专利名称：一种三级物联网实训系统及其实训方法
技术领域：
本发明实训系统及其实训方法涉及一种三级物联网实训系统及其实训方法，特别适合于各院校、研究院所使用。
背景技术：
目前已有的基于物联网的实训装置主要有实验箱式、实验板式和实验台式三种实 训装置。其中，实验箱式实训装置可以包含常用物联网应用的各项功能实验，但是存在以下缺点1)缺乏对应的物联网执行设备；2)实验演示内容、设备布局等与实际应用设计脱节；3)各项实验之间没有关联性。虽然这种形式有利于教学进程的独立实施，但由于学生对于物联网及其控制对象和控制过程往往缺乏感性认识，从而造成学生的学习动力不足。实验板式实训装置价格便宜，但是存在如下缺点1)资源较少，只能进行较少的物联网应用基础功能实验；2)缺乏对应的物联网执行设备；3)实验演示内容、设备之间连线等与实际应用脱节；4)各项实验之间没有关联性。虽然这种形式有利于教学进程的独立实施，但由于学生对于物联网及其控制对象和控制过程往往缺乏感性认识，从而造成学生的学习动力不足。实验台式实训装置资源丰富，几乎包含常用物联网应用的各项功能实验和模拟执行设备。但是存在如下缺点1)仍然未能脱离插接式、演示式的实训性质；2)实验演示内容、设备之间连线等与实际应用脱节；3)各项实验之间没有关联性。虽然这种形式有利于教学进程的独立实施，但由于学生对于物联网及其控制对象和控制过程往往缺乏感性认识，在没有系统性的各种实训项目完成后，头脑中还是一团乱糟糟，从而造成学生的学习动力不足。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种三级物联网实训系统及其实训方法，以物联网为基础，在物联网应用设备装调实训网孔板架框上安装各类真正的传感器和执行设备，配合嵌入式设备和PC机，将各种类型实训项目有机结合，有效提高学生的物联网系统搭建能力。一种三级物联网实训系统及其方法是采取以下技术方案实现的一种三级物联网实训系统包括现场设备实训分系统、嵌入式实训分系统、计算机实训分系统三部分，其中现场设备实训分系统包括网孔板框架、至少一个ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备，所述网孔板框架采用屏风式网孔板框架，ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备均安装在网孔板框架上；传感器模块负责检测现场环境信息；ZigBee模块包括ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块，ZigBee路由模块上设有输入接口和输出接口，输入接口与传感器模块相连，输出接口与继电器模块相连，由实训要求需要的传感器模块和继电器模块数量决定ZigBee路由模块数量，每个ZigBee路由模块通过ZigBee无线网络以多跳的形式建立与ZigBee协调器模块之间的通信；ZigBee路由模块负责传输检测信息和控制命令，继电器模块实现弱电控制强电中转功能，执行设备即现场受控设备，包括通断电器，ZigBee协调器模块负责ZigBee网络信息维护功能和对现场实训系统的一级监控功能。嵌入式实训分系统包括嵌入式设备和与ZigBee协调器模块相连的通信连接件，当嵌入式设备通过通信连接件和ZigBee协调器模块连接后，通过将计算机所编程序下载到嵌入式实训分系统，嵌入式实训分系统根据所述程序实现嵌入式设备对现场设备实训系统的第二级监控。计算机实训分系统包括计算机和路由器，计算机通过路由器与嵌入式设备连接，通过将计算机所编程序下载到嵌入式设备，实现计算机对现场设备实训系统的第三级监控。 一种三级物联网实训系统的实训方法包括如下步骤
I)根据实训内容要求把ZigBee路由模块、ZigBee协调器模块、传感器模块、继电器模块和执行设备安装在网孔板框架上。2)根据实训要求，绘制系统接线图，并按接线图在网孔板上设计布线路径，完成物联网应用系统的布线和各设备器件的接线。3)按照物联网ZigBee协议规范，根据实训要求在ZigBee协议栈基础上完成组网编程、传感器数据检测编程和控制编程，并把相应的程序下载到ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块上，完成现场设备实训系统功能。4)根据实训要求，把ZigBee协调器模块的串行接口连接在嵌入式设备上，然后通过嵌入式编程，实现嵌入式实训系统对现场设备实训系统的二级监控；
