物联网工程实训室
建设方案
一、物联网工程实训室建设背景
物联网，顾名思义，就是物物相连的互联网。这包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网是指运用传感器、射频识别（RFID）、智能嵌入式等技术，使信息传感设备实时感知任何需要的信息，按照约定的协议，通过可能的网络（如基于WiFi的无线局域网、2G/3G等）接入方式，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、控制和管理。
从“智慧地球”到“感知中国”；从新的经济增长点到政府支持鼓励的一系列措施；从国家中长期科学与技术发展规划到各高校、科研院所的研究，都可看出物联网在在当今科学技术领域的重要地位。2009年8月，温家宝总理视察无锡物联网产业研究院，并做出重要指示：物联网技术是未来科技的制高点，是我国新兴战略型产业未来发展的方向之一！中国物联网产业的总体规模，预计到2015年将超过1万亿、2020年将超过5万亿。毫无疑问，国家对物联网的产业发展是大力支持的，而且在未来的四年中将有2000多所高校建成物联网实训室，为国家培养这方面的实用型人才。物联网并非新技术，而是将现有的传感技术，计算机网络技术，通信技术以及自动控制技术等各种技术的高度融合。因此，如何利用已有设备，构建符合产业需求的实验环境将是物联网实训室建设的关键。
二、物联网工程实训室建设方案
1. 实训室建设核心理念
在可预见的未来，物联网必将引领信息产业革命的又一次浪潮。作为培养市场需求人才的各类高等院校，中等职业教育院校及培训机构，开设物联网相关专业及课程，或者在现有专业中引入物联网技术方向，建设物联网相关实训室，成为当务之急。教育部也发文明确支持各个学校建设物联网相关专业及实训室。

图1：教育部文件
物联网实训室在教育中的地位无容置疑，但目前各个学校实训室的发展存在着偏重单项技能和素质的培养，没能从整体上把握整个物联网的框架结构，实验课程实用性不强等问题。
针对以上问题，以“把握发展趋势，提高应用能力”为目标，提出物联网工程实训室解决方案，其意义在于：
l 提高教学科研水平
l 提高学生应用能力
l 促进学生就业
l 提升学校竞争力
物联网工程实训室建设和发展的三个核心理念如下：

图2：物联网工程实训室核心理念
2. 实训室建设目标
一直致力于物联网和工业无线应用解决方案，凭借其扎实技术基础、雄厚的研发能力和丰富的行业应用经验，面向教育客户推出物联网工程实训室解决方案。方案遵循可靠性、先进性、开放性和可扩展性原则，总体设计符合教学和科研要求。
其目标是建设集教学、实验、创新、体验和研发功能于一体的物联网工程信息实验平台。
的物联网工程实训室具备以下功能：
Ø  对基本教学实验的支持
通过物联网基础课程和专业课程实验，加深学生对物联网技术基础理论知识的了解；加深学生对物联网技术在不同行业的应用的理解。
Ø  对综合应用型实训的支持
紧密结合物联网产业技术的发展，规划和建设若干个具有行业应用背景的物联网场景和实验项目，激发学生兴趣，培养其物联网工程技术设计、应用和管理的综合能力（电子大赛、物联网竞赛、毕业课题设计等）。
Ø  对学校科研项目的开放性平台支持
物联网融合了多种技术，由于多学科的交叉融合和影响，使得新的技术创新成为可能。物联网工程实训室将构建射频识别，无线传感网，通信网络，中间件技术及嵌入式技术等多种技术的平台，为学校科研人员提供一个开放的环境平台支撑，并为开展具体的行业应用及交叉学科的教学研究提供技术支持。

