物联网教学综合实训台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种物联网教学综合实训台，包括柜体和与柜体相配装的柜门，所述柜体内设置有物联网实训单元，所述物联网实训单元包括中央控制器、触摸屏以及智能农业套件、智能家居套件、智能交通套件和智能物流套件，所述中央控制器与触摸屏相互通讯，中央控制器通过相应套件接口分别与各智能套件中的自动化设备连接。本发明功能丰富、操作简单、使用方便且能够直观显示，满足了加速对物联网知识的普及和运用的要求。
【专利说明】物联网教学综合实训台
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网科技教学辅助设备领域，特别是一种物联网教育实训台。
【背景技术】
[0002]随着物联网技术的迅速发展，在高校的学科建设中也逐渐引入了关于物联网的教学。由于物联网较为抽象，课堂讲授难以使学生得到直观的理解，因此关于物联网的实训台便运用而生。物联网教学综合实训台，主要是建设仿真环境，结合物联网开发套件、实验箱和教学仪器，进行应用开发与教学，为普及物联网技术知识，使学生能够对物联网达到初步的认知和了解，并逐步感受和体验，最后实现有目的和有方向的专业课程教学。
[0003]目前，高校中关于物联网实训台的开发还处于萌芽状态，只能实现简单的物联网展现，具体存在以下缺点:1)功能单一，现有的物联网教育培训台为数不多、乏善可陈，缺少一个具有代表性、技术融合度高、可拓展性好的学习平台；2)缺少现实应用，复用程度和学习系统性有待提升；3)设备简单，不能直观突显部件实物，在旁观看学习的人员不能对所看到的部件的结构进行具体了解，并且相应操作在后台完成，学生缺乏动手机会；4)实验结果不直观，实验结果只能是计算机处理的结果或者通过成像表现，没有具体实物参照，学生在抽象的环境下进行模拟，学习印象不深刻。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供一种功能丰富、操作简单、使用方便且能够直观显示的物联网教学综合实训台，以加速对物联网知识的普及和运用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0006]物联网教学综合实训台，包括柜体和与柜体相配装的柜门，所述柜体内设置有物联网实训单元，所述物联网实训单元包括中央控制器、触摸屏以及智能农业套件、智能家居套件、智能交通套件和智能物流套件，所述中央控制器与触摸屏相互通讯，中央控制器通过相应套件接口分别与各智能套件中的自动化设备连接。
[0007]所述智能农业套件的具体结构为:所述智能农业套件包括设置在柜体下部的沙盘以及设置在柜体上部用于检测沙盘各项信息并控制沙盘中各系统运行的农业智能区，所述农业智能区有又分为温室大棚功能区和智能鱼塘功能区；
所述温室大棚功能区设置有农作物种植信息采集模块以及农作物种植自动执行模块；其中农作物种植信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测土壤温湿度的土壤温湿度传感器、用于监测空气温湿度的空气温湿度传感器、用于监测土壤酸碱度的土壤酸碱度传感器、用于检测土壤水分的土壤水分传感器以及用于监测沙盘周围环境光线强度的光敏传感器；农作物种植自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施喷灌的自动浇灌系统、用于根据中央控制器指令实施通风换气的自动通风系统、用于根据中央控制器指令实施增温的自动加热系统以及用于根据中央控制器指令实施卷帘放帘的大棚卷帘系统； 所述智能鱼塘功能区域包括设置在柜体上部用于检测鱼塘各项信息并控制鱼塘中各系统运行的鱼塘智能区，所述鱼塘智能区中设置有鱼塘信息采集模块以及鱼塘自动执行模块；其中鱼塘信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测鱼塘中水温的水温传感器以及用于监测水中含氧量的水含氧量传感器；鱼塘自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施水加热的自动水加热系统、用于根据中央控制器指令增加水中氧气含量的增氧泵系统以及用于根据中央控制器指令实现对鱼塘的水进行循环流放的水循环系统。
