第１期 都秦霞：物联网工程智能实践模型的构建 ２３ 【教学改革与探索】 物联网工程智能实践模型的构建 郝秦霞 （西安科技大学通信与信息工程学院，陕西西安７１００５４） 摘 要：根据物联网的结构，提出了物联网工程智能实践模型的构建方案。此模型的上层结构 为基于ｗｅｂ、Ａｎｄｒｏｉｄ的软件开发，下层硬件结构是以强大的ＤＭＡ控制器ＣＣ２５３０为控制核心， 通过增加外围模块来实现的。此综合实训平台解决了本科院校物联网专业实验、实训对象缺乏 的问题，弥补了相关操作及仪器设备的空缺。通过构建该实践平台，以期为其它本科院校建设 物联网专业实验实训室及课程开发提供借鉴。 关键词：Ａｎｄｒｏｉｄ；ＺｉｇＢｅｅ；无线温控器；ＣＣ２５３０； Ｃ／ＯＳ一Ⅱ 一、引 言 物联网工程专业作为教育部审批设置的高等 工程系统分析设计能力，满足物联网工程专业课 程建设需要。学生通过物联网智能实践模型，可 以更好地感知物联网，增强学习兴趣。 学校战略性新兴产业本科专业，使得物联网成为 各家高校争相申请的一个新专业。就物联网本身 而言，它是智能信息控制网，智能化是物联网的关 键。互联网解决了几乎所有信息间的互通，物联 二、物联网的物理架构 按照物联网自身体系本身结构它分为三层， 底层是用来感知数据的感知层，涉及的模块包括 无线传感模块节点、ＺｉｇＢｅｅ无线传感网络、ＲＦＩＤ、 网则是互联网的拓展，是智能决策网、控制网、智 能应用网。中科院院士、华东师大软件学院院长 何积丰表示，未来的物联网技术要得到发展，需要 在信息收集、改进、芯片推广、程序算法设计等方 面有所突破，而做到这些的关键是如何培养人才。 嵌入式系统。第二层是数据传输的网络层，主要 模块包括ＧＰＲＳ／３Ｇ模块及因特网。最上面则是 内容应用层。第三层是应用层，所涉及的主要模 块包括服务器和ＰＣ设备，移动终端、网页服务器 和数据库服务器等。因而物联网应具有三个特 对于本科生的教育可从与物联网有关的知识着 手，找准专业方向、夯实基础，而最重要的就是要 征，一是全面感知，即利用ＲＦＩＤ、传感器、二维码等 增强实践与应用能力的培养。 物联网专业实践与应用则要将学科基础理论 和专业方向理论贯穿于课程实验、课程设计实践 中，构建完善的智能实践模型。智能实践模型则 可充分利用微机接口实验室、嵌入式实验室、电子 随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各 种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时 准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模 糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息 进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。 电路实验室、软件工程实验室等、ＲＦＩＤ实验室、传 感器网络实验室、网络工程实验室、物联网应用技 术实验室等，从而实现物联网从底层感知到中间 三、物联网智能实践模型 根据物联网的物理架构，本文提出了物联网 智能实践模型。智能实践模型由智能移动终端、 网络传输以及上层应用层的整体物联网环境，突 出培养知识的综合运用的能力，突出培养物联网 Ｗｅｂ信息中心、无线控制器和通信媒介部分组成， 收稿日期：２０１３—１２—１０ 基金项目：西安科技大学校培育基金（２０１２５８） 作者简介：郝秦霞（１９８０一），女，陕西西安人，助教，硕士，主要从事物联网工程、电子商务的教学以及物联网工程和电子商务应用开 发的研究工作． ２４ 西安科技大学高教研究 智能实践模型的整体结构如图１。