图3：实训室四大功能
3. 物联网工程实训室人才培养及课程教学（3年制）
3.1 人才培养目标
物联网是计算机科学与技术、网络工程、电子技术、信息工程、通信工程及其它边缘科学交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新型应用型学科。专业立足于计算机专业类知识培养体系，注重学生基础知识掌握、综合素质的提高和应用创新能力培养。以物联网技术为基础，研究从感知层（包括传感器、射频识别、核心控制等）到网络层（包括传感网络、通信系统、计算机网络等）再到以面向产业和行业应用的应用层相关的理论和工程应用问题，重点突出实践能力和应用创新能力的培养。注重培养能适应物联网工程所涉及的多学科发展需求的新型创新人才，为我国以物联网和传感网为代表的下一代信息技术新兴产业发展输送急需的开发、管理、生产等人才。
本实训室培养对象是适应社会主义现代化建设需要，具有良好政治思想素质和职业道德，具有与本专业相适应的科学文化水平和身体心理素质，具有计算机软硬件、传感器控制器及无线接入的基本知识，掌握主流物联网应用系统的基本知识，掌握物联网产品生产、采购、销售、物联网系统安装、调试、验收、维护、维修、管理与技术服务等岗位专业技能；培养具备较强的社会适应能力、社会交往能力和可持续发展能力的产品生产技术员，品质检验员，技术支持技术服务营销员，产品安装调试员，设计施工员、系统维护员。
3.2 业务范围
培养的人才主要面向物联网企业从事物联网产品生产、采购、销售、物联网应用系统安装、调试、验收、维护和维修工作。还可以在其他各企事业单位从事物联办公自动化应用、物联网应用程序的使用及相关软硬件维护工作。
3.3 能力结构与要求
本实训室培养的人才必须具备以下专业能力及专业技能：
（一）专业能力：
u  具有熟练的计算机操作技能，能够进行网络操作系统和常用软件的安装与使用；
u  熟练使用至少一种流行的程序设计语言，了解面向过程和面向对象的思想，能阅读、编写、调试代码；
u  能够根据详细设计的说明书进行物联网集成产品、半集成产品的安装、调试，能解决系统搭建、调试、维护、维修中遇到的技术问题；
u  能够进行物联网产品的生产、销售工作；
u  能够进行物联网应用系统技术支持、技术服务工作；
u  能够进行物联网应用系统的维护工作；
u  掌握数据库的基本知识，能够进行数据库的查询、简单维护；
u  具备良好的人际交往、团队合作能力和服务意识。
（二）专业技能：
u  具有熟练的计算机操作技能，熟悉计算机一般业务；
u  具备无线射频识别的基础知识，将标签及读写技术应用于物联网系统；
u  具备传感器的基本知识，能分析实际情况、实际需求为物联网应用系统选择合适的传感器产品并应用于物联网系统；
u  具备无线接入的基本知识，能分析实际情况、实际需求为物联网应用系统选择合适的无线接入方式并应用于物联网系统；
u  熟悉物联网应用系统的搭建流程，能够进行系统维护；
u  能从事物联网相关产品的销售和技术支持；
u  获得必要的专业技能证书，计算机信息技术（初级）、办公自动化、通用英语（初级）、网页制作等相关证书；
u  争取获得一定的的职业资格证书，包括劳动部或信息产业部职业技能鉴定中心认证证书，如：数据库管理员（中级）、程序员（初级）等。
3.4 课程设置及教学要求
（一）公共基础课：
一般可开设的公共基础课如下（以学校实际教学为准）：
1、德育
2、语文
3、数学
4、英语
5、体育
6、信息技术基础
（二）专业必修课：
7．计算机组装维护及网络搭建
本课程旨在让学生熟悉计算机的硬件、结构，掌握具体的装机操作，及了解BIOS设置与硬盘格式化的方法、Windows操作系统及常用软件的安装方法，另外，掌握预防与查杀病毒、维护系统注册表，维护与保养计算机和处理计算机不常见故障的方法，学习了解计算机网络的组建及维护。通过本课程的学习，使学生具有过硬的组装计算机的能力，有系统设置、设置测试、网络组建、系统维护与维修及优化的能力。
8、电路设计基础
