼠標(biāo)、ZigBee無(wú)線通訊模塊、WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊、RF通訊模塊,紅外接收器等功能。

3.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室是根據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)學(xué)科，主要建設(shè)涉及農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、倉(cāng)儲(chǔ)物流、食品追溯，另外還將建設(shè)智能家居、智能安防等?，F(xiàn)以環(huán)境監(jiān)測(cè)為例介紹其功能及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要模擬農(nóng)村田地環(huán)境的監(jiān)測(cè)，以對(duì)田地的溫度、濕度、氣體、光照等各類重要的環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。通過(guò)該系統(tǒng)，學(xué)生可以了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境勘測(cè)、傳感器選型與架設(shè)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸、通信技術(shù)及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等多方面的知識(shí)，提高實(shí)踐演練和動(dòng)手能力。其具體學(xué)習(xí)和工作過(guò)程如下：

數(shù)據(jù)采集

通過(guò)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置不同的傳感器來(lái)分別模擬不同的環(huán)境，并通過(guò)傳感器進(jìn)行信息采集。傳感器采集的信息先傳送到附近的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)節(jié)點(diǎn)，再由節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后傳送出去。

網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)交互部分主要由WSN節(jié)點(diǎn)、Wi-Fi模組及天線端組成。主要負(fù)責(zé)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信息和Wi-Fi攝像頭信息通過(guò)無(wú)線交換機(jī)送到連接的Internet服務(wù)器中。

數(shù)據(jù)管理

傳感器采集的信息被傳送到服務(wù)器后，學(xué)習(xí)利用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理所有的數(shù)據(jù)，并通過(guò)專家決策系統(tǒng)對(duì)實(shí)際情況做出判斷，最終進(jìn)行決策。

4結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是一種技術(shù)，只有和具體的學(xué)科、專業(yè)相結(jié)合,才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。每個(gè)學(xué)校在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，都應(yīng)該充分發(fā)揮本校的優(yōu)勢(shì)，和學(xué)校的優(yōu)勢(shì)學(xué)科相結(jié)合。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)作為關(guān)系著國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其信息化、智慧化的程度尤為重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中的引入與應(yīng)用，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依托新型信息化應(yīng)用邁出的一大步,可以改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著科技的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛,一批關(guān)鍵農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)培育問(wèn)題也期待科技突破[10Io作為農(nóng)業(yè)院校，只有充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)院校的科技與人才優(yōu)勢(shì)，才能更好地服務(wù)于“三農(nóng)”

20211012_616592ab65df3__農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究