数据传输分为 上层网络和下层网络，下层网络以无线控制器为 换成命令下达至无线控制器，实时监控各个设备 数据。 中心，无线控制器采用ＺｉｇＢｅｅ星形组网方式，以 ＺｉｇＢｅｅ网络的各信息采集结点按需采集各个设备 传感器的数据，采集完成后将各采集节点数据汇 集到ＺｉｇＢｅｅ网关节点，并通过网关节点将数据发 送到Ｗｅｂ信息中心，上层网络以Ｗｅｂ信息中心为 主，中心收到无线控制器的数据后加以分析，存入 无线控制器在智能实践模型中起着极其重要 的底层数据收采集与控制作用，其主要功能如下： （１）通过ＺｉｇＢｅｅ网络实时采集各个监测传感 器数据； （２）在星形网络结构中，通过协调器，完成 ＺｉｇＢｅｅ网络中的数据打包并上传到Ｗｅｂ信息 中心； Ｗｅｂ信息中心数据库，基于Ａｎｄｒｏｉｄ的智能终端通 过３Ｇ网络访问Ｗｅｂ信息中心，中心实时地显示下 层网络的监视信息，并将智能终端的控制操作转 （３）响应并执行用户通过移动终端、Ｗｅｂ客户 端的操作命令，控制监控设备。 川 由 日 信息采 集节点 团 信息采 集节点 信息采 集节点 一…………………… …………一＿ ‘……………… 信息的获取 信息的查询、控制 图１智能实践模型 １．基于Ａｎｄｒｏｉｄ的系统软件结构 智能实践模型的移动手机客户端是在Ｌｉｎｕｘ 操作系统下基于Ａｎｄｒｏｉｄ的开发环境，由“ＪＤＫ＋Ｅ－ ｃｌｉｐｓｅ＋Ａｎｄｒｏｉｄ ＳＤＫ＋ＡＤＴ”构建。其中，ＪＤＫ是 整个Ｊａｖａ的核心，包括了Ｊａｖａ运行环境，Ｊａｖａ工具 和Ｊａｖａ基础的类库；Ｅｃｌｉｐｓｅ是作为Ａｎｄｒｏｉｄ应用程 Ｃｏｎｔｏｒｌｌｅｒ使用ｏｒｇ．ａｐａｃｈｅ．ｓｔｒｕｔｓ．ａｃｔｉｏｎ．Ａｃｔｉｏｎ作 为控制器。数据库采用ＪＤＢＣ的方式进行连接。 软件设计都采用了源码公开、可移植、可裁 减、占先式实时多任务内核ｕＣ／ＯＳ一１１。ｕＣ／ＯＳ一 Ⅱ的应用使系统底层硬件作用得到了充分的发 挥，同时使系统的控制算法更容易实现。系统功 能细分为几个核心任务，由ｕＣ／ＯＳ一Ⅱ实时内核 进行调度，实现多任务的并行执行。整个智能实 践模型的软件结构如图２所示。 Ａｎｄｒｏｉｄ客户端 （Ａｎｄｒｏｉｄ ＳＤＫ） ＷＥＢ服务器 （Ｔｏｍｃａｔ） 数据库 服务器 序开发ＩＤＥ来使用的；Ａｎｄｒｏｉｄ ＳＤＫ是由Ｇｏｏｇｌｅ提 供的完全开放源代码的Ａｎｄｒｏｉｄ专属软件开发工 具包，用于开发基于Ａｎｄｒｏｉｄ操作系统的第三方软 件，该开发工具包中的布局管理器为程序设计者 提供了丰富的控件，支持线性布局、相对布局和绝 对布局等灵活的方式；ＡＤＴ是支持Ａｎｄｒｏｉｄ工程和 工具的通用插件，使得创建、运行和调试Ａｎｄｒｏｉｄ 更加快速简单。Ａｎｄｒｏｉｄ的数据存储在本地的 ＳＱＬｉｔｅ数据库中。当移动终端暂时不在３Ｇ和 ＷＩＦＩ覆盖范围内，移动终端将相关信息存储人 Ａｎｄｒｏｉｄ智能终端的ＳＱＬｉｔｅ数据库，进入３Ｇ或者 ＳＱＬｉｔｅ 数据库 ＪＤＢＣ Ｏｒａｃｌｅ 图２智能实践模型的软件结构 ２．硬件结构 无线控制器设计分为数据采集模块、数据控 制模块、数据处理模块、数据通信模块和供电模块 组成，介于ＣＣ２５３０内部集成了业界领先的射频收 发器、丰富的片内外设和强大的ＤＭＡ控制器。ＲＦ 射频收发器的性能指标远远优于ＩＥＥＥ８０２．１５．４ 标准所规定的要求。丰富的片内外设，如ＡＥＳ协 处理器、ＳＰＩ等通信接口，为各种基于ＺｉｇＢｅｅ、 是ＷＩＦＩ覆盖区域后再将采集到的信息通过同步 模块与服务器同步。 Ｗｅｂ服务器采用轻量级应用服务器Ｔｏｍｃａｔ ５．５，运行环境是ＪＤＫ１．４。数据库采用Ｏｒａｃｌｅ １０Ｇ。系统采用ＭＶＣ模式进行开发，Ｍｏｄｅｌ层使用 ＪａｖａＢｅａｎ作为实体类，Ｖｉｅｗ层使用ｊｓｐ进行展现， 第１期 杨君锐：《人工智能》课程的教学体会 ４５ 达到了增强学生们的学习兴趣的目的与效果。 