本课程旨在让学生在初中物理学习的基础上，继续增加高中阶段的物理基础知识，掌握必要的电路设计的基本理论、基本知识和基本分析计算方法，为学习后续课程及从事工作打下基础，初步具备电路设计的能力。
9、 模拟/数字电子和传感器技术基础
本课程分为三大模块：学习模拟电子技术主要以“讲透基本原理，打好电路基础，面向集成电路”为宗旨，避免复杂的数学推导，强调物理概念和晶体管器件模型的描述，加强场效应管的电路分析，充分重视集成电路的教学。学习数字电子技术主要是学习数字电路基本工作原理，学会阅读数字元器件数据手册，读懂数字电路图，目的是使学生具有分析与实践数字电路的能力。学习传感器技术基础主要以传感器的实际应用为目标，通过介绍大量的传感器在实际生产、生活以及科研中的应用实例，旨在让学生掌握现代新型传感技术及传感器的应用方法，具备根据传感器的工作原理、特性选择合适的传感器产品并能在实际中应用的能力。
10、 C语言程序设计
本课程让学生了解面向过程程序设计概念，熟练C编程环境，掌握C语言成分和控制结构，掌握数组的概念和操作，掌握过程(函数)的概念和操作，掌握指针的概念和操作，掌握文件的结构和操作方法。通过本课程的学习，使学生具有编写C简单代码、阅读C代码的能力。
11、 物联网产业与技术导论
本课程在学完电路设计基础、模拟/数字电子和传感器技术基础、程序设计等课程后开设，旨在让学生了解物联网之RFID、M2M、传感器、无线接入等技术与应用，了解物联网在各大热门领域中的应用，对物联网有全面的认识。
12、 单片机技术基础
本课程系统介绍单片机技术的基本概念、理论基础、技术方法和应用实例，旨在让学生了解单片机的发展概况、数制及编码技术；掌握MCS．51系列单片机的硬件结构、软件编程环境和MCS．51系列单片机的指令系统及内部资源；了解MCS．51单片机的扩展技术；掌握单片机的A/D、D/A转换设计。
13、 射频识别RFID技术
本课程旨在让学生掌握射频识别RFID技术的基本概念、基本组成部分、特点、基本技术原理、相关标准规范以及其在众多领域的典型应用，让学生了解中国RFID的发展现状、发展特点和发展趋势。
14、短距离无线通讯和无线网络基础
本课程旨在让学生掌握短距离无线通讯基础和原理，掌握无线自组网技术、基本无线网络拓扑，掌握ZIGBEE无线技术和802.15.4无线标准，掌握无线组网技术和掌握网络安全和机密技术。
15、物联网产品营销
本课程采用项目教学，任务引领，培养物联网产品销售与技术支持岗位所需要的专业基础知识和专业技能，具有销售岗位初步的工作经验，懂得企业物联网产品销售过程和流程。具有一定的网络管理操作技能，培养学生具有诚实、守信、善于沟通和合作的品质，为学生职业能力的发展奠定基础。
（三）专业选修课：
16、网页设计与制作
17、制图软件(Visio)
18、平面动画设计与制作(flash)
16、JAVA程序设计
17、科技情报检索
18、数据库技术及应用
（四）综合实训课：
19、小型物联网综合设计与应用
本课程在学完传感器技术、ARM微控制器、射频识别RFID技术、无线接入技术等课程后开设，旨在让学生综合所学物联网相关知识用于设计小型物联网系统，并掌握物联网系统的调试、维护、维修技能，为后期岗位实习做准备。
20、 物联网应用之智能家居、智能酒店、智能楼宇
本课程使用案例项目教学法，通过介绍物联网在智能家居、智能酒店、智能楼宇领域的成功案例，旨在让学生将所学物联网相关知识综合应用于实际，培养学生设计方案解决实际问题的能力。
21、 物联网应用之智能物流
本课程使用案例项目教学法，通过介绍物联网在智能物流领域的成功案例，旨在让学生将所学物联网相关知识综合应用于实际，培养学生设计方案解决实际问题的能力。
22、岗位实习
安排在第六学期，用18周时间，到本地各企事业单位及物联网公司进行毕业实习，经过岗位培训后，从事中小型物联网应用系统的安装、调试、验收、维护和维修工作，具备独立上岗工作的能力。
4. 实训室建设技术分析
从横向分析，物联网的主体是物（包含了人，设备，器件以及电脑等各种终端），执行的动作是联（人与物，人与人，物与物建立联系），核心是网（网是沟通联系的桥梁）。

