一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由货架区及管理区或结算区构成。本实用新型具备显著的应用区域，起到软件与平台之间的模拟仿真互动，显示出物联网结构，能充分让学生认知和理解物联网系统结构。
【专利说明】一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及物联网教学平台，具体涉及一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台。
【背景技术】
[0002]物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其主要特征是通过射频识别、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。
[0003]市场上现有物联网综合教学实验平台从结构上基本上都是传感器、控制器、RFID设备以及其他相应设备的堆积，显示不出物联网结构，起不到学生对物联网系统结构的认知和理解；且没有显著的应用区域，起不到软件与平台之间的模拟仿真互动；现有的物联网综合教学实验平台仅仅只是物联网技术的演示，起不到教学的效果，教学项目起不到对学生的专业培养。
实用新型内容
[0004]为克服上述缺点，本实用新型提供的技术方案为:一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由智能模型区及智能显示区构成。
[0005]进一步，采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、C02、触摸调光6种高精度传感器；控制子区中集成了 LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器；从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、C02传感器以及数字气压传感器。
[0006]进一步，自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。
[0007]进一步,ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及C0传感器；在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能。
[0008]进一步，泛在网通信传输区设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SP1、IIC接口 ；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动；还具备2.4G有源读写模块。
[0009]进一步,433M传输区米用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。
[0010]进一步，应用层根据应用的不同可分为智能物流应用、智能超市应用；由智能仓储货架区与智能运输管理区构成或由智能超市货架区和结算区构成。
[0011]进一步，智能超市应用区采用高频RFID技术，功能包括商品智能查询、自动结账等；智能超市货架区为4*4小格架设起来，从上往下依次为食品、水果、服装、家电，每个格子里设置一个RFID高频天线和一个带有高频标签的模拟商品，每个格子下面都有一个OLED小显示屏和一个LED灯；结算区处设置有自助POS机。
[0012]进一步，智能仓储货架区包括采用高频天线选择技术的智能货架、温湿度探测器、烟雾探测器、声光报警灯、人体红外感应以及摄像头；货架为3*3小格架设起来的架子，每个格子里设置一个RFID高频天线和一个带有高频标签的模拟货物，每个格子下面都有一个OLED小显示屏和一个LED灯；智能运输管理区包括进出库自动道闸、进出库读卡器、车辆定位器、酒精探测器、运输温湿度探测器以及紧急按钮。
[0013]进一步，应用层还设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015]1.按照物联网学术界的定义将平台结构严格划分为感知层、网络层以及应用层。每一部分都可以单独的完成相关知识的教学实验，非常易于老师组织教学。
[0016]2.集成WIFI通信、ZIGBEE通信、433M无线通信、NFC通信、RS-485通信、RS-232通信、RFID智能识别、远程传感采集和控制等技术于一体，集成了各种高精度传感器和控制单元，并且网络层标配的ZigBee节点模块，还可根据用户需求进行传感器种类套件搭配。各传感器节点模块形式一致，可方便的与备选模块进行替换，且便于后期设备维护。
[0017]3.独创性的加入了物联网在智能超市、智能物流等行业方向的应用，学生不再拘泥于形式单一的实验。通过生动直观的综合应用，能充分调动学生的学习积极性和有效巩固所学知识点。
[0018]4.加入了实验平台管理软件，老师或者学校实验室管理员可以进入实验平台管理系统去查询平台的历史使用记录，方便有效的查询设备的使用情况和学生的使用记录。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型应用层为智能物流应用的布局示意图；
[0020]图2是本实用新型应用层为智能超市应用的布局示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1、图2所示，一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，包括由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由货架区及管理区或结算区构成。
