前言：中文期刊网精心挑选了物联网基本工作原理范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
物联网基本工作原理范文1
关键词关键词：物联网；感知层；实践教学体系；课程群
DOIDOI：10.11907/rjdk.162176
中图分类号：G436文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）001019703
引言
物联网可分为感知层、网络层、数据处理层和应用层。感知层位于系统的最底层，完成对现实世界信息的采集与汇聚，是物联网系统的核心[1]。目前，大部分高校针对感知层模块开设的课程多、时间跨度大，学生在学习这些课程时，困难多、兴趣低、动手能力和设计能力差。为了改变这种教学现状，对物联网工程专业实践教学体系进行模块化分解，将实践教学体系分为：认知实践教学模块、程序设计与算法分析实践教学模块、感知层实践教学模块、网络层实践教学模块、数据处理层实践教学模块和应用层实践教学模块。根据各模块的教学目的，有针对性地开展实践教学，强化学生的知识综合运用能力、动手能力和设计能力。本文主要介绍感知层实践教学模块。
1感知层主要技术
感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分。感知层首先通过传感器、RFID等设备采集外部世界的数据，然后通过ZigBee、WIFI、现场总线等技术将数据传输给网关设备。感知层主要技术包括：传感器技术、RFID技术、嵌入式技术、ZigBee技术等[2]。传感器是一种检测装置，通过敏感元件将检测的信息按照一定规律变换成电信号输出。RFID是一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息识别物体。嵌入式技术是让物体具有“智慧”的一种关键技术，是将计算机直接嵌入到应用系统中，融合了计算机硬件技术、软件技术、微电子技术和通信技术等。ZigBee是一种短距离无线通信技术，具有功耗低、网络容量大、网络自组织能力强等特点[3]，在物联网中发挥着重要作用。
2感知层实践教学目的及内容
感知层实践教学的目的是能够根据实际需要，设计出科学合理的数据采集系统。一个完整的数据采集系统一般分为数据采集节点和嵌入式网关。数据采集节点负责数据采集，一般由传感器、单片机和无线通信接口组成。嵌入式网关是数据采集网络与外部网络的桥梁，负责数据的汇聚、处理和远程通信。从学生学习角度来看，主要掌握硬件开发技术和数据采集技术。信阳师范学院针对感知层开设的课程有：电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口、嵌入式系统、信号系统、传感器技术、无线传感网络、数据采集技术、 射频识别技术、ZigBee技术等课程。依据课程间的相互关系和实践教学目的，该模块实践教学可以细分为硬件课程群和数据采集课程群。
3硬件课程群实践教学实施方案
该课程群包括电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、微机原理与接口和嵌入式系统5门课程，主要使学生掌握计算机硬件系统的结构和工作原理，使学生具有计算机系统硬件开发能力和针对具体硬件进行软件开发的能力。从知识体系结构上来看，电子线路和数字逻辑是基础知识层，让学生系统学习各类半导体器件、门电路、组合逻辑电路、集成元器件的基本原理和使用方法，使学生具备设计基本的放大电路、脉冲数字电路和运用现代电子技术设计数字电路的能力。计算机组成原理和微机原理与接口是基本原理层，主要让学生掌握计算机的组成原理、体系架构、指令系统、编程方法和接口技术，其中计算机组成原理侧重各个部件工作原理，微机原理与接口侧重于各个部件的应用。嵌入式系统是应用层，主要让学生掌握C51单片机、ARM微控制器的工作原理及使用，能够根据实际需要，设计出硬件电路，并针对硬件进行软件开发[4]。在以往的教学中，教师只注重本门课程知识的讲解，忽视了各门课程间的相互联系，以致于学生在学习基础知识课程时，不知道该门课程到底有何用处，在学习基本原理课程时，觉得上课内容枯燥乏味，以致学生基础不扎实，等到上应用课程时，又觉困难重重，教师不得不复习以前的基础知识和基本原理，导致课堂效率低、教学质量不高。为了改变这种现状，将这些课程作为一个系统并划分知识点，重新修改各门课程的教学大纲和实验大纲，对相互联系、交叉、重迭的教学内容进行优化整理，实现了课程间的无缝衔接，形成了一套前后衔接合理、重点突出、层次分明的课程体系。实践教学即要体现本门课程的教学重点，又要体现出该门课程在硬件课程群中的作用。为了培养学生的创新能力，每门课还增加了设计型和综合型实验。硬件课程群实践教学如表1所示。
VGA接口验通过采用CPLD芯片EPM240T100进行Verilog设计使学生熟悉Verilog设计、掌握各种接口的特性，弥补传统实验中设计能力锻炼不足的缺点嵌入式
系统验证型嵌入式软件开发基础实验、I/O接口实验、串口通信实验、看门狗实验、I2C实验、Nand Flash实验采用实际硬件电路，熟悉和掌握以S3C2410为代表的ARM基本编程和实际功能验证使学生了解ARM体系结构和工作原理，提升编程能力，熟悉嵌入式系统的工作方式和特性综合型
设计型逻辑分析仪设计
数码相框设计通过FPGA芯片EP1C3T144初步掌握嵌入式系统的设计方法和实际项目经验通过数据采集、VGA显示、SD卡读写、图片解码、SDRAM控制等实际应用场景，使学生对电路设计和Verilog的掌握更加深入，涉及的嵌入式知识更加全面4数据采集课程群实践教学实施方案
该课程群包括传感器技术、信号与系统、RFID技术、ZigBee技术、无线传感网络技术、数据采集与处理技术等课程，主要让学生掌握传感器的基本原理、信号处理、数据采集技术、Zigbee技术等，使学生具有设计和开发数据采集系统的能力。由于数据采集技术主要介绍数据采集与处理系统的原理、设计方法、分析方法，使学生掌握基本的专业思想，为学生将来设计、开发、维护、使用数据采集系统打好基础，所以教学模式以课堂讲授为主，没有单独开设实验课。无线传感网络技术是以Zigbee技术、传感器技术和数据采集技术为基础，所以主要开设的是综合型设计型实验。数据采集课程群实践教学内容如表2所示。
综合型温度、压力、流速等传感器的选择和使用根据实际要求，选择合适的传感器，并设计相应的电路，并用单片机测量、显示不仅让学生掌握传感器的选择和方法，而且能够结合数据采集技术、单片机技术，提高学生综合知识运用能力Zigbee
技术设计型Zigbee无线纹机硬件实验根据实验目的和开发版硬件原理图，查阅无线单片机使用手册，编写程序并调试提高学生自学能力、针对硬件的编程能力和综合知识运用能力验证型Zigbee协议栈和组网实验结合Z-Stack程序流程图，读懂与实验内容相关的程序代码，并调试提高学生程序阅读能力和动手能力无线传感
器网络综合型
设计型针对智能家居、智慧农业、智慧仓储等领域，开发数据采集系统针对自选的应用领域，设计出数据采集系统的结构，并完成数据采集节点的软、硬件开发。提高学生的动手能力、综合知识运用能力和创新能力RFID技术验证型高频、超高频、低频数据标签的读写对高频、超高频、低频数据标签的进行读写、设置密码、更改密码等操作掌握RFID数据标签的基本操作设计型设计一个RFID读写器任选一个频段，设计一个RFID读卡器，给出详细的硬件、软件设计方案提高学生的动手能力和综合知识运用能力
5感知层综合实践教学
感知层综合实践教学模块是在感知层所有相关课程学习完后开展的综合性实践教学活动，一般在第7学期开展。学生根据自己兴趣和就业方向，选择不同的模块开展实训。学生可以选择在校外实习实训基地完成，也可以在校内实训室完成。如果选择在校外，学生在校外实习基地的兼职教师指导下完成项目实训任务，如果选择在校内，则由专业教师指导完成实训任务。信阳师范学院在感知层方面提供智能家居、智能农业、智能水利等项目供学生选择，学生也可以根据自己的兴趣自选项目。
6结语
物联网感知层涉及电子技术、嵌入式技术、传感器技术、短距离通信技术等，知识面广、难度大，因此，大部分院校开设了大量与感知层相关的课程。为了提高教学效果，提高学生的动手能力和创新能力，信阳师范学院针对物联网工程专业开展了模块化实践教学体系研究，针对该模块开展有针对性的实践教学活动，增加了大量综合型设计型实验教学内容，着重培养学生的设计能力和创新能力，取得了良好效果，值得借鉴。
参考文献：
[1]王晓晔，温显斌，肖迎元.物联网专业感知层课程群的建设[J].中国轻工教育，2015（3）：9092.