[0008]所述智能家居套件的具体结构为:所述智能家居套件包括设置在柜体上部用于检测室内各项信息并控制室内各系统运行的家居智能区，所述家居智能区中设置有家居信息采集模块以及家居自动执行模块；其中家居信息采集模块包括分别与家居套件接口输入端连接的用于检测室内可燃气体含量的可燃气体监测模块、用于检测室内温湿度的温湿度传感器、用于检测是否下雨的雨滴传感器、用于检测房屋是否振动的振动传感器、用于检测室内光线强度的光强度检测模块以及用于监测是否有异常人员出入的门禁模块；家居自动执行模块包括分别通过继电器模块与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制风扇开启与关闭的风扇控制模块、用于根据中央控制器指令控制窗户开启与关闭的窗户控制模块、用于根据中央控制器指令控制照明灯灯开启与关闭的照明灯控制模块以及用于根据中央控制器指令控制窗帘打开与拉拢的窗帘控制模块。
[0009]所述智能交通套件的具体结构为:所述智能交通套件包括设置在柜体上部用于检测交通信息并指挥交通的交通智能区，所述交通智能区中设置有交通信息采集模块以及交通自动执行模块；其中交通信息采集模块包括智能小车、以及分别与交通套件接口输入端连接的用于检测智能小车所处位置的GPS模块和用于测量道路车流量的红外感知器；交通自动执行模块包括通过无线网络模块与交通套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制道闸打开与关闭的自动道闸控制模块以及用于根据中央控制器指令发出交通语音信息的智能语音模块。
[0010]所述智能物流套件的具体结构为:所述智能物流套件包括设置柜体上部用于实现货物溯源以及仓储环境监控的智能物流区，所述智能物流区中设置有货物溯源模块和仓储环境监控模块；其中货物溯源模块包括分别通过物流套件接口与中央控制器连接的货物电子标签库、用于存储RFID信息的RFID数字化库以及用于读写RFID卡的RFID读写模块；仓储环境监控模块包括通过物流套件接口与中央控制器连接的用于检测仓库烟雾量的烟雾探测器以及用于检测仓库温湿度的仓库温湿度传感器，所述烟雾探测器与仓库温湿度传感器通过GPRS模块与物流套件接口连接。
[0011]本发明的改进在于:所述柜体内还设置有用于对现场情况实施监控的摄像头以及发出报警信息的报警模块，摄像头的信号线与主板网关的输入端连接，报警模块的输入端与主板网关的输出端连接；所述主板网关与中央控制器互连。
[0012]本发明的进一步改进在于:所述柜体的下端面的四个顶角处分别设置一万向轮。
[0013]由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
[0014]本发明占地面积小、使用方便、操作简单，通过直观地显示以及简单的操作，加强学生动手能力，使学生对物联网技术有了更深层次的理解。本发明的应用，能够使学习者充分了解物联网系统结构组成及原理，掌握物联网技术的应用，并能够通过本发明进行物联网系统的独立开发。配合物联网专业资料，有针对性的提高学习者对物联网技术学习的认识应用和动手能力。
[0015]本发明具有以下优点:
I)功能多样，本实训台由基础套件搭载不同组合模块而实现不同产品及应用的教学，比现有的物联网教育实训台拥有更多的学习项目和可能。
[0016]2)容易理解，通过将不同模块组合的形式来实现产品功能，配合手工装配不同套件，使学习者能够通过本实训台了解到各模块在产品中所起的作用，进一步加深对物联网技术应用的认识。
[0017]3)结果直观，配合不同套件的智能沙盘，模拟现实环境，可在控制台上通过改变输入参数来体验实际的使用效果，提高了理论、技术映射到实物的教学效果。
[0018]4)占地更小、维护方便，由于采用了装载可替换套件和沙盘，对于不同的实训项目，只需要一台实训台即可，大大节约了不必要的多余实训台占地空间。而该发明采用可变板材和内部件可即时分离结构，方便日常的管理和维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述物联网实训单元的结构框图。
[0020]图2为所述温室大棚功能区的结构框图。
[0021]图3为所述智能鱼塘功能区的结构框图。
[0022]图4为所述智能家居套件的结构框图。
[0023]图5为所述智能交通套件的结构框图。