[0022]采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、CO2、触摸调光6种高精度传感器；用户可以通过上位机、手机终端、浏览器访问采集子区来获取每一种传感器采集的数据。控制子区集成了LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器，用户也可以通过上位机、手机终端、浏览器访问控制子区来控制每一种控制器的工作状态。从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、CO2传感器以及数字气压传感器。
[0023]除了通过上位机、手机终端、浏览器来监控采控区外，用户还可以通过多种联动来控制采控区各种传感器和控制器的工作，比如人体红外和声光报警灯，当人体红外检测到人时，将启动声光报警灯进行报警；在联动工作方面，除了设计了一些联动方式供老师学生操作外，还预留了一些联动方式供老师学生进行开发，达到学习与应用相结合的互动效果。
[0024]自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。用户可以通过上位机、手机终端、浏览器访问自动识别区进行操作读取数据，也可以自行开发相关的应用。
[0025]ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及CO传感器，并可根据用户需求进行传感器种类套件搭配。在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能，达到对ZigBee技术更深层次的学习和实验。
[0026]泛在网通信传输区采用ARM Cortex A8处理器，并设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，在外形上更加美观、大方。该区集成了包括以太网、Wif1、3G、ZigBee、433M等多种主流通信方式，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SP1、IIC接口，方便用户在此平台上进行二次开发；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动，比如通过语音识别控制LED射灯、步进电机等；还具备2.4G有源读写模块。
[0027]433M传输区采用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。
[0028]应用层根据应用的不同可分为智能超市应用、智能物流应用；由智能超市货架区和结算区构成或由智能仓储货架区与智能运输管理区构成，并且设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成，主要用于辅助学生老师来进行物联网的教学、学习以及开发。逻辑分析仪可以帮助用户学习分析物联网各种协议数据，并且在用户二次开发时利用此设备进行调试，使整个开发事半功倍。ZigBee协议分析仪主要针对ZigBee协议，有助于用户更加快捷有效地学习ZigBee协议，同时在用户针对ZigBee进行开发时也有很好的效果。
[0029]实施例1:
[0030]智能超市应用由智能超市货架区和结算区构成，智能超市应用区采用高频RFID技术，以软件模拟应用场景向学生展示未来超市物联网的应用趋势，智能超市功能包括商品智能查询、自动结账等。智能超市货架区采用4*4小格架设起来的架子模拟货架，每一行模拟代表超市中的某个商品区域，从上往下依次为食品、水果、服装、家电，每个格子里放置一个RFID闻频天线和一个带有闻频标签的|旲拟商品，每个格子下面都有一个OLED小显不屏和一个LED灯，OLED显示屏的作用是显示该格子存储的物品名，而其中显示的物品名将通过泛在网通信传输区中的2.4G有源读卡器进行发送；LED灯作用是:当用户选定某物品时，该物品存储的格子下部的LED灯将点亮，指示物品存储的位置。此外智能超市还采用了自助POS机，用来模拟用户在选定商品进行结账的过程。
[0031]整个智能超市的工作流程分为两个部分:商品录入和商品选购以及自动结账。商品录入的主要流程为将带有高频标签的模拟商品放入某小格时，系统将通过高频天线选择器进行扫描，当扫到新商品时，将在软件上的模拟小格中显示这个商品的ID号，这时用户可以通过软件将该ID号录入至系统数据库中，包括商品名称、生产地、生产日期、保质期、价格以及数量等，软件上将在模拟小格中显示该商品的名称而不是ID号，至此完成了商品的录入。
[0032]商品选购以及自动结账的主要流程为，用户在软件上选择需要的某商品，系统将通过高频RFID天线选择器点亮该商品存储的小格下方的LED灯来指示该商品存储的小格，与此同时软件上将显示该商品的信息，包括生产地、生产日期、保质期、价格以及数量等。如果用户需要购买此商品，将点击其中的购买键加入至购物车中，这时商品的数量将按照放入购物车的数量进行减少，用户也可以根据需要对购物车中的商品进行修改，包括删除等功能，用户将所有需购买的商品放入购物车后，可点击进入购物车进行一起结算，在结算后，通过自助POS机进行付款，当付款结束后，软件界面将显示付款成功的字样，并且将这笔收款记录录入至系统中，超市可以查看过去3天的营业记录和明细。
[0033]实施例2:
[0034]智能物流应用由智能仓储货架区与智能运输管理区构成，以模型加软件的方式来模拟展示未来智能交通的应用。