[2]王晓喃，钟珊，严海英.物联网工程专业人才培养的思考与探讨[J].常熟理工学院学报：教育科学，2011（12）：1618.
物联网基本工作原理范文2
[关键词]物联网技术；实训教学；职业能力；专业建设
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.02.113
高职物联网应用技术专业建设自从2011年开始在全国迅速展开，经过近几年的快速建设初步形成了一定的规模，积累了一定的经验，但是由于物联网技术是一项综合性技术，涉及计算机、通信、电子和软件等多方面技术之大成，要真正建设好高职物联网专业还有较大差距，特别是高职物联网应用技术专业的实训教学建设还有待进一步加强研究与深化。
高职教育是培养面向社会各行各业生产第一线的高素质技术技能型专业人才的高等职业教育，它的根本任务是培育学生良好的职业能力与可持续发展能力。职业化能力的培育是高职学生的重中之重，也是区别于应用型、研究型人才的显著标志，职业能力的培养要靠高职院校实训教学来保障和实现，只有建设规划好物联网技术实训教学体系才能完成高职物联网专业学生的职业能力与可持续发展能力的修成。随着国家“互联网+”、“工业4.0”等理念的提出与深化，物联网技术的应用十分广泛，如智慧农业、环境监测、智能交通、智慧城市、智能家居和智能物流等，根据国家“十二五”战略规划结合地区经济发展特点，以智慧农业和环境监测作为高职物联网技术实训切入点，基于“认知―技术技能―系统体验” 路径来研究并实现物联网应用技术实训教学，培养主要面向农业与环境行业的具有物联网设备安装调试、工程规划与实施、系统服务与技术支持为主的高素质技术技能型物联网技术人才。
1专业课程与实训教学
1.1专业培养目标
高职院校是为国家培养技术技能型人才的高等学校。其培养的人才除了要有一定的理论基础知识，重点是要培养学生具有较强的专业实践操作能力和岗位就业适应能力，这就要求高职院校通过工学结合办学模式，强化以职业能力为目标的实训教学，最终实现物联网应用技术人才培养目标的要求。
物联网应用技术专业的培养目标是为培养德、智、体、美等全面发展，面向物联网产业，服务区域与地方经济发展，具有较好的物联网专业基础知识、较强的实践能力、良好的团队协作能力，可持续发展与创新能力，掌握物联网应用技术，从事物联网工程项目的规划与施工管理、物联网设备安装与调试、物联网维护与管理、物联网设备营销与技术支持，成为具备良好文化素养、职业道德和综合职业能力的高素质技术技能型人才。
1.2专业课程体系
从职业岗位能力需要出发来分析物联网应用技术专业的课程体系。以“岗位―能力―课程”的思路来构建课程体系和课程内容，在满足一定理论知识需要的前提下强化实训课程内容建设，努力做到“教学做一体化”教学过程中理论与实践的相互促进和融合，最终使实践教学来内化学生的理论知识，为拓宽高职学生的成长空间打下基础。为此，设置了一定数量的通识教学课程和专业基础课程，如高等数学、英语、高级语言程序设计、物联网技术概论等。专业课程的设置更加体现职业岗位的特点要求，以智能农业、环境监测为系统实训平台出发，围绕这两大领域的物联网技术应用展开，开设了一些有特色的专业课与实训课。如RFID技术与应用、无线传感器组网技术、农业食品溯源应用系统实训、城市环境远程监测系统实训等课程。课程设置如下表所示。
物联网应用技术专业课程表
公共素养课程
思想道德修养与法律基础、思想和中国特色社会主义理论体系概论、形势与政策、军事理论教育、职业发展与就业指导、大学英语、大学语文、高等数学（理）、大学生心理健康教育、体育
专业支撑课程
计算机组装与系统维护、计算机技术基础、电工电子技术基础、高级语言程序设计、计算机网络技术、物联网技术概论、数据库应用基础、网络设备配置技术
专业核心课程
无线传感器网络技术、RFID技术与应用、传感器原理与应用、物联网系统应用实训、物联网工程设计与实施
专业拓展课程
综合布线技术、移动应用开发、嵌入式系统与应用
1.3实训教学体系
高职教学的根本就是培养学生具备良好的职业岗位就业能力，它的特点是突出职业能力所要求的实训实践教学，完备的实训教学体系主要由三部分组成，包括专业实训教学环节、校内实训室建设、校外实训基地建设。在设计物联网应用技术实训教学时，以知识与技能渐进式提高出发，按照“认知―技术技能―系统体验” 路径展开，“认知”主要是强调基础性和启蒙性实训，“技术技能”主要侧重专业核心课程的配套实训，“系统体验”主要是对前面实训成果的系统综合和应用，更加贴近物联网技术的实际应用。物联网应用技术实训教学可以分为三个主要阶段：技术基础与专业认知实训、专业技能实训和物联网系统应用实训。校内校外实训的有效结合来强化物联网专业学生的技术技能和岗位适应能力。校外实训基地主要解决学生的岗位适用能力，校内实训室主要完成学生的专业技能的实操和理论知识的内化。
2基础性实训
俗话说得好，基础不牢地动山摇。这说明基础知识的学习与掌握是何等的重要。高职实训也是同一个道理，也要从基础性实训抓起。物联网应用技术基础性实训可以分成两个层面：专业基础实训和专业认知实训。
2.1专业基础实训
专业基础实训一般是指电子信息大类学生应具备的一些面向职业岗位的通用型技能实训。如计算机基础应用、高级语言程序设计、计算机组装与维护等实训，采用“教学做一体化”教学模式下，通过这几门课的实训让学生对计算机硬件和编程知识有一定深入的了解与掌握，为后面的进一步学习打下良好基础。计算机基础应用和计算机组装与维护这两项实训主要让学生了解和认识计算机系统结构和基本工作原理，熟悉应用办公软件如Office，掌握对各型计算机的硬件拆装和维修，训练高职学生使用计算机的基本技能。高级语言程序设计主要让学生对计算机编程语言有一个基础性的学习掌握，为下一步技术技能的实训打下基础，如C语言学习。
2.2专业认知实训
专业认知实训是开启对物联网技术应用大门的起初环节，目的是让物联网应用技术专业学生对物联网技术的相关知识、相关设备、相关领域和相关应用有一个认识，拓宽学生的眼界，增强学生对专业学习的兴趣，为专业技能实训起到承上启下的作用。由于物联网技术涉及学科门类较多，职业面向行业应用面广，因此不可能面面俱到，只能依据专业培养定位来开设认知实训。针对面向农业与环境应用的特点，专业认知实训突出了电子技术基础和计算机网络技术的学习，通过系统仿真和实际电路的调试，让学生对基本的模拟、数字电路、计算机网络应用有个较好认知；通过物联网技术概论课程相关的实训让学生了解物联网涉及的多类技术要素，了解物联网三层体系结构及相关的感知、传输和信息处理与控制技术，在认知实训中强调以感观了解为重点，知识普及为重心，宜采用多种教学形式开展，如网上查阅、实地参观、现场交流与访谈等。
3职业技能实训
职业技能是高职学生面向社会就业之根本，也是体现现代高职教育之重心所在。高职教育的质量与特色大多体现在学生技能素质的培养上。从物联网技术层面来分析，物联网技术应用主要包括三个层面：感知技术、网络传输技术和信息智能处理与控制技术，因此，我们结合面向农业与环境领域的应用从三层结构来组织物联网专业技能实训。
3.1感知技能实训