[0024]图6为所述智能物流套件的结构框图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0026]一种物联网教学综合实训台，模拟所选套件的实际工作环境，采用物联网技术、嵌入式技术、RFID技术、zigbee技术、WIFI技术以及蓝牙技术相结合的方法，配合各种传感器(空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器等)实现温度、适度、光照度、气体等多种数据的采集和控制实验。智能平台具有用户访问与控制功能。
[0027]物联网教学综合实训台包括柜体和与柜体相配装的柜门，所述柜体内设置有物联网实训单元，物联网实训单元的结构框图如图1所示，包括中央控制器、触摸屏以及智能农业套件、智能家居套件、智能交通套件和智能物流套件，所述中央控制器与触摸屏相互通讯，中央控制器通过相应套件接口分别与各智能套件中的自动化设备连接。
[0028]柜体内还设置有用于对现场情况实施监控的摄像头以及发出报警信息的报警模块，摄像头的信号线与主板网关的输入端连接，报警模块的输入端与主板网关的输出端连接；所述主板网关与中央控制器互连。
[0029]智能农业套件包括设置在柜体下部的沙盘以及设置在柜体上部用于检测沙盘各项信息并控制沙盘中各系统运行的农业智能区，所述农业智能区有又分为温室大棚功能区和智能鱼塘功能区。
[0030]温室大棚功能区可定时采集空气温度、空气湿度、光照强度，土壤温度和水分等，来获得作物生长的最佳条件，通过自动调节温室环境、实现温室集约化、网络化远程管理。温室大棚功能区的结构框图如图2所示，包括农作物种植信息采集模块以及农作物种植自动执行模块。
[0031]其中农作物种植信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测土壤温湿度的土壤温湿度传感器、用于监测空气温湿度的空气温湿度传感器、用于监测土壤酸碱度的土壤酸碱度传感器、用于检测土壤水分的土壤水分传感器以及用于监测沙盘周围环境光线强度的光敏传感器。
[0032]农作物种植自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施喷灌的自动浇灌系统、用于根据中央控制器指令实施通风换气的自动通风系统、用于根据中央控制器指令实施增温的自动加热系统以及用于根据中央控制器指令实施卷帘放帘的大棚卷帘系统。
[0033]温室大棚功能区通过定时采集空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度和水分等，来获得作物生长的最佳条件，通过自动调节温室环境、实现温室集约化、网络化远程管理。利用ZigBee协调器，通过传感控制节点将环境监测数据传输到中央控制器，并以图表方式显示给用户。当监测数据出现异常时，可利用软件网络实现对温室设备的自动控制，也可以通过Internet网络、手机短信远程监测环境信息和设备运行状态等。例如当温室大棚的土壤湿度过低时，监控系统会自动发出警报，同时会自动打开灌溉系统，对土壤进行自动灌溉，用户的手机也会收到相应的信息。
[0034]智能鱼塘功能区可定时采集水温、水含氧量等，来获得鱼类生长的最佳条件，通过自动调节水温环境、实现鱼塘集约化、网络化远程管理。智能鱼塘功能区的结构框图如图3所示，包括设置在柜体上部用于检测鱼塘各项信息并控制鱼塘中各系统运行的鱼塘智能区，所述鱼塘智能区中设置有鱼塘信息采集模块以及鱼塘自动执行模块。
[0035]其中鱼塘信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测鱼塘中水温的水温传感器以及用于监测水中含氧量的水含氧量传感器。鱼塘自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施水加热的自动水加热系统、用于根据中央控制器指令增加水中氧气含量的增氧泵系统以及用于根据中央控制器指令实现对鱼塘的水进行循环流放的水循环系统。
[0036]智能鱼塘功能区通过定时采集水温、水含氧量等，来获得鱼类生长的最佳条件，通过自动调节水环境、实现鱼塘集约化、网络化远程管理。智能鱼塘采用的是自动循环水系统，可以充分保证鱼类的生长环境，当水温过低时，会自动开启增温系统，对水温进行调节。当水中的含氧量不足时，系统也会自动发出警报，将信号传输给中央控制器，同时也会自动开启增氧系统，确保鱼塘有一个适合鱼类生长的最佳环境，实现了对鱼塘智能化的控制与管理。
[0037]智能家居套件使用物联网感知技术、传感器技术和无线传输技术等，通过中央控制器将与家居生活有关的各种物联网模块有机地组合成一个系统。智能家居套件的结构如图4所示，包括设置在柜体上部用于检测室内各项信息并控制室内各系统运行的家居智能区，所述家居智能区中设置有家居信息采集模块以及家居自动执行模块。
