物联网(Internet of Things)被称为继计算机、互联网之后世界信息产业第三次浪潮,它并非一个全新的技术领域,而是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升,是随着传感网、通信网、互联网的成熟与积淀,人类生产、生活方式的变化应运而生的。
目前,对物联网的通用定义是:通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
从物联网的定义中可以看出:“物联网就是物物相连的互联网”,这有两层意思: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,物联网的核心是解决信息世界与物理世界的互联互通,并藉此给人类的生活、生产方式带来更加智能与便捷的变化。
在国内,政府对物联网产业投以极大的产业关注及支持,因此产业发展迅速,已经逐渐从未来愿景走向现实应用。物联网运用领域非常广泛,包括智能家居、智能农业、智能交通、智能工业现场、智能环境保护、医疗健康、公共安全、智能消防、工业监测、助老助残等等。
从 2005 年物联网概念的提出,到 2008 年国家制定“感知中国”物联网战略,在中国物联网得到蓬勃发展,下面是 2005-2017 年间物联网大事件及国内政策汇总:
时间 | 部门 | 政策及主要内容 |
2005年11月 | 国际电信联盟 | 《ITU 互联网报告2005:物联网》,引用了“物联网” 的概念 |
2006年2月 | 国务院 | 《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》,着重针对物联网感知层中的传感网进行战略部署。 |
2008年12月 | 工信部 | “新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项 2009 年课题申报指南,确定物联网重点研究领域。 |
2009年4月 | 国务院 | 温总理提出“感知中国”,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入“政府工作报告”,在中国受到了全社会极大的关注 |
2010年10月 | 国务院 | 《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中,物联网作为新一代信息技术里面的重要一项被列为其中,成为国家首批加快培育的七个战略性新兴产业。 |
2011年12月 | 工信部 | 《物联网“十二五”发展规划》,明确表示重点支持智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居等九个重点领域发展。 |
2012年5月 | 发改委 | 国家发展和改革委员会发布了《关于组织实施 2012 年物联网技术研发及产业化专项的通知》。 |
2013年9月 | 国务院 | 《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》,明确物联网发展目标和发展思路,推出十个物联网发展专项行动计划落实具体任务。 |
2013年9月 | 四部委 | 《物联网发展专项行动计划(2013-2015)》(国家发展改革委、工业和信息化部、科技部、教育部、国家标准委),计划包含了10个专项行动计划,从各自角度对 2015 年物联网行业将要达到的总体目标作出了规定。 |
2013年10月 | 发改委 | 发改委组织开展2014-2016年国家物联网重大应用示范工程区域试点。 |
2014年6月 | 工信部 | 《工业和信息化部 2014 年物联网工作要点》,为物联网发展提供指引。 |
2014年8月 | 八部委 | 《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,强调物联网在智慧城市发展中的重要作用。 |
2015年3月 | 国务院 | 《2015 年政府工作报告》阐明了物联网对于经济发展的价值,指出“互联网+”战略离不开物联网的健康快速发展。 |
2016年7月 | 国务院 | “十三五”规划将全面落地,助力物联网行业加速发展。物联网智能化已经不再局限于小型设备阶段,而是进入到完整的智能工业化领域。一同发展的还有起到支撑作用的大数据、云计算、虚拟现实等多方位技术也一同助力支撑着整个大生态环境物联网化的变革。 |
2017年1月 | 工信部 | 明确了物联网产业“十三五”的发展目标:完善技术创新体系,构建完善标准体系,推动物联网规模应用,完善公共服务体系,提升安全保障能力等具体任务。 |