感知技术主要是解决信息的获取，为最终的行业应用提供信息与数据。它包括多方面的信息获取技术，如各型传感器、RFID系统、定位系统、条码等十分广泛。以农业与环境行业的应用为例，主要采用的也是前面所说的四大类设备，为此要建立感知技术应用实训室，结合专业核心课程进行传感器、RFID等方面应用技能实训，让学生了解各类型传感器和RFID系统应用技能。传感器方面：如温湿度传感器、pH值传感器、CO传感器的实物及其如何使用，通过实际操作演示掌握其基本原理、性能和使用方式。RFID设备方面：如各型电子标签、天线、阅读器等。通过RFID原理实训台，让学生掌握各型电子标签的使用情况和基本工作原理，理解各频段RFID系统的适用范围，以电子标签信息识别读写实训让学生对各类技术标准有一提高认识与消化。另外，也要适当增加控制方面的实训，如智能农业方面的调节光照和控制水源和通风等。
3.2信息传输技能实训
网络传输是信息高速公路，负责把由前端感知设备获得的信息实时准确上传到云端。这部分主要分为两个方面：一是近距离无线网络传输，二是远程高速网络传输。近距离无线网络传输一般采用Zigbee、WiFi和蓝牙技术，主要用来解决如各类传感器的信息汇集和集中转发上传到远程网络上。重点是实训无线传感网（Zigbee网络）的组网与使用，让学生了解与掌握无线传感网的基本组成、相关设备与工作原理，通过如节点之间点对点的通信、无线SOC端口控制与传输来强化对无线传感网的使用。另外，结合计算机网络技术实训来强化学生对局域网、宽带广域网的应用以及网络设备配置与管理。
3.3信息处理技能实训
在物联网三层体系结构中，最后一层是信息管理与应用（简称应用层）。应用层主要是完成经网络传输层上传到云端数据的接收、过滤与存储，然后结合行业应用进行控制与管理。主要涉及专业课程有数据库应用基础、高级语言程序设计、移动应用开发等一些相关软件应用方面。基于物联网技术的应用系统离不开数据库管理和前后台应用软件的开发，针对高职学生的特点，适当强化数据库（如MSSQL）应用知识的掌握和实际应用，对数据库的基本操作与使用管理有一定程度的了解。随着移动互联技术的迅速发展，移动终端在物联网系统应用中已十分普及，目前移动开发平台主要基于IOS和Android两大系统，基于Android移动应用开发已占据主流，为此结合移动应用开发课程建设移动应用开发实训室，在学习了Java语言后，通过“教学做”来培养学生开发小型App的能力。
4系统性实训
物联网技术的显著特点是集多专业之大成，涉及专业知识面广，容易给学生产生知识混杂和难学的印象，那么如何补救这一情况是专业教学研究的一大课题，为此，基于“认知―技术技能―系统体验” 路径的理念，特别强化与设置了物联网系统综合实训环节。
4.1智能农业应用实训
物联网技术在智能农业中的应用如火如荼，“民以食为天，食以安为先”，食品安全至关重要，农产品的质量管理特别是食品溯源系统已日益成熟。将农产品种（养）植、运输、加工和流通的信息相关联，形成完整的信息追溯链来确保农产品的安全性。整个系统涉及溯源标识技术、监装技术、物流监控技术和数据采集与查询技术。溯源系统以RFID、条码技术的应用为基础，是一典型的物联网综合应用系统。这一实训系统基本涵盖了物联网应用技术专业所学的大部分专业知识，通过溯源系统的实训体验把原本分散的技术串联起来，强化了学生对物联网专业知识的理解和兴趣，特别是强化了学生对RFID技术应用的认识。实训的主要内容有网络环境的搭建、服务器安装与调试、电子标签制作与识读、数据库管理与应用、PDA安装与调试和APP应用开发等。
4.2环境监测实训
基于无线传感网的环境监测实训是以传感器与无线传感网组建与应用开发为重点的专业实训，通过此实训让学生达到对无线传感网的系统设计，设备选型，传感网组网及Zigbee协议的应用开发有一定程度深化，实训重点要让学生树立起系统性的理念。下图是物联网环境监测实训室功能总体框图。
环境监测实训系统
实训系统包含三种数传模式（WiFi、Zigbee、有线）环境监测传感器，形成一套覆盖三个层次的物联网教学平台。同时，其他内置WiFi模块的各种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该实验平台，成为物联网实验设备的一部分；师生教学、科研实践开发的其他感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该实验平台，完成测试、验证。这些设备的灵活配置为学生提供了从数据采集、网络传输到信息处理较完整的物联网系统应用模型。包含的实训：网络组网与无线信号测试、Zigbee协议栈应用、Zigbee网络拓扑、开发环境的搭建；IEEE 802.11协议介绍、接口程序代码开发、串口WiFi设备服务器设计、传感器数据采集与查询显示等，重点是把从信息采集、传输和信息处理联动起来，让学生充分体会到一个真实的无线传感网系统的体验，更加贴近了以后的工作岗位，增强学生就业信心。
5结论
物联网应用技术实训教学是培养高职学生技术技能型人才的核心所在。实训教学必须以良好理念为先导，紧密结合人才培养目标，构建起符合学生就业岗位需要的实训教学体系。本文以农业与环境应用为背景，从分析人才培养目出发，基于“认知―技术技能―系统体验” 路径来研究并实现物联网应用技术实训教学，以知识与技能渐进式提高构建实训教学环境，通过近两年的探索与实践，取得了较好的效果。
参考文献：
[1]王风茂.高职院校物联网应用技术专业实训体系的构建与实施[J].青岛职业技术学院学报，2012，25（6）：49-52.
[2]邹洪芬.高职院校“专业对接园区，科研反哺教学”的物联网专业建设探索[J].职业技术教育，2014，35（26）：12-14.
[3]张新.高职物联网应用技术专业建设探索与思考[J].物联网技术，2014（5）：80-82.
[4]刘雪梅.民办高职院校实训体系的建构和机制研究[J].职教论坛，2012（11）：18-20.
物联网基本工作原理范文3
【关键词】单片机;智能家居;互联网;远程控制;物联网
Abstract：The principles of an Internet-based Environment Monitoring and Electrical Equipment Controlling System accompanied with software solutions was introduced in this article.The system used STC89C52RC as its MCU，set a PC as host computer and server for connecting with Internet.Users can check the environmental status and control electrical equipments by web application remotely.This system has an advantage in costs.It’s easy-to-use and highly expandable，which can be widely used in monitoring system，intelligent home，etc.