5)根据实训要求，通过有线网络或无线网络连接路由器，建立嵌入式设备和计算机之间的通信，然后通过计算机编程和嵌入式实训系统的中转，实现对现场设备实训系统的三级监控。
本发明一种三级物联网实训系统及其实训方法包括如下优点
I)本发明克服了传统实验箱式、实验板式实训系统的缺点，实训设备的安装、接线、调试完全按照真实物联网系统项目实施过程进行，在教学过程中，教师指导学生做功能设计和布局设计，学生根据设计完成设备的选型、安装、接线，进而进行功能编程、系统调试等工作。2)本发明可以完成三类典型的物联网系统项目实施的实训，单独完成现场设备实训系统，能够实现无主机基于ZigBee组网的物联网监控系统项目实施；组合现场设备实训系统和嵌入式实训系统，能够实现嵌入式主机监控的物联网监控系统项目实施；组合现场设备实训系统、嵌入式实训系统和计算机实训系统能够完成综合的物联网监控系统项目实施。当学生完成全部实训后，即相当于经历了一次实际的物联网应用系统产品的集成、安装和调试过程。在实训过程中，学生可以学习到
1)系统的整体设计方法与思路，包括功能分析、设备选型、软件功能设计、网络拓扑图
搭建等；
2)ZigBee组网、无线组网、有线组网等网络搭建；3)满足系统功能和操作要求的系统硬件安装调试、综合布线和软件编程等。
以下将结合附图对本发明作进一步说明
图I是本发明一种三级物联网实训系统的构成模块示意图。图2是本发明一种三级物联网实训系统的拓扑图。图3是本发明一种三级物联网实训系统的现场设备实训分系统的构成示意图。
具体实施例方式参照附图I 3，本发明一种三级物联网实训系统包括现场设备实训分系统、嵌入式实训分系统、计算机实训分系统三部分，其中现场设备实训分系统包括网孔板框架、至少一个ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备，所述网孔板框架采用屏风式网 孔板框架，ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备均安装在网孔板框架上；传感器模块负责检测现场环境信息；ZigBee模块包括ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块，ZigBee路由模块上设有输入接口和输出接口，输入接口与传感器模块相连，输出接口与继电器模块相连，由实训要求需要的传感器模块和继电器模块数量决定ZigBee路由模块数量，每个ZigBee路由模块通过ZigBee无线网络以多跳的形式建立与ZigBee协调器模块之间的通信；ZigBee路由模块负责传输检测信息和控制命令，继电器模块实现弱电控制强电中转功能，执行设备即现场受控设备，包括通断电器，ZigBee协调器模块负责ZigBee网络信息维护功能和对现场实训系统的一级监控功能。嵌入式实训分系统包括嵌入式设备和与ZigBee协调器模块相连的通信连接件，当嵌入式设备通过通信连接件和ZigBee协调器模块连接后，通过将计算机所编程序下载到嵌入式实训分系统，嵌入式实训分系统根据所述程序实现嵌入式设备对现场设备实训系统的第二级监控。计算机实训分系统包括计算机和路由器，计算机通过路由器与嵌入式设备连接，通过将计算机所编程序下载到嵌入式设备，实现计算机对现场设备实训系统的第三级监控。一种三级物联网实训系统的实训方法包括如下步骤
I)根据实训内容要求把ZigBee路由模块、ZigBee协调器模块、传感器模块、继电器模块和执行设备安装在网孔板框架上。2)根据实训要求，绘制系统接线图，并按接线图在网孔板上设计布线路径，完成物联网应用系统的布线和各设备器件的接线。3)按照物联网ZigBee协议规范，根据实训要求在ZigBee协议栈基础上完成组网编程、传感器数据检测编程和控制编程，并把相应的程序下载到ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块上，完成现场设备实训系统功能。4)根据实训要求，把ZigBee协调器模块的串行接口连接在嵌入式设备上，然后通过嵌入式编程，实现嵌入式实训系统对现场设备实训系统的二级监控。5)根据实训要求，通过有线网络或无线网络连接路由器，建立嵌入式设备和计算机之间的通信，然后通过计算机编程和嵌入式实训系统的中转，实现对现场设备实训系统的三级 监控。