图4：物联网横向架构
从纵向分析，物联网由三个层次共同构建而成。它们分别是：感知层、网络层和应用层。通过WiFi设备服务器和WiFi中间件，使得前端的各种信息感知和管理控制终端能够随时随地的接入互联网络，实现真正的物联网综合应用。

图5：物联网纵向架构
5. 实训室建设方案综述
作为建设方，为北京一轻高级技术学校建设物联网实训室。实训室及其周边环境以物联网工程信息平台为核心构建融合有线IP网、宽带无线局域网、光载无线技术、无线传感网络、嵌入式设备以及系统软件和应用软件于一体的物联网无线WiFi及传感网络实验平台。实验内容覆盖计算机网络、无线局域网、光通信技术、射频识别技术、传感网络、嵌入式技术、软件开发等课程，可完成物联网工程信息平台及其相关的实验和工业自动化与信息化、物流管理、环境监控、智能家居等无线传感网络应用实验，还可以作为综合性实验、毕业设计的公共平台，更可以作为相关科研项目的原型研发平台。除了基本的教学与实训外，还将在物联网工程实训室中展示物联网相关产品和进行模拟应用演示。模拟应用演示能够直观展示各种物联网应用，使学生直观、直接体会传感网和物联网的应用场景，了解物联网应用的整个系统，以激发学生兴趣。
的物联网工程实训室依托物联网三个层次综合组建而成，其整体拓扑如下图所示：

图6：物联网工程实训室整体拓扑结构
传感层：由无线传感网、射频识别（RFID）器件、嵌入式设备等，共同组成前端信息采集和控制终端。
网络层：由物联网工程信息平台（包括光载无线交换机及其服务器、模拟光纤、远端射频单元、WiFi设备服务器）和其他网络设备共同组成基于TCP/IP协议的可接入互联网的物联网无线WiFi网络平台。
应用层：由后台数据中心、远程客户端（如电脑、智能手机、智能平板等）和装载在其中的各种应用程序共同组成，实现对前端信息和控制终端的管理。
通过对物联网三个层次知识的学习和实验操作，实现对物联网综合应用与管理能力的全面掌握。
根据北京一轻高级技术学校实训室环境需求，在大约10*12米的空间搭建物联网工程实训室环境。建成实训室将满足36至42人为一班的物联网基础技术教学实验及物联网常见应用实训、智能家居体验和实训教学需求。参考布局如下图：

图7、北京一轻高级技术学校实训室布局图
上图实训室采用物联网工程信息平台配以其他网络设备搭建一个物联网无线WiFi环境，该环境支持多系统平台的访问及开发,如WINDOWS平台、安卓平台等，扩展性强；预留外网接口，可实现远程访问实训室。
实训室分两部分，一是由15组实验台组成，此部分用于物联网基础技术教学及实验，各配置15套物联网相关实验箱，可满足2至3个学生一组做物联网基础技术方面的实验，如物联网体系结构实验、射频识别相关实验、无线传感网相关实验等；二是由1个智能中控主机和8组智能家居实训台组成，可满足4至6个学生一组做物联网智能家居方面的体验和实训。智能家居实训套件图如下：

图8、智能家居实训台
除了教学实训设备外，实训室还添加了常用的几个物联网应用套件，如在门口处安装基于RFID技术的物联网人员物资管理系统、室内物联网数字安防系统、室内物联网环境监测系统等。这些系统均由相关的应用套件配以软件程序组建而成,系统数据可在整个网络内分享。在学习和掌握了基本的物联网技术后，可根据实训室内部所拥有的应用套件，进行物联网的综合应用系统实训，真正达到全面掌握。