Key words：MCU;intelligent home;Internet;Remote control;Internet of thing
1.引言
在当今信息技术高速发展的时代，人们正在探索越来越便捷的信息传递方式，互联网的出现，极大地方便了信息的传递。然而，人们在享受科技带来各种便利的同时，也有着其他许多困惑。如今，环境恶化问题受到了人们的广泛关注，要治理环境，首先就要对周围的环境有一个充分的了解，就需要有能对环境信息进行采集与处理的设备。
基于以上原因，一种基于互联网的远程环境检测与电器控制系统应运而生。该系统利用通讯技术、电力自动化技术、计算机技术将一系列传感器实时监测环境并上传环境参数到服务器，用户可通过互联网远程访问系统远程采集到的信息，也可发送命令，控制远端电器运行，是对互联网功能的一项拓展，也是从互联网发展到物联网迈出的第一步。该系统使物对人的关系不再是被动的，是具有能动性智能化的交互，提供全方位的信息交换功能，优化我们的生活生产方式，帮助我们有效地安排时间，节约能源，实现高效可靠的资源管理。该系统不仅能运用在工业环境监测方面，还能应用在智能家居领域，用户可以通过互联网，实时查看屋内的情况，并对屋内各终端进行控制。并且各传感器一旦探测到异常，能够及时向用户发出警报，实现人和物的良好交互[1]。
2.硬件电路部分
该系统由单片机、设备、上位机和服务器等部分组成，整个系统硬件结构及工作原理如图1所示。
图1 系统总体硬件结构及工作原理图
2.1 单片机模块
根据其结构形式和所采用的半导体工艺，单片机具有以下主要特点：
（1）性价比高;
（2）集成度高、体积小、可靠性高。由于单片机将各个功能部件集成在一块芯片上，且内部采用总线结构，减少了各个芯片之间的连线，从而大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力;
（3）控制功能强。单片机中的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O接口的逻辑操作及位处理功能;
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品;
（5）外部总线增加了串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构;
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，易于构成各种规模的应用系统。
该系统使用STC89C52RC作为微控制器。STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器。它使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。基于以上特点，该款单片机参考技术资料齐全，成为了许多单片机使用者的首选。
2.2 电器控制与环境采集模块
电器控制主要由继电器组成，单片机接受到来自用户的特定信号之后，通过自身的5v电压来控制220V市电的开断，以实现电器工作状态的控制;该方式设计简单，可行性高。
环境采集主要由一系列传感器组成，可根据实际情况选用，课题组利用DHT11传感器采集温度湿度数据、采用MQ-5可燃气体传感器采集天然气或者液化石油气的浓度、 甲醛气体浓度使用CH20/S-10传感器采集、粉尘颗粒信息用GP2Y1010AU0F 传感器等，一系列模块与单片机IO口连接通过编程实现环境数据的采集与处理。以DHT11温湿度传感器为例，其电路连接如图2所示。
图2 DHT11温湿度传感器电路连接图
图3 12864显示屏电路连接图
2.3 人机交互模块
该模块主要基于12864液晶和矩阵按键来实现，12864液晶的屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域，通过编程它可以提供基本的人机界面，用户可以通过液晶屏幕实时查看显示采集到的环境信息，通过按键可以对系统进行相关设置操作。12864液晶连接电路如图3所示。
2.4 串口通信模块
单片机主控与PC之间通过USB口进行数据通信，由于STC89C52单片机只支持串口通信，故系统还需要使用CH340T芯片来实现串口转USB的功能，以CH340T为主控的串口转USB电路如图4所示。
2.5 nRF24L01+无线通信模块[3]
nRF24L01+是一款工作在2.4～2.5GHz的世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制解调器。输出功率、频道选择和协议设置可以通过SPI口设置。具有2Mbps的传输速率、仅22uA的等待模式电流消耗、多频点、多信道、10m（PCB天线）有效通信距离的特点，其电路连接如图5所示。
3.软件程序部分
3.1 单片机程序模块
采用KEIL编程软件对单片机进行编程以实现环境数据采集、处理及传输以及继电器的控制功能[2]。该模块包括UI设计、环境数据采集、数据通信三个部分，系统主要工作流程如图6和图7所示。
图6 系统软件工作流程图
图7 单片机报警流程图
3.2 nRF24L01+通信模块[4]
图8 nRF24L01+的主要工作模式
nRF24L01相关工作时序如图8、图9和图10所示。本系统只涉及前三个工作模式。主要的工作原理：发射数据时，首先将nRF24L01+配置为发射模式，接着把地址TX_ADDR和数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01+缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从发送堆栈中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已开启），若重发次数（ARC_CNT）达到上限，MAX_RT置高，TX_PLD不会被清除;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，以便通知MCU。最后发射成功时，若CE为低，则nRF24L01进入待机模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入待机模式2。
接收数据时，首先将nRF24L01+配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在接收堆栈中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，以便通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01+进入空闲模式1。
3.3 PC端软件模块
上位机与服务器部分原理及流程如图11所示。
上位机是对单片机操作的中枢部分，该部分使用C++的boost asio库去实现;boost asio是一套高性能的I/O流处理库，用现代的方法为开发者提供了一个异步模型。该部分主要对单片机的数据进行处理，综合后合并成结果表，用网页显示出来给用户浏览，用户可以通过服务器给上位机发送指令，让上位机对单片机进行操控.实现对家居设备的操作。
图11 上位机与服务器流程图
服务器是用户与单片机直接交互的接口，其使用WAMP集成开发环境与PHP语言构成，前端界面由js与css实现。通过对上位机传来的数据的整理显示，实现对结果的统筹预览，并提供操作界面，让用户可以通过对服务器发送指令去操控单片机。
4.结束语
至此，一个基本的互联网远程环境监测控制系统搭建完成，但功能还相对单一，故本项目组还对该系统设计提出以下方案，以便日后改进：（1）鉴于目前该系统在电器控制方面仅仅只是采用控制继电器的开断来简单控制电器，因此还可以向控制复杂电器方面发展，例如可以通过在单片机上加装红外发射管来模拟空调的遥控板实现对空调的远程操作;可以在门上加装传感器以检测门的状态，确保室内安全等等;（2）现如今如小米、迅雷、360、百度、腾讯、华为等大型互联网公司都推出了智能路由器。所谓智能路由，比于普通路由器，其像个人电脑一样，具有独立的操作系统，可以根据用户的需求进行功能的扩展和开发。在未来的智能家居中可以充当智能控制中枢的角色。通过嵌入式开发，我们可以直接在路由器系统中开发上位机和控制程序来替代本项目中电脑的角色。相比电脑，路由器有功耗小，几乎永不离线的优势。相信在以后的智能家居中，路由器会发挥巨大的作用。
该系统是我校大学生创新性实验项目的部分研制内容，现处于初步研制阶段，能完成对远端环境的信息查看与简单电器控制，与实际商用还有较大差距。随着互联网更加深入我们的生活，人们已经不仅局限于对网上虚拟的数据进行访问操作，在未来，更多的智能云设备将进入我们的生活当中，该项目正是基于上述理念的成果。
参考文献
[1]王平.780MHz物联网开发平台的设计与实现[J].重庆邮电大学学报，2012，24.
[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009，1.
[3]NORDIC semiconductor，nRF24L01+Product Specification.