2017年6月 | 工信部 | 下发《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展》 的通知。通知中提到,全面推进广覆盖、大连接、低功耗移动物联网(NB-IoT)建设 |
物联网是一个综合性学科,融合了微电子、电子信息、计算机、软件、通信等各个学科的知识点,同时还具有众多本学科的专有知识点,我们以物联网的技术体系结构为线索,对物联网的教学知识点进行了梳理。对于物联网专业而言,需要尽量完成以下知识点的大部分内容的普及教学。学生则可根据自己的兴趣、职业规划,选择其中的一两个知识体系进行深入学习掌握,对其它的知识点需要有较为详细的了解,如此一来,在以后的就业中就不存在问题。
物联网从技术上划分,包含感知层、网络层、平台层和应用层,具体知识体系如下:
技术层面 | 知识体系 | 知识点 |
应用层 | 物联网应用 | 智能家居应用开发 智慧城市应用开发 智慧农业应用开发 智能交通应用开发 智慧工厂应用开发 智慧医疗应用开发 智慧社区应用开发 智慧养老应用开发 智能制造应用开发 智能产品应用开发 |
物联网系统维护 | 物联网应用系统基本知识 物联网常用设备及部件使用 物联网系统故障定位 | |
移动互联网技术 | 移动设备硬件开发 Android 嵌入式编程 移动互联网 APP 开发 Web应用开发 HTML5 JavaScript Web App | |
平台层 | 物联网云服务 | 物联网中间件 数据中心技术 虚拟化技术 物联网大数据技术 MQTT 服务器技术 物联网云计算应用开发 |
数据库技术 | 大数据技术 数据库编程 数据库安全 物联网数据服务 MQTT 物联网数据协议 | |
物联网信息安全 | 无线传感网通信加密技术 网关加密及验证技术 数据库信息安全 | |
网络层 | 智能网关 | Linux 操作系统 Linux 网络 M2M MQTT TCP/UDP 网关服务 |
网络技术 | 局域网技术 工业以太网技术 网络服务器 网络编程 | |
ZigBee 技术 | ZigBee2007 协议栈 ZigBee SOC 开发 CC2530 应用开发 基于 ZigBee的无线传感网设计 | |
蓝牙 BLE 技术 | 蓝牙 4.0 BLE 协议栈 蓝牙节点设计蓝牙组网设计 蓝牙 SOC 编程开发 | |
Wi-Fi 技术 | Wi-Fi 协议栈 Wi-Fi 节点设计 Wi-Fi嵌入式编程 Wi-Fi 通信协议设计 Wi-Fi 组网设计 | |
NB-IOT 技术 | NB-IOT 协议 NB-IOT 节点设计 Contiki 系统应用开发 AT 指令 NBIOT 应用设计 | |
感知层 | 微处理器技术 | 51 处理器开发 STM32 处理器开发 单片机及接口技术 传感器微操作系统 电源管理技术 |
感知执行 | 常用传感器原理 传感器数据采集及处理 电机驱动控制 开关类设备驱动控制 常见控制器技术 | |
RFID技术 | RFID 原理 RFID 频段及 ISO 指令集 RFID 标签技术 一维码技术 二维码技术 |
物联网是一个新的巨型产业,物联网专业属于信息类工学学科,是一个新的复合型的专业方向。根据大学生人才素质的分析,学生能力成纺锤型布局,中等能力的人才占据多数,这恰恰也是物联网企业人才需求的分布。在整个物联网的人才培养的方案设计上,应该根据人才的需求做好课程体系设计,并根据人才分布选择专业方向。
根据企业用人需求,对人才的要求分布如下:
岗位分类 | 就业比例 | 岗位要求 | 就业规划 |
信 息 学 科 基本素质培养 | 5% | 学习通识课程、工科基础、大学生素质培养课程,掌握信息类基本技能、文档写作、表达能力、团队协作、纪律修养 | 信息学科类市场、销售、文案、招投标、助理等初级工作 |
物 联 网 初 级工程师培养 | 25% | 学习物联网核心课程,具备初级的开发能力。 掌握嵌入式、传感、网络等技能,对物联网整体知识架构有全局的认知和理解 | 物联网行业方向的项目实施、系统集成、项目运维、需求分析、售前售后、技术营销、物联网初级开发等专业型工作 |
物 联 网 嵌 入式/智能产品开发 | 25% | 学习嵌入式 / 感控 / 网络专业课程,具备系统嵌入式软硬件开发,智能产品开发,物联网网络开发,系统集成及设备选型,运维和调试能力 | 物联网/嵌入式行业方向的嵌入式软件开发、智能产品开发、智能传感器、嵌入式硬件设计、项目主管、技术支持等专业型工作 |