的专业课，但由于该课程具有变化快、概念抽象、 多媒体教学是现代教学过程中一种非常重要 理论深、应用性强等特点，如何帮助学生克服这些 的形式，它可根据教学目的和学生们的特点，通过 困难，达到提高课程的教学质量，提高学生的学习 合理的设计与布局使得教学内容生动、清晰且直 效果，就是摆在我们教学工作者面前的一个重要 观，并能对应用公式、图形、文字、视频等多种媒体 课题。 信息进行有机的组合并通过电脑和投影机显示出 来，与传统教学手段相结合，可形成合理的教学过 参考文献： 程结构，达到最优化的教学效果。人工智能这门 ［１］蔡自兴，徐光佑．人工智能及其应用［Ｍ］．北京：清华 课具有针对性强、内容抽象、公式繁琐等特点，学 大学出版社，２００３． 生学习起来比较困难，为了让学生生动、形象地学 ［２］ 徐新黎，王万良，杨旭华．“人工智能导论”课程的教 习该课程，在教学过程中采用了传统黑板讲解与 学与实践改革探索［Ｊ］．计算机教育，２００９（２０）：１２９ —现代多媒体使用相结合的教学方式。即教学中对 １３２． 于概念、方法、原理等内容充分利用多媒体技术来 ［３］ 高志峰，林金星，朱松豪．对《人工智能》专业选修课 教学的几点体会［Ｊ］．高校论坛，２０１３（９）：８—９． 组织教学，并采取多媒体的方式给予介绍，而对于 ［４］杨利英．人工智能导论课程的兴趣教学法［Ｊ］．计算 一些推导以及有因果关系的问题的讲解采取黑板 机教育，２０１１（１２）：５５—５８． 式传授，这有利于学生的接受和理解。 １｛三、结语 《人工智能》课程是计算机等学科的一门重要 （上接第２５页） ２０１２（９）：１６３—１６４． 四、总 结 吴亮，马宏兴．交通信息的背景提取技术分析［Ｊ］． 通过对物联网智能实践模型的构架，实现了 西安科技大学学报，２０１０（１）：８２—９１． 一种物联网工程专业的整体实践平台，在此平台 宋小倩，周东升．基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台的应用开发研究 上，可实现物联网工程专业软件设计、硬件构架以 ［Ｊ］．软件导刊，２０１１，１０（２）：１０４—１０６． 及异构数据处理的实践练习。该模型利用高校原 王立刚，牟海维，刘世，等．嵌人式室内智能温度控 制器的研究与设计［Ｊ］．东北林业大学学报，２００９ 本孤立的实验和实训室资源，加上物联网新技术， （６）：４６—６５． 为基于工作过程化项目教学和建设物联网综合实 宁殿艳，张仲礼，王继矿．基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内 训室提出了一种具体可行的方案。 核矿井直流电法仪的研制［Ｊ］．西安科技大学学报， 参考文献： ２０１１（１）：１１０—１ｌ２． 朱彩霞，王红霞，马富琴．几种常用城市供热方式的 ［１］王洋．基于ＸＭＬ／ＳＯＡＰ的煤矿企业异构信息源集 技术经济分析［Ｊ］．河南科技大学学报，２００５，２６（４）： 成的研究［Ｊ］．煤炭技术，２０１２，３１（８）：１６０—１６１． ７２—７３． ［２］ 张勇强，肖 军，付秋峰．基于ＡＲＭ的供热计量和智 ［９］李波．分户供暖计量系统的设计及实现［Ｊ］．辽东 能温控的应用研究［Ｊ］．工业仪表与自动化装置， 学院学报：自然科学版，２０１０，１７（１）：６３—６５． ２０１０（１）：５５—５６． ［１０］刘文琦，杨建华，林艳．集中供热网智能控制方法 ［３］ 杨林楠，郜鲁涛，林尔升．基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统手机的 研究［Ｊ］．大连理工大学学报，２００４，４４（３）：４６４ 甜玉米病虫害智能诊断系统［Ｊ］．农业工程学报， —４６６ １Ｊ