物联网基本工作原理范文4
随着计算机网络技术在人们日常生活和企业生产中应用的逐渐广泛与普及，为了满足企业生产中的更多需求，实现自动化、机械化生产，逐渐衍生出物联网技术。因此可以将物联网技术看作是计算机网络技术的一种扩展和延伸，实现了物品与物品之间的相互交换，这也就加快促进了物联网技术在物流包装生产过程中的运用。通过对物联网技术在物流包装当中的应用研究，能够有效的增强其智能化、信息化发展，对社会经济的发展具有积极的促进作用。
【关键词】物联网技术 物流包装 应用研究
物联网技术可以看作是互联网技术、计算机技术之后的另一项新型技术，可以看作是第三次信息与信息技术革命，目前已经在各个领域和行业中得到广泛的运用。在物流包装的过程中加强物联网技术的应用，能够有效的推动物流包装的现代化发展，提高供应链系统中的运行效率和智能化发展，增强了系统的敏锐性和透明度，并且能够及时反馈产品在生产、运输、配送、销售等所有环节中的系统信息，能够实现实时产品信息跟踪以及监管。因此，在物流包装的过程中加强对物联网技术的应用，能够促进物流包装行业的快速发展。
1 物联网技术
物联网指的是借助传感器、激光扫描仪、全球定位系统、红外感应器、射频识别等各种类型的信息传感设备，按照一定的规定将互联网与物品之间进行有效的连接，实现信息通信和呼唤，并且能够进行智能化管理、监控、跟踪、定位、识别的一种网络。如果从技术方面来说的话，就可以将其看作是利用感应装置，将物体的信息进行网络传输，并在某一指定中心进行集中处理和分析，能够实现自动处理和交互的物与物之间、人与物之间信息的一种智能网络。
因此，可以将物联网技术看作是云计算技术、数据处理/挖掘技术、互联网技术、无线通信技术、嵌入式技术、射频识别技术、传感器技术等各方面技术的相互交叉和融合，并通过开发和应用对处理对象进行实时的动态观察、监控以及数据收集，并且借助相关的信息处理和软件系统可以对这些信息进行有效的控制、管理和处理。
2 在物流包装中对物联网技术的应用
对商品进行包装的主要目的是为了保护商品，同时提高商品运输和储存的便捷程度，有利于促进商品销售，也可以看作是对相关容器、材料以及辅助物的统称。在商品供应链系统中，包装工程既可以看作是所有生产过程的结尾，也可以看作是物流作业的开始。为了进一步提高商品运输、收货、发货、堆码、装卸、储存、销售等各个环节的便利程度，还可以对部分商品按照销售的实际情况来畸形再次包装，比如按照一定的数量单元来再次包装，或者是进行重新包装、分装、加固等操作。简单来说，物流活动的基础和前提就是包装，对商品进行包装是其最基本的一种操作形式，在供应链系统中贯穿。在某种程度上来说，包装和物流是相辅相成的，其现代化和机械化的实现是同步的。
除此之外还需要注意的是，随着物流服务现代化程度的不断提高，也对物流管理和物流运作过程的智能化、网络化、自动化、信息化的程度要求越来越高。因此在物流包装的过程中加强对物联网技术的应用，具有重要的意义和作用。
2.1 在物流包装中物联网技术的工作原理
在开发和应用物流包装的过程中，物联网技术的核心是RFID技术，一般会在需要进行物流包装材料中嵌入芯片，该芯片已经对RFID电子标签进行集成，通过对射频传输、空间耦合以及信号识别等特性的运用，能够自动识别处于移动或者是静止状态下识别物的信息，并发生一系列身份验证、数据通信等互联活动。物联网中的RFID系统主要是由应用软件系统、RFID阅读器、RFID电子标签等部分共同构成。
其工作原理是：首先RFID阅读器会无线电波信号或者是能量向RFID电子标签发射出特定的频率，实现信息的传递；然后RFID电子标签中的集成电路会驱动，自动发送出内部储存的信息数据；再然后RFID阅读器会对所接收到的信息数据进行依次解读；最后将解读完成的信息数据发送到相应的程序中，进行有效的控制和处理信息。一旦在磁场范围内放置电子标签，其就能够将所接收到的各种信息数据进行分析处理，利用感应电流将芯片中原本储存的商品信息数据发送，或者是标签也会自动发送某一特定频率的信号；解读器会将所接受到的各种信息数据进行解码，解码完成之后会向相应的信息系统进行数据管理与处理。这样一来，整个供应链系统中就可以利用物联网技术来对所有的商品环节实现智能化的管理与控制，实现物流活动的信息化管理。
2.2 物联网技术在物流包装中的应用分析
目前在物流包装中对物联网技术的运用主要分为两个方面：一方面是利用RFID电子标签中原先已经储存好的信息数据，主要应用在系统的防卫、门禁等领域中，可以看作是一种静态应用；另一方面是应用在供应链系统作业当中的，有效的连接系统上的信息与电子标签上的信息数据，比如财务管理系统、商品声明周期管理系统、定位系统等，充分的发挥其效用，对商品实施全程监控和管理，可以看作是一种动态应用。
供应链系统以及物流作业上面的商品信息流，需要通过对每一个单独的商品信息进行研究。因此包装商品的最基本的材料就是RFID膜或者是RFID纸，这样一来，每一件商品就能够取得唯一的、具有代表性的商业代码，并且还具有信息储存、读、写的功能，这样逐渐就能够构成一个整体，形成供应链系统。
3 结语
随着不断开发和研究物联网技术，促进了包装物流行业的进一步发展，并逐渐趋向于智能化、信息化。同时为了物流包装行业更加适应社会经济的发展，商品从生产到销售的各个环节都形成供应链系统，也需要不断的促进物流包装的不断优化与完善。
参考文献
[1]文振华，黄友森，邓子云.物联网技术在物流领域的应用与创新[J].开放导报，2012（01）：64-67.
[2]秦立公，吴娇，董津津，袁媛.基于物联网的冷链物流设备管控研究[J].安徽农业科学，2012（18）：9942-9945.
[3]张文瀛，王喜富.现代物流行业物联网关键技术及应用研究[J].物流技术，2012（17）：378-380.
[4]都牧，胡祥培，周宽久，何占良.基于物联网的蔬果网上直销“农-宅”配送系统[J].系统工程学报，2014（02）：215-222.
[5]肖和平，闫怀志，金福生.探究物联网技术及其在智能物流中的应用[J].网络安全技术与应用，2015（03）：35+37.