权利要求
1.一种三级物联网实训系统，其特征在于包括现场设备实训分系统、嵌入式实训分系统、计算机实训分系统三部分，其中现场设备实训分系统包括网孔板框架、至少一个ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备，ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备均安装在网孔板框架上；ZigBee模块包括ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块，ZigBee路由模块上设有输入接口和输出接口，输入接口与传感器模块相连，输出接口与继电器模块相连，由实训要求需要的传感器模块和继电器模块数量决定ZigBee路由模块数量，每个ZigBee路由模块通过ZigBee无线网络以多跳的形式建立与ZigBee协调器模块之间的通信； 嵌入式实训分系统包括嵌入式设备和与ZigBee协调器模块相连的通信连接件，当嵌入式设备通过通信连接件和ZigBee协调器模块连接后，通过将计算机所编程序下载到嵌入式实训分系统，嵌入式实训分系统根据所述程序实现嵌入式设备对现场设备实训系统的第二级监控； 计算机实训分系统包括计算机和路由器，计算机通过路由器与嵌入式设备连接，通过将计算机所编程序下载到嵌入式设备，实现计算机对现场设备实训系统的第三级监控。
2.根据权利要求I所述的一种三级物联网实训系统，其特征在于所述网孔板框架采用屏风式网孔板框架。
3.权利要求I所述的一种三级物联网实训系统的实训方法，其特征在于，包括如下步骤 1)根据实训内容要求把ZigBee路由模块、ZigBee协调器模块、传感器模块、继电器模块和执行设备安装在网孔板框架上； 2)根据实训要求，绘制系统接线图，并按接线图在网孔板上设计布线路径，完成物联网应用系统的布线和各设备器件的接线； 3)按照物联网ZigBee协议规范，根据实训要求在ZigBee协议栈基础上完成组网编程、传感器数据检测编程和控制编程，并把相应的程序下载到ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块上，完成现场设备实训系统功能； 4)根据实训要求，把ZigBee协调器模块的串行接口连接在嵌入式设备上，然后通过嵌入式编程，实现嵌入式实训系统对现场设备实训系统的二级监控； 5)根据实训要求，通过有线网络或无线网络连接路由器，建立嵌入式设备和计算机之间的通信，然后通过计算机编程和嵌入式实训系统的中转，实现对现场设备实训系统的三级监控。
全文摘要
本发明实训系统及其实训方法涉及一种三级物联网实训系统及其实训方法，特别适合于各院校、研究院所使用。包括现场设备实训分系统、嵌入式实训分系统、计算机实训分系统三部分，其中现场设备实训分系统包括网孔板框架、至少一个ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备，ZigBee模块、传感器模块、继电器模块和执行设备均安装在网孔板框架上；ZigBee模块包括ZigBee路由模块和ZigBee协调器模块，ZigBee路由模块上设有输入接口和输出接口；嵌入式实训分系统包括嵌入式设备和与ZigBee协调器模块相连的通信连接件，计算机实训分系统包括计算机和路由器，计算机通过路由器与嵌入式设备连接。
文档编号G09B9/00GK102789707SQ201210257150
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者侯立功, 曹建峰, 杜伟略, 潘健, 陈天娥 申请人:无锡职业技术学院