[0038]其中家居信息采集模块包括分别与家居套件接口输入端连接的用于检测室内可燃气体含量的可燃气体监测模块、用于检测室内温湿度的温湿度传感器、用于检测是否下雨的雨滴传感器、用于检测房屋是否振动的振动传感器、用于检测室内光线强度的光强度检测模块以及用于监测是否有异常人员出入的门禁模块。
[0039]家居自动执行模块包括分别通过继电器模块与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制风扇开启与关闭的风扇控制|旲块、用于根据中央控制器指令控制窗户开启与关闭的窗户控制模块、用于根据中央控制器指令控制照明灯灯开启与关闭的照明灯控制模块以及用于根据中央控制器指令控制窗帘打开与拉拢的窗帘控制模块。
[0040]智能家居套件通过建立一个通讯网络，为各个模块的信息传输提供必要的通路，在中央控制器的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有智能家居功能区的各个节点进行控制和监测。例如区域中的温湿度采集模块节点可以实时监控周围环境的温湿度情况，并在触摸屏上显示出相应的温湿度值。在温度超过设定值时，报警模块会发出警报，并会自动打开通风系统(用户可以设定相应的串联节点)。区域中的光敏传感器节点、可燃气体传感器节点、雨滴传感器节点、门禁模块节点等可以分别采集环境中的光照、可燃气体浓度、是否下雨、异常人员进入等信息，同时将信息传输到中央控制器，在触摸屏上显示出采集到的相关信息，再去控制相应的模块动作。
[0041]智能交通套件的结构框图如图5所示，包括设置在柜体上部用于检测交通信息并指挥交通的交通智能区，所述交通智能区中设置有交通信息采集模块以及交通自动执行模块。
[0042]其中交通信息采集模块包括智能小车、以及分别与交通套件接口输入端连接的用于检测智能小车所处位置的GPS模块和用于测量道路车流量的红外感知器。
[0043]交通自动执行模块包括通过无线网络模块与交通套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制道闸打开与关闭的自动道闸控制模块以及用于根据中央控制器指令发出交通语音信息的智能语音模块。
[0044]智能交通套件通过安装在智能小车上的红外线感知器、GPS模块(全球定位系统)等信息传感设备，模拟实际交通情况，经过信息交换与通信，可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，通过中央控制器监控路面信息和车辆信息。
[0045]智能物流套件的结构框图如图6所示，包括设置柜体上部用于实现货物溯源以及仓储环境监控的智能物流区，所述智能物流区中设置有货物溯源模块和仓储环境监控模块。
[0046]其中货物溯源模块基于RFID技术对进出仓库的货物信息进行溯源，包括分别通过物流套件接口与中央控制器连接的货物电子标签库、用于存储RFID信息的RFID数字化库以及用于读写RFID卡的RFID读写模块。
[0047]仓储环境监控模块基于物联网无线传感技术对仓储货物仓库内环境进行监控，包括通过物流套件接口与中央控制器连接的用于检测仓库烟雾量的烟雾探测器以及用于检测仓库温湿度的仓库温湿度传感器，所述烟雾探测器与仓库温湿度传感器通过GPRS模块与物流套件接口连接。
[0048]本发明所述柜体的下端面的四个顶角处分别设置一万向轮，方便移动。
[0049]本发明中所述的各个用于测量信号的传感器，可以在其他套件中相互调换使用。
【权利要求】
1.物联网教学综合实训台，其特征在于:包括柜体和与柜体相配装的柜门，所述柜体内设置有物联网实训单元，所述物联网实训单元包括中央控制器、触摸屏以及智能农业套件、智能家居套件、智能交通套件和智能物流套件，所述中央控制器与触摸屏相互通讯，中央控制器通过相应套件接口分别与各智能套件中的自动化设备连接。