作者简介
李文强（1993-），男，四川省成都市人。大学本科学历。现就读于成都理工大学物联网工程专业。主要研究方向为物联网技术的相关应用。
物联网基本工作原理范文5
【关键词】物联网人才 教学方法 服务型人才
【中图分类号】G 【文献标识码】 A
【文章编号】0450-9889（2015）02C-0183-03
一、农业物联网人才需求情况概述
我国经历三十多年的改革开放，工业和服务业都得到极大发展，已是全球制造业大国，相比而言，农业的发展稍显滞后，随着我国工业化现代化及城市建设发展进行到一定阶段，当前我们亟需大力发展与投入的是新农村的综合性、全方位的建设。我国农村一直实行，土地流转工作才刚启动，处于经济和体制转型的关键时期，“三农”问题近些年一直得到国家各界的高度重视，而农业信息化建设正是解决此问题的关键。适逢此时，物联网产业恰好兴起。物联网（ Internet of Things，IoT），即“物物相连的互联网”，被称为信息产业的第三次浪潮，自其被提出之日起，短短数年已在世界各国广泛采用，并渗透到各行业中去。随着物联网产业的发展进步，物联网在农业生产、流通、管理等领域也得到越来越广泛的应用。从生产领域来说，农业物联网利用传感器、通信网络、智能决策系统，对养殖、种植对象进行环境监控、养料供给等，以实现降低成本、减少耗损、提高质量、改善环境的目的。此外，在农产品流通环节可建立起信息管理系统，建立从源头到消费终端的管理体系。
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》里，明确提出“加快发展面向农村的职业教育”“强化职业教育资源的统筹协调和综合利用，推进城乡、区域合作，增强服务‘三农’能力”“加强涉农专业建设，加大培养适应农业和农村发展需要的专业人才力度”。未来农业的发展必将向信息化、现代化、网络化、科技化方面发展，农业物联网是现代农业发展的引擎，目前，我国农业物联网技术应用总体还处于初步应用阶段。高等院校才刚刚有物联网专业的毕业生，直接面向农业的物联网人才培养尚未正式启动，而我国幅员辽阔，大部分土地是农村，大多数人口是农民，因此，面向农业信息化建设方面的物联网人才市场缺口巨大。仅“十二五”期间，估计农业物联网方面的人才需求就有大约1000万人。
农业物联网专业人才可分为研发型人才和应用技术服务型人才。研发型人才主要是指从事农业物联网新技术的开发及相关设备生产工作的人员;应用技术服务型人才则主要指利用现有的农业物联网技术和设备，直接面向终端用户，服务于农业生产第一线的人员，其在整个农业物联网人才需求数量中所占的比例也是最大的。本文主要针对农业物联网服务型人才的培养展开研究，以期对面向农业的物联网人才培养模式进行探讨，为农业物联网培养知识面广、综合素质高的复合型人才。
二、农业物联网服务型人才培养目标
开展农业物联网应用技术服务型人才培养，首要明确人才培养目标。目前，国内高校的物联网工程专业的培养计划普遍还处于探索阶段，培养目标不明确，培养方案、教学模式趋于相同，由于物联网的应用领域广泛，就农业物联网而言，要想做好这方面的工作，不仅需要具备物联网技术、产品知识，还要对农业生产知识有所了解。因此，目前各高校探索性的物联网人才培养方案普遍是缺乏针对性的，并不能满足农业物联网人才培养的实际需要。在专业设置和建设的探讨过程中，通过对多所院校的物联网专业人才培养方案进行分析，及与相关教师进行交流，笔者也发现，普遍存在着对物联网人才培养的方向模糊，对物联网产业链人才需求未来状况预估不足的现象。
首先，当物联网作为一个新兴的巨大产业来临之际，我们要对它的未来产业链发展状况有个预估，才能与之相适应地去进行合适比例的人才培养。纵观其它高科技产业的发展历程，也可以看出，许多产业在人员需求上以应用型人才为主。譬如，电子信息产业，真正投入研发领域工作的，只是集中在大城市，只需要少数高端型人才，面向全国范围的、需求量较大的仍是以应用型人才为主。这是一个“橄榄型”的产业链人才需求结构，研发和制造人才需求少，分别占两端，中间多数为应用型人才需求。物联网产业也具有这样的特质，更何况它本身就是一个应用创新型产业，其产业巨大的生命力也体现在应用上。然而，目前大多数院校，包括很多高职高专院校，在物联网专业的人才培养上，仍过于注重研发设计能力的培养，忽视应用领域综合能力的培养，这是与产业链人才需求状况不相吻合的。
其次，物联网是向各产业、行业渗透的一个基础性产业，其必然带有跨行业的性质。譬如，农业作为第一大产业，它涉及的领域是很广的，仅是农业物联网对人才的需求就是巨大的，可是目前的物联网专业普遍都没有体现出这种行业的针对性，学生就业时，仍将面临着对行业领域知识的一个再培训过程。
根据前文论述，我们在进行农业物联网人才培养中，应以培养物联网应用型人才为主要出发点，并结合农业生产、流通、管理等行业背景知识，进行知识全面能力较强的综合型人才培养。这样才能培养出农业知识丰富的物联网人才，有利于满足社会的需求，有利于解决人才的就业问题，极大地推动物联网在农业领域的应用创新发展。
对于农业物联网方向的高职高专学生培养，我们提出以下几点专业能力目标：掌握物联网工程专业的基本知识和基本原理;熟悉农业物联网产品软硬件配置，能从事物联网解决方案的设计、管理和维护工作;掌握农业现代科技、农产品生产流通基础知识、农业物联网应用技术、工程施工基础知识，具备农业物联网应用系统设计实施能力;了解物联网工程技术的技术前沿、应用前景和最新发展动态。
三、农业物联网服务型人才培养专业课程体系构建
农业物联网服务型人才培养的课程体系应当围绕着培养目标展开，除公共基础课、选修课程及实践课程外，以下详细例举专业基础课和专业核心课程的构建。
（一）专业基础课
1.农业现代科技技术概论
主要介绍介绍国内外农、畜、林三业的生产、储藏、加工、消费、市场现状与发展趋势;现代育种目标、育种技术和育种方法;现代种植（养殖）技术;农产品采收、包装、储运、加工、流通等产后现代商品化处理技术;现代农业生物技术、信息技术等高新技术的应用情况。
2.电子技术基础
通过本课程的学习，使学生掌握电子技术各种基本功能电路的组成、基本工作原理、性能特点，熟悉电子技术工艺技能和电子仪器的正确使用方法，初步具有查阅电子元器件手册、正确使用元器件、读识常见电子线路图、测试常用电路功能及排除故障的能力。能复述逻辑门电路的功能，并能利用逻辑门电路设计简单的组合逻辑电路，并能分析简单时序逻辑电路的功能。
3.嵌入式技术
主要讲述嵌入式系统的基本概念、界面设计、应用编程等知识。通过学习该门课程可以使学生能够编写、调试嵌入式程序。
4.物联网数据库应用及管理
重点培养学生数据库基本技能，通过本课程的学习，学生能应用数据库应用软件对物联网工程中所需数据进行管理、查询、维护等操作。
5.农产品生产管理流通概论
课程介绍农业产品生产管理流通基本理论，从农产品生产到销售的过程为出发点，介绍不同农产品在生产销售流通等活动中的基本情况，应用的现代化技术、信息技术等情况。
6.计算机网络与通信技术
结合TCP/IP协议深入讲授计算机网络体系结构、分层原理、数据通信、网络协议、点一点网络、广播网络、交换网络、网络互连、差错控制、流量控制、拥塞控制方面的基本问题。
7.循环农业生产与管理
主要介绍农业生产管理中与环境保护的相互关系、掌握循环农业生产与管理的关键技术，了解农村节能减排的政策、技术措施等内容。
8.物联网与供应链管理
主要介绍应用物联网技术的供应链系统的概念及功能、物流的发展、物流管理原理、物流运输管理、仓储管理、包装与装卸、农产品供应链等内容。
9.工程进度与质量管理
通过学习本门课程，学生掌握建设物联网工程质量与安全管理的基本程序与方法，物联网工程质量验收标准，施工安全生产技术规范，物联网工程质量安全事故的处理，解决物联网工程监理过程中遇到的实际问题。
（二）专业核心课
1.无线传感器网络技术
全面系统地阐述当前各种主流的无线网络的基本原理，结合多种工业现场传感器和多功能的上位机软件，深入浅出地讲解无线网络的基本技术。
2.物联网射频识别技术
主要介绍物联网RFID系统概述、RFID工作频率及无线传输、天线技术、射频前端电路、编码与调制、数据的完整性与数据的安全性、电子标签体系结构、读写器体系结构、RFID中间件、RFID标准体系、物联网RFID应用实例，以及物联网RFID技术现状和标准体系。
3.工程线路识图
主要介绍工程设计绘图基础知识、基本理论，主要培养学生识读电器元件的结构形状的能力，同时了解相关工程的国家标准，识读图样，了解物联网工程绘制图样所需的机器、仪表和设备的结构和性能。