物 联 网 软 件开发 / UI 设计 / 测试 | 30% | 学习物联网应用开发/软件测试专业课程,具备程序编程能力和软件开发能力。掌握 android、 html5、 ui 等应 | 物联网/移动互联网行业方向的UI 设计、 android 应用开发、webhtml5 前端应用开发、软件测试 |
物 联 网 高 级开发工程师 | 10% | 具备物联网软硬件核心技能,掌握整理系统架构。具备数据库,网络,后台设计等开发能力 | 物联网高级开发、架构师…… |
类别 | 课程 | 内容 |
感知实验室 | 《单片机与嵌入式》 《传感器应用技术》 《物联网识别技术》 《传感器微操作系统》 |
满足单片机、嵌入式、传感器、射频识别等物联网感知层技术的知识点教学 |
网络实验室 | 《物联网无线通信技术》 《无线传感网协议》 |
满足ZigBee、BLE、Wi-Fi、NB-IOT、LTE等物联网传感网技术的知识点教学 |
《Linux 操作系统》 《物联网智能网关》 |
满足嵌入式Linux、智能网关、 M2M技术等物联网网关层技术的知识点教学 | |
应用实验室 | 《Android 应用技术》《Web 应用技术》 | 满足Android应用开发、Web应用开发等物联网应用层技术的知识点教学 |
综合实验室 | 《物联网中间件》 《物联网综合实训》 |
满足物联网中间件、综合设计、课设、实训等知识点的教学 |
该系统是一个综合性的数据采集和控制系统,此系统在运作过程中主要了解工业个设备的工作状态,在系统出现故障时能及时报警并关闭个设备。定时播报紧急按钮,电磁阀,报警灯,接近开关的工作状态。当检测到紧急按钮按下发出报警信息时,报警灯响起,电磁阀关闭,接近开关关闭。
该系统是一个综合性的数据采集及控制系统,此系统在运作过程中通过 RFID阅读器读取射频卡的 ID号,通过识别 ID 可以确定卡号是否合法及开关门,门禁开关同样可以控制开关门,IP 摄像头进门拍照。记录射频卡打卡信息;合法用户刷卡开门,非法用户刷卡不能开门,按键开门,入门照相。
该系统是一个综合性的数据采集和控制系统,此系统在运作过程中共采集土壤水分、土壤温度两个物理信息,操作反馈设备为:水泵。实时监控土壤温度和水分,发布土壤温度水分曲线。土壤水分超过设定的水分下限,自动开启水泵进行灌溉,达到水分上限,关闭水泵。能够提供拓展的微信公众账号的功能,查看土壤温度水分数据并对其进行有效的管控。
该系统是一个综合性的数据采集及控制系统,此系统在运作过程中通过 RFID阅读器读取射频卡的 ID号,通过识别 ID 可以确定卡号是否合法及开启栏杆(电子锁模拟栏杆),开关(门禁开关)同样可以控制开关栏杆。记录射频卡打卡信息,充值和扣费功能;合法用户刷卡开起栏杆,非法用户刷卡不能开启栏杆,按键开启栏杆。
本次任务的主要目的是开发出一个操作简单,界面简洁,灵活应用,安全可靠的超市智能收银系统。该系统的开发以收银员和库存管理员为对象,能够提高超市对超市商品以及收银的管理效率,减轻超市工作人员对超市商品和收银的管理负担,提高超市对超市商品的规范化管理。系统分为两个部分:后台管理登录,对商品信息管理,会员信息管理,折扣信息;收银员登录,通过扫码器从数据库提取信息,结算商品总价、折后价格和会员价。
图书管理系统包含两部分,第一部分属于C#开发的可视化界面:系统登陆,图书管理,读者档案管理,借阅管理等功能项。第二部分属于数据库操作:数据库的增删改查,数据的查找比对,数据库备份和还原。
系统包含系统设置和信息发布两大模块,其中系统设置包含:学校设置、院系设置、班级设置、教室设置、用户设置、角色设置、权限设置、菜单设置、课程管理、课表导入等功能;可为用户自定义权限访问平台指定功能, 课表根据平台提供模版进行导入;
课表在相应时间段内可显示在移动设备上;
信息发布包含:通知公告、已审批公告、待审批公告等功能;
已审批通知在相应时间段内可显示在移动端设备上。
物联网智能家居工程实训系统采用铝合金型材及非标网孔,分区域设计,嵌入式ARM中央控制器,包含温湿度、光照强度、可燃气体监测、人体红外监测等各类数据采集,执行单元功能模块包含市面常见的空调、窗帘、影音、灯光等工业级设备,实时能源监测,远程监控,支持433M、ZigBee、WiFi、BLE蓝牙、2.4G等多种无线通信协议,支持红外设备、射频设备,包含语音识别、语音控制等智能设备,配套样例源码,节点布线图、硬件原理图及各类实训指导。
智能控制终端:21寸Android一体机,用于显示、控制智能节点及智能设备,支持HTTP、TCP/IP协议,配套工程源码及实训指导。
1、外观尺寸不小于300*300*80mm。