[0035]智能仓储货架区包括采用高频天线选择技术的智能货架、温湿度探测器、烟雾探测器、声光报警灯、人体红外感应以及摄像头。货架采用3*3小格架设起来的架子模拟货架，每一行模拟代表仓库的某个货物区域，每个格子里放置一个RFID高频天线和一个带有高频标签的模拟货物，每个格子下面都有一个OLED小显示屏和一个LED灯，OLED显示屏的作用是显示该格子存储的物品名，而其中显示的物品名将通过泛在网通信传输区中的2.4G有源读卡器进行发送，LED灯作用是:当用户选定某物品时，该物品存储的格子下部的LED灯将点亮，指示物品存储的位置。温湿度探测器主要探测仓储区的温湿度并记录下来，烟雾探测器主要为了防火，当有火灾出现，烟雾浓度大于一定时，触发声光报警灯进行报警并发送短信语音报警信息给用户，人体红外感应主要为了防盗，当有人非法侵入，触发人体红外感应则启动声光报警灯进行报警并发送短信语音报警信息给用户。
[0036]智能运输管理区包括进出库自动道闸、进出库读卡器、车辆定位器、酒精探测器、运输温湿度探测器以及紧急按钮等设备。货品从智能仓储区经出库读卡器扫描出库并与相应的货车绑定，系统自动记录了该货物仓储时的温湿度，货车通过自动闸机进行运输，路上有两个定位器用于追踪运输货车，酒精探测器用于模拟危化品运输时探测危化品泄露，当有泄漏时系统将自动发送包含泄露位置时间的泄露信息给货车司机，运输温湿度探测器用于记录运输过程中的温湿度，加上仓储区的温湿度信息，当货物达到终点，用户可以进行物品追溯，追溯物品仓储的温湿度以及运输过程中的温湿度，当货物经入库读卡器扫描入库后，运输过程结束。
[0037]以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:由自上而下的感知层、网络层以及应用层三层物联网结构组成；感知层由采集控制区和自动识别区构成，网络层由ZigBee组网A区、ZigBee组网B区、泛在网通信传输区以及433M传输区构成；应用层根据需求配置，主要由货架区及管理区或结算区构成。
2.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述采集控制区采用ModBus总线技术，分为采集子区与控制子区；采集子区中集成了温湿度、光照强度、人体红外、数字气压、CO2、触摸调光6种高精度传感器；控制子区中集成了 LED射灯、步进电机、数码管、声光报警灯和扬声器；从左往右依次是步进电机、扬声器、步进电机驱动板、数码管、声光报警器、声光报警器驱动板、触摸调光、温湿度传感器、人体红外、光照强度传感器、CO2传感器以及数字气压传感器。
3.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述自动识别区中集成了低频、高频、超高频RFID读写设备，还具备NFC读写功能，可实现NFC模拟卡/阅读器/点对点通信三种模式。
4.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述ZigBee组网A区、ZigBee组网B区共包括6个带有自组网功能的ZigBee节点模块，分别配有可以插拔更换的温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、霍尔传感器、火焰传感器以及CO传感器；在六个节点之间还设置有6个ZigBee节点槽，以便更换ZigBee节点位置来体现ZigBee无线定位的功能。
5.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述泛在网通信传输区设有7英寸电容触摸屏用来对该区进行显示操控，具备HDMI接口、USB接口、RS232串口、扩展串口、SP1、IIC接口 ；还具备语音识别功能，可以与感知区进行联动；还具备2.4G有源读写模块。
6.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述433M传输区米用频段为433M传输技术，由一个433M发送设备和一个433M接收设备组成，并与泛在网通信传输区中的433M模块进行配对通信。
7.根据权利要求1所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述应用层根据应用的不同可分为智能物流应用、智能超市应用；由智能仓储货架区与智能运输管理区构成或由智能超市货架区和结算区构成。
8.根据权利要求7所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述智能超市应用区采用高频RFID技术，功能包括商品智能查询、自动结账等；智能超市货架区为4*4小格架设起来，从上往下依次为食品、水果、服装、家电，每个格子里设置一个RFID高频天线和一个带有高频标签的模拟商品，每个格子下面都有一个OLED小显示屏和一个LED灯；结算区处设置有自助POS机。
9.根据权利要求7所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述智能仓储货架区包括采用高频天线选择技术的智能货架、温湿度探测器、烟雾探测器、声光报警灯、人体红外感应以及摄像头；货架为3*3小格架设起来的架子，每个格子里设置一个RFID高频天线和一个带有高频标签的模拟货物，每个格子下面都有一个OLED小显示屏和一个LED灯；智能运输管理区包括进出库自动道闸、进出库读卡器、车辆定位器、酒精探测器、运输温湿度探测器以及紧急按钮。
10.根据权利要求1或7所述的可应用于智能物流、智能超市的物联网教学实训平台，其特征在于:所述应用层还设置有辅助功能区，所述辅助功能区由逻辑分析仪和ZigBee协议分析仪构成。
【文档编号】G09B9/00GK204229673SQ201420496978
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】陈松, 孙玉国, 李文黎 申请人:无锡市七芯物联科技有限公司