4.综合布线与网络工程实施
使学生能掌握网络综合布线的国家标准和行业规范，并能熟练地运用于网络综合布线工程的设计、施工、测试和验收等工程组织与管理环节，培养学生综合布线系统设计、系统安装与实施的职业能力，并掌握综合布线的基础知识。
5.ERP运营维护
课程主要从物联网工程的角度介绍物联网工程系统中的主流程体验、销售管理、采购管理、存货管理、产品结构管理、物料需求计划管理、工单与委外管理、工艺管理、应收应付管理、财务管理等学习任务，掌握ERP系统的主业务流程和操作技能。
从以上课程体系的构建中可看出，在实际进行农业物联网课程体系的建设时，注重突出实际应用领域特色，学生既要学习电子信息技术，又要学习农业科技和农业生产技术，还要求掌握工程领域的基础知识，注重综合性能力的培养。考虑到农业物联网的项目一般偏小，各地点分散，其应用服务人才不可能专业划分过细，否则任何一个点都需要物联网、农业、工程安装等不同领域的人员组成团队配合工作，这对于偏小的农业物联网项目来说是不实际的，必然要求建设及维护人员具备多专业综合的能力素质。
四、改革教学方法，优化师资队伍
（一）改革教学方法
在教学方法上力求突破，当前所流行的行动导向、慕课均是可采取的方式，无论哪种方式，主导思想将贯穿以学生为中心的教学方法来进行实施。由于农业物联网服务型人才培养的专业特性、跨学科特性，带领学生进行现场学习将是必不可少的教学环节。此外，农业物联网在实际工作领域的实施，往往以一个个项目的形式来进行，因此，案例教学也是必然要采用的教学方法，在案例教学过程中注重对学生进行启发式教学引导，亦有利于学生兴趣的调动和综合设计实施能力的培养。
（二）优化师资队伍
从课程体系的构建可以看出，要做好农业物联网服务型人才的培养，师资队伍应具备物联网知识能力、农业生产流通和管理知识能力、工程实施等方面的知识能力，在实际建设中，各校可根据自身状况进行优化。同时，基于农业物联网应用创新的特质，应大力开展校企合作，引进更多的企业兼职教师来补充师资队伍。由于物联网本身（下转第186页）（上接第184页）是个新兴产业，农业物联网又兼有跨行业的特性，因此，教师的培训学习也是队伍建设中不可缺少的一环。
五、满足实验与实习条件，建设实训基地
应根据院校重视面向农业领域专业应用能力的培养思路，坚持基础和应用协调共进的原则，通过农、学、企相结合的方式，建设相应的实训平台，如企业提供最新的设备支持、学校提供专业人员、农业终端用户提供场地，搭建起一个真实的现代农业物联网应用平台。在实训过程中，学生收获了丰富的实战经验，为日后就业打好基础;企业获得了充足的人力资源，充分解决了农业物联网服务企业人员匮乏的现状;而农户则在合作中体验到农业物联网技术给农业生产带来的种种好处，为农业物联网的大力推广增强了信心。
其次，建立一个以农业物联网为背景的技术服务及农产品流通实训平台，通过该平台，培养出农业物联网领域的信息化人才，为技术服务的推广和农产品的流通打好基础。
通过利用实训基地对物联网服务型人才进行深入培养，可培养出一大批技术过硬、经验丰富的专业人才，以缓解目前农业物联网缺少此类人才的局面。同时也为农业物联网技术在我国大范围推广打下坚实基础。
物联网浪潮的来临，为现代农业发展创造了前所未有的机遇，改造传统农业、发展现代农业，迫切需要运用物联网技术实现对各种农业要素的全面感知、可靠传输以及智能处理。因此，对农业物联网服务型人才的培养具有重大实际意义和价值，人才培养模式就是其中一项迫切而又重要的研究工作。所以，应尽快在分析农业物联网发展现状的基础上，结合我国的实际国情对农业物联网人才培养过程中涉及的管理模式、技术模式、商业模式展开分析和探讨。在政府的引导下，在相关企业的积极参与下，建立一个多方共赢的人才培养模式，为农业物联网的长远发展提供长效动力。
【参考文献】
[1]于娜，郭鹏，李乃祥.农业物联网人才培养模式研究与实践[J].河北农业大学学报（农林教育版），2014（16）
[2]葛文杰，赵春江.农业物联网研究与应用现状及发展对策研究[J].农业机械学报. 2014（7）
[3]谢秋丽，黄刚.基于物联网人才培养与教学实践的研究[J].软件导刊，2011（3）
物联网基本工作原理范文6
关键词：物联网；GPRS；虚拟专用网；无线传输；地下水监测
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）28-0197-03
Design of Internet of Things-based Groundwater Remote Monitoring System
GUO Yu1，HU Sheng-li1，YANG Tong-man2
（1.Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.College of Meteorology and Oceanography，PLA Univ.of Sci.& Tech，Nanjing 211101，China）
Abstract： Being aimed at the problem of groundwater monitoring at present，this paper presents a design scheme of remote monitoring based on Internet of Things.Firstly，the concept of Internet of Things and its three layer architecture are introduced，and the overall design scheme of system based on the three architecture is put forward.The design of remote monitoring，wireless transmission network and monitoring center of system are introduced in detail.The paper gives Working principle and main functions of system at last.At present，the system has been put into concrete application.It is proved that the system has excellent expandsibility and applicability.It has saved lots of manpower，material resources and financial resources for relevant departments.
Key words： internet of things； GPRS；virtual private network；wireless transmission；groundwater monitoring
我国是一个水资源严重缺乏的国家，虽然总储量占世界第六位，但人均水资源却是世界人均水资源的1/4。地下水资源的合理利用和开采对一个国家的经济发展和生态环境都起着至关重要的作用。改革开放以来，我国的社会经济快速发展，人们生活水平提高的同时也伴随着地下水资源的大量开采，再加之水资源的污染、有关部门缺乏合理规划和有效监管，就安徽本地来说，已经出现了地区性水位下降和枯竭等问题。从而引发了部分地区地面沉降、土壤盐渍化和地裂缝等情况，对地下水资源的有效监测已迫在眉睫。
文献[1]提出了基于GPRS（General Packet Radio Service）-Internet网络和Zigbee网络结合的远程监测系统。文献[2]提出基于无线传感网络的水资源监测系统。本文利用物联网的各种特点和优势，以物联网三层结构为设计原则，提出了基于物联网的地下水远程监测系统的设计方案。
1物联网
1.1物联网的概念
物联网是通过射频识别（RFID）、激光扫描器、全球定位系统、红外感应器、等信息传感设备，遵守约定的协议，把物理实体与物联网相连接，进行信息交换和通信，实现对物体的、定位、跟踪、智能化识别、监控和管理的一种网络[2]。
1.2 物联网的三成架构
感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。主要包括一些基本感应器件和感应器件组成的网络这两部分。感知层我们采用超声波流量计作为采集终端。