2、交通环境监测系统:在沙盘模型上,安装的光照传感器、温湿度传感器和分贝传感器能实时检测环境的光照度、温湿度及噪声强度等信息。
3、智能公交系统:当模拟公交车的小车进入公交站台时,系统会自动实现语音报站,同时,公交站台的显示屏上也会显示公交到站信息;当模拟公交车的小车到达红绿灯的位置时,如果信号灯是红灯时,小车会自动停止,当信号灯变绿,小车会再次启动;同时,沙盘模型上的摄像头能对小车实现抓拍。
4、智能停车场系统:主要实现停车位的占用情况,当模型车及将进入停车场道闸时,道闸会开启,当小车离开道闸后,在一定的时间内,道闸会自动关闭;当小车到达相应的停车位时,在每个车位上安装光敏传感器,当模型小车停靠到车位上或车位上的车辆离开车位时,传感器都能感知到。传感器节点将车位占用信息上传到汇聚网关。通过这些信息的收集,管理平台可以得知模型车位的占用情况,停车位的占用信息会发生相应的变;当模型车及将出停车场道闸时,道闸会开启,当小车离开道闸后,在一定的时间内,道闸会自动关闭;同时,系统会自动记录小车出入停车场的信息。
5、ETC系统:当模型车及将进入ETC道闸时,道闸会开启,当小车离开道闸后,在一定的时间内,道闸会自动关闭;当模型车及将出ETC道闸时,道闸会开启,当小车离开道闸后,在一定的时间内,道闸会自动关闭;同时,系统会自动记录小车出入停车场的信息。
6、智能控制终端:21寸Android一体机,用于显示、控制智能节点及智能设备,支持HTTP、TCP/IP协议,配套工程源码及实训指导。
1、外观尺寸不小于300*300*80mm。
2、大棚监控点:实时通过无线通信技术将现场的温度、湿度、光照、土壤温度、土壤湿度、CO2浓度等环境参数采集,实现无人看守自动,智能控制灯光、灌溉、换气扇、报警灯、加热、加湿、窗帘等功能。
3、智能控制终端:21寸Android一体机,用于显示、控制智能节点及智能设备,支持HTTP、TCP/IP协议,配套工程源码及实训指导。通过Android移动终端或PC桌面应用访问数据中心采集现场实时数据,或通过数据采集终端控制窗帘、灯光等执行器。
4、智能网关采用ARM Cortex-M4处理器,支持RS232和RS485通信方式,支持TCP/IP和http网络通信;
5、无线通信系统可同时涵盖RF433M(SI4432)、ZigBee (CC2530)、Wi-Fi(ESP8266)多种无线通信方式,支持Bluetooth(CC2540)、LoRa(SX1278)、RF2.4G(NRF24L01)等通用无线通信技术,并支持混合自组网技术;
6、智能硬件:温湿度传感器、烟雾传感器、光照传感器、CO2浓度传感器、卷帘机、鼓风机、水泵、灯光控制器。
7、提供Android5.1源码、控制APP源码、控制台原理图、节点程序及原理图、节点无线通信协议。
多网关管理:平台实现不同类型不同数量的网关及其下传感器数据的接收与控制。
提供相关SDK:平台提供学生练习使用的SDK、帮助文档、以及Demo的下载。
支持多传感器的规则与动作: 平台支持传感器规则定义,根据用户定义的一个或多个条件,后台实时监控,在其满足的情况下,对相应传感器进行控制。
传感器历史数据分析: 对平台中所有网关的传感器数据进行收集,并绘制成曲线和柱状图,使用户更加直观的观察数据,从而进行分析。
简化数据管理:对于服务层的传感器数据较多,以及用户数据较多的情况,云端支持一键同步功能,只要确保在服务层连接外网的情况下,可将数据同步到云端;对于网关、传感器设备,只要确定在服务层连接外网的情况下,服务层发生改变自动同步到云端,不需要再次添加。
丰富的数据分析:提供丰富的数据统计与分析结果展示,帮助学校从整体上把握设备的使用情况。
跨平台:基于Web架构你所需的仅仅是网页浏览器或者移动终端,无需纠结使用哪款操作系统,任何可以上网的PC、智能手机、平板电脑等设备都可以随时随地的访问云平台
平台采用完全图形化界面组态显示和逻辑联动方式,同时辅以脚本编程,让实验直观、趣味而又具有强大的可操作性。实训软件平台服务器端,具备所有实训硬件对应的虚拟设备供使用者选用,虚拟设备图形和实际硬件对应,所见即所得。使用者可通过编辑器进行编辑搭建应用项目,和硬件同步完成典型的物联网功能。实训软件平台,完全实现图形化编辑,可满足学生快速自助完成物联网实训课程。同时预留可编程的编辑接口,用户可自行添加新的功能模块。编辑平台具备基本的数据可视化控件:曲线、饼图、虚拟仪表等功能。同时所有控件属性需能编辑:如颜色、变量选取、形状、数量等。
实训软件平台包含常用的通信方式:COM、TCP、433等。
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