2.根据权利要求1所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述智能农业套件包括设置在柜体下部的沙盘以及设置在柜体上部用于检测沙盘各项信息并控制沙盘中各系统运行的农业智能区，所述农业智能区有又分为温室大棚功能区和智能鱼塘功能区； 所述温室大棚功能区设置有农作物种植信息采集模块以及农作物种植自动执行模块；其中农作物种植信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测土壤温湿度的土壤温湿度传感器、用于监测空气温湿度的空气温湿度传感器、用于监测土壤酸碱度的土壤酸碱度传感器、用于检测土壤水分的土壤水分传感器以及用于监测沙盘周围环境光线强度的光敏传感器；农作物种植自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施喷灌的自动浇灌系统、用于根据中央控制器指令实施通风换气的自动通风系统、用于根据中央控制器指令实施增温的自动加热系统以及用于根据中央控制器指令实施卷帘放帘的大棚卷帘系统； 所述智能鱼塘功能区域包括设置在柜体上部用于检测鱼塘各项信息并控制鱼塘中各系统运行的鱼塘智能区，所述鱼塘智能区中设置有鱼塘信息采集模块以及鱼塘自动执行模块；其中鱼塘信息采集模块包括分别与农业套件接口输入端连接的用于监测鱼塘中水温的水温传感器以及用于监测水中含氧量的水含氧量传感器；鱼塘自动执行模块包括分别与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令实施水加热的自动水加热系统、用于根据中央控制器指令增加水中氧气含量的增氧泵系统以及用于根据中央控制器指令实现对鱼塘的水进行循环流放的水循环系统。
3.根据权利要求1所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述智能家居套件包括设置在柜体上部用于检测室内各项信息并控制室内各系统运行的家居智能区，所述家居智能区中设置有家居信息采集模块以及家居自动执行模块；其中家居信息采集模块包括分别与家居套件接口输入端连接的用于检测室内可燃气体含量的可燃气体监测模块、用于检测室内温湿度的温湿度传感.器、用于检测是否下雨的雨滴传感器、用于检测房屋是否振动的振动传感器、用于检测室内光线强度的光强度检测模块以及用于监测是否有异常人员出入的门禁模块；家居自动执行模块包括分别通过继电器模块与农业套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制风扇开启与关闭的风扇控制模块、用于根据中央控制器指令控制窗户开启与关闭的窗户控制模块、用于根据中央控制器指令控制照明灯灯开启与关闭的照明灯控制模块以及用于根据中央控制器指令控制窗帘打开与拉拢的窗帘控制模块。
4.根据权利要求1所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述智能交通套件包括设置在柜体上部用于检测交通信息并指挥交通的交通智能区，所述交通智能区中设置有交通信息采集模块以及交通自动执行模块；其中交通信息采集模块包括智能小车、以及分别与交通套件接口输入端连接的用于检测智能小车所处位置的GPS模块和用于测量道路车流量的红外感知器；交通自动执行模块包括通过无线网络模块与交通套件接口输出端连接的用于根据中央控制器指令控制道闸打开与关闭的自动道闸控制模块以及用于根据中央控制器指令发出交通语音信息的智能语音模块。
5.根据权利要求1所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述智能物流套件包括设置柜体上部用于实现货物溯源以及仓储环境监控的智能物流区，所述智能物流区中设置有货物溯源模块和仓储环境监控模块；其中货物溯源模块包括分别通过物流套件接口与中央控制器连接的货物电子标签库、用于存储RFID信息的RFID数字化库以及用于读写RFID卡的RFID读写模块；仓储环境监控模块包括通过物流套件接口与中央控制器连接的用于检测仓库烟雾量的烟雾探测器以及用于检测仓库温湿度的仓库温湿度传感器，所述烟雾探测器与仓库温湿度传感器通过GPRS模块与物流套件接口连接。
6.根据权利要求1飞任一项所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述柜体内还设置有用于对现场情况实施监控的摄像头以及发出报警信息的报警模块，摄像头的信号线与主板网关的输入端连接，报警模块的输入端与主板网关的输出端连接；所述主板网关与中央控制器互连。
7.根据权利要求6所述的物联网教学综合实训台，其特征在于:所述柜体的下端面的四个顶角处分别设置一万向轮 。
【文档编号】G09B25/00GK103473964SQ201310394371
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】孙玉国, 李文黎, 陈松 申请人:无锡市七芯物联科技有限公司