网络层解决的是感知层获得的数据长距离传输的问题。它主要功能是接入传输，完成数据的传递和交换，一般分为接入网和传输网两种类型。本系统采用的是GPRS+VPN的无线传输方式，在保证数据安全性的同时又提高了实时性。
应用层解决是数据处理和人机界面的问题。网络层传输的数据被应用层处理并通过各种设备与人交互。系统中利用.NET技术设计系统软件平台，提供了实时和历史数据查询、数据报表和设备报警等相关功能。其三层结构如下图所示：
2系统结构设计
本系统结构主要由远程监控终端、GPRS数据传输网络和监测中心三部分组成，分别对应着物联网的感知层、网络层和应用层。系统结构如下所示：
2.1感知层
数据采集主要通过各类传感器，对地下水的水位、水温、水质等信息进行采集，通过MCU微控制器对采集的信号，比如电流、电压等数据进行A/D转换，将转换后的数据通过标准RS232/485串口传输到现场的从GPRS通信设备上，GPRS模块我们采用SIEMENS公司的MC39I模块，然后经过数据加密处理后传输到GPRS网络。
2.2网络层
GPRS无线网络主要担当着各个监测点和监测终端之间数据传输的桥梁。近年来，随着GPRS网络的不断完善和发展，其在数据传输方面的应用也越来越广泛。GPRS网络几乎无缝覆盖和按流量、话费等资费方式收费的优点，使其应用在地下水资源无线远程监测系统上的性价比和发展前景都是巨大的。本系统采用GPRS+VPN虚拟专用网技术相结合的方式，实现数据安全、稳定、高效的传输。
2.2.1 GPRS通信技术
GPRS是建立在GSM（Global System for Mobile Communication）网络之上，为用户提供高速分组交换数据的新网络业务。它是在GSM原有网络的基础上叠加了一层网络而组成的，网络中增加了GPRS服务支持节点SGSN（Serving GPRS Support Node）、GPRS网关支持节点GGSN（Gateway GPRS Support Node）、计费网关（可选）、边缘网关（可选）等实体，同时通过GPRS骨干网实现各实体之间的连接[3]。该网络的主要优点：
1）高速数据传输
GPRS网络采用的是分组交换技术，通信时数据传输速率最高可达到171.2kb/s。实际传输速率也可达到40kb/s，可以满足各个监测点的数据采集传输的要求，具有良好的实时处理和响应能力。
2）实时在线
网络环境下，各监测点的从GPRS模块与网络保持着实时交互的能力。满足了各个监测点数据采集和实时响应监控中心发来的各种控制指令，实时监测各监测点的工作状态和在线状态。
3）按量计费和覆盖范围广
各远端监测点的从GPRS设备只要正常开机就始终附着在GPRS网络上，按照接收和发送的数据包数量来收取费用，在没有数据包传递时，即使在线，也不会消耗任何费用，一定程度上降低的项目成本。另外水资源监测系统要求数据采集的跨度比较大，要求系统扩展不受地区的限制，GPRS网络由于覆盖范围很广，满足了系统设计的要求。
2.2.2 VPN虚拟专用网
虚拟专用网VPN（Virtual Private Network）是一种在公共通信基础设施上构建的虚拟专用或私有网，通过一个公共网络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱公用网络的安全、稳定的隧道，可以被认为是一种从公共网络中隔离出来的网络。
监测中心的主GPRS模块和各监测点的从GPRS模块接入VPN网络后，中国移动都会为其分配一个固定的IP地址。各设备可以通过PPP、TCP/IP、UDP等协议直接进行数据交互，无需地址转换。另外VPN使用加密传隧协议，阻止截听和嗅探来保证数据安全性。并且为防止身份伪造，要求使用者在使用时发送身份验证，数据完整性和安全性得到充分的保证。
本系统中GPRS网络下VPN的消息流程如下：
2.3应用层
该层主要为监测中心软件的设计。监控中心软件以.NET为开发语言，采用B/S三层架构，分别为表示层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL），安全性高并且具有良好的可扩展性。结构如下所示：
表示层：表示层主要通过业务逻辑层的类和对象为用户提供可视化的接口和界面，秉承所见即所得的原则，主要包括等水位线生成、电子地图、参数设置、报表和报警等功能。
数据访问层：数据访问层用于存储和修改项目下所需数据和参数。包括监测点实时传输过来并被前置机处理存储的数据、数据库的配置参数、当前数据表和历史数据表。通过数据访问组件提供数据访问接口，隐藏访问数据库的细节。
业务逻辑层：业务逻辑层完成与数据访问层的数据交互的操作。该系统中主要通过监测中心端的前置机完成数据处理并存储在数据库中。主要包括数据采集传输、数据存储处理和监测井端报警控制等。通过数据库类库中的Connection、Dataset和DataReader类用以访问数据库数据，并把数据存在数据集中送往表示层展现。
3系统工作原理和主要功能
3.1工作原理
系统数据传输采用全双工通信方式。远程监测端的流量计等采集设备通过DTU微处理机芯片对采集的信号进行A/D处理，将处理的数据以数据流的形式通过标准RS232/485串口传输到监测端的从GPRS通信模块上，从GPRS模块完成激活与移动基站进行连接，使用TCP/IP和PPP协议将需要发送的数据包封装、加密处理后传输到GPRS网络上。基站的SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组的资料进行相应处理。网络端由于采用GPRS+VPN方式，监测中心的主GPRS模块可以直接对网络传输的数据包进行解析，将解包的数据送往监测中心端的前置机，通过RS232/485串口存入数据库，监控软件从而对采集的数据进行分析处理展示。
系统工作流程如下：
3.2主要功能
1）实时信息监测模块
监控系统通过监测中心端的前置机向各个远程监测点发送AT指令，监测点响应指令或主动对水位、水温、监测点工作状态、设备工作状态和信道是否正常进行监测，通过从GPRS模块将各种数据经由GPRS网络送往监测中心。监测中心将发来的数据按照数据类型进行区分并储存在数据库相应的表中。监测中心能够实时绘制水位柱状图、流量曲线图等过程曲线。它是整个系统的核心模块。
2）数据分析模块
通过对数据库中的历史和实时数据进行分析，绘制相关的曲线图。根据监测端的数据实时绘制水位等值线，用来判断部分地区漏斗状态的变化，为相关管理机构和决策者提供参考帮助。
绘制等值线采用的是美国Golden Software公司编制的surfer软件，它能够轻松制作基底图、等值线图、分类数据图、剖面图、3D曲线图等，已成为气象、地质、水位水利、土地管理工作者必备的专业成图软件。
3）水位流量查询
取水查询可以进行多个用户的水量查询，也可以查询单个用户的用水情况。多用户的查询，系统提供日、周、月、年查询方式。用户从前台软件的下拉列表框中选择需要查询的类型，规定查询需要的时间段后，用水单位的取水流量情况会自动查询出来，同时生成柱状图。
4 结束语
本文利用物联网技术设计了基于物联网的地下水无线远程监测系统，利用.NET技术和GPRS+VPN网络实现了监控中心端的设计和无线传输网络的组建，对远程监测井和地下水可以实现实时动态监测，满足了无需现场工作人员也可以准备监测地下水数据变化的需要。为水利决策者提供了准确、实时、操作便捷的数据，节省了大量的人力、物力、财力。相信随着无线网络技术的发展，该系统会越来越完善，在其他行业也会得到越来越多的应用。
参考文献：
[1] 曹磊.基于无线网络的水资源监测系统的设计与实现[D].保定： 华北电力大学， 2011.
[2] 程甜华.基于WSN的水资源实时监测数据采集系统的研究[D].南昌： 南昌大学， 2013.
[3] 陈秀宏，钱东平，赵瑞明.基于掌上电脑的地下水自动监测系统软件的研究[J].微计算机信息，2006，22（28）：256-258.
[4] 温小莉，柏屏.浅谈物联网技术及其在水利上的应用[J].江苏水利，2011（9）.
[5] 胡胜利，万晋军.基于GPRS的地下水自动监测系统设计[J].水利水电技术，2011（42）.
[6] 冯桂宏，孟繁鑫，程祥.基于GPRS和VPN的农乡配电网远程数据采集系统[J].中国农村水利水电，2011（12）：165-166.
[7] 余国河，吴苏，，等.Surfer软件在气象资料自动成图中的应用研究[J].电脑知识与技术，2014，10（34）： 8174-8175.
