智能家居物聯網試驗室建設方案

1概述

3G是目前社會最流行日勺無線傳播方式，可以實現隨時隨地上互聯網，打，接，

發短信等多種無線通信等功能，尤其是google企業開發的android操作系統，號稱給將每

個人的口袋裝進互聯網。

物聯網是通過信息傳感設備，按約定的協議實現人與人、人與物、物與物全面互聯“勺網

絡，其重要特性是通過射頻識別、傳感器等方式獲取物理世界的多種信息，結合互聯網、移

動通信網等網絡進行信息的傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高

對物質世界日勺感知能力，實現智能化的決策和控制。

物聯網技術和產業的發展將引起新一輪信息技術革命和產業革命，是信息產業領域未來

競爭的制高點和產業升級的關鍵驅動力。物聯網概念是龐大和豐富的，其中涵蓋了大量既有

的專業門類和技術體系，而在其系統集成和應用端，可以說物聯網技術將可以應用于工業、

農業、服務業、環境保護、軍事、交通、家居等幾乎所有的領域。

無線傳感網絡正是適應于這樣背景下的全新網絡技術。無線傳感器網絡(Wireless

SensorNetworks,WSN)是目前國際上備受關注的、波及多學科高度交叉、知識高度集成R勺

前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器、RF11)技術、嵌入式計算、現代網絡及無線通信和分

布式信息處理等技術，可以通過各類集成化日勺微型傳感器協同完畢對多種環境或監測對象日勺

信息的實時監控、感知和采集，這些信息通過無線方式被發送，并以自組織多跳的網絡方式

傳送到顧客終端，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會這三元世界的連通。

2學校建設目的

(1)建立完整的真實的智能家居無線傳感試驗室

整個試驗室完整建設好之后是一種真實的智能家居試驗室環境：一種屋子里面有空調，

電視，音樂播放，電風扇，，遙控器，紅外轉換器，攝像頭，電源，電磁閥，加濕器，

聲光報警，智能電燈，可控窗簾等。就是一種家居環境能用時上的生活設備我們會滿足。我

們將不再以試驗平臺作為模擬的樣式，這個太老套，我們建設小J是一種真實的試驗室環境。

我們可以通過幾種方式去控制這個家用設備，首先我們的試驗室日勺智能家居設備是通過

多種傳感器互相無線通信控制，這個控制這些傳感器有兩種方式：第一：電腦連接網絡控制，

有專門11勺一?種控制軟件；第二，無線控制，就是我們的3G網絡隨時隨地無論在哪都可以

控制。

整個試驗室將分為學生真實智能家居試驗實訓試驗室和3G移動控制兩部分。建成后試

驗室不僅可以提供應40位學生同步進行無線傳感網絡的實訓訓練,還可根據行業應用需求，

搭建起數個應用模型，用于教師科研和學生創新設計，如：可以運用試驗室WSN節點在校園

內搭建一種環境監測系統，物流管理系統對校園內有關環境和倉庫參數進行監測，監測成果

可以通過試驗室LED大屏實時公布，同步也可通WEBserver進行公布和遠程登錄及控制。

(2)建立完整的智能家居物聯網節點的基礎架構

物聯網節點由傳感器模塊、路由協議管理模塊、系統控制模塊、無線收發模塊和能量控

制模塊五部分構成，每個傳感器節點兼顧老式網絡節點終端和路由器雙重功能，除了進行當

地信息搜集和數據處理外，還要對其他節點轉發來的數據進行存儲、管理和融合等處理，同

步與其他節點協作完畢某些特定任務。為了可以實現最為穩定的節點互聯，信息互通，我將

采用android+Linux智能家庭網關操作系統，并把該操作系統移植到目前很新的IS0C芯片

(CC2530)±,在節點上實現完整於JMAC協議以及路由協議，并可以根據應用場所的不一樣

根據實際的I需要替代為不一樣日勺路由協議。主題軟件架構框架如下：

HNY0S應用軟件層”

按照規則收集、存儲所需傳感器的數據，通過協議進行信息發送。'

TINY0S組件層。

路由協議。CPU外設組件。各種傳感器組件。

硬件層?

RF射頻模塊"CPU及其夕卜設/傳感器“

組合?

可選硬件庫P

射頻(NRF…)?CC2530,MSP430,ARM-環保醫療工業用傳感器，

叵］

圖1節點架構示意圖

(3)無線傳感器網絡數據查詢理論

<5）建立基于無線傳感網的物聯網智能家居的數據融和系統模型

物聯網是所有感知網絡IJ勺融和，因此無線傳感網怎洋與互聯網（或主干網）的數據融

和是行業應用中一種需要處理H勺非常重要問題。傳感網的數據融和絕不僅僅是對采集來的數

據進行簡樸的數據轉發，而是包括了一系列口勺子網序列管理、登錄、認證、網絡連接、數據

加密、發送等一系列復雜的過程。目前如華為、中國電信、移動，聯通共同提出了3G通信

概念，并提出對應的協議規范。這次日勺無線傳感網實訓室我們將基于3G協議搭建起有關系

統模型，真正地建立起一種3G終端控制智能家居環境的試驗室。

3建設意義

1）對于教學的意義

物聯網技術面向現代信息處理技術，培養從事物聯網領域的系統設計、系統分析與科技

開發及研究方面的高等工程技術人才。可以培養學生合理口勺知識構造、具有扎實H勺電子技術、

現代傳感器和無線網絡技術、物聯網有關高頻和微波技術，有線和無線網絡通信理論、信息

處理、計算機技術、系統工程等基礎理論，掌握物聯網系統的傳感層，傳播層與應用層關鍵

設計等專門知識和技能，并且具有在本專業領域跟蹤新理論、新知識、新技術的能力以及較

強的創新實踐能力。

物聯網具有如下兒人知識模塊，可以把如下的知識模塊融入到對應的課程體系中去。

1、單片機和嵌入式知識模塊

知識點包括：從最基礎的8051單片機到ARM嵌入式技術，由淺入深，知識點包括：

微機原理，接口技術，微控制器體系和原理，實時操作系統，C語言編程技術等等

2、無線片上系統（SoC）知識模塊

知識點包括：無線單片機通訊接11設計，無線有線收發器原理和構造，通訊原理和構造,

嵌入式軟件基礎等；

3、無線通訊和無線網絡知識模塊

知識點包括：短距離無線數據通訊基礎和原理，無線自組網技術，基本無線網絡拓撲，

ZIGBEE無線技術和802.15,.4無線原則，高級的ZIGBEE技術，以及先進H勺3G互聯網

通信技術。網絡安全和加需技術，C語言和無線網絡算法高級技術原理；

4、高頻微波知識模塊

知識點包括：高頻微波技術基礎，調制和解調技術，天線原理和設計，阻抗匹配和反射,

高頻儀器使用，微波放大器設計，無線單片機高頻測試和調試措施和原理等：

5、RFID知識模塊

知識點包括：電磁技術基礎，RFID標簽防沖突算法，EPCIS0-180006c通訊

協議和原理；大功率RFID讀卡器原理和設計，RFID和物聯網數據庫構造和原理等：

6、物聯網傳播層知識模塊

知識點包括：物聯網網關原理和構造，GSM/GPRS技術原理，3G技術原理和構造，

M2M數據傳播和遠程通訊，嵌入式和高級實時操作系統在物聯網網關設計技術等：

7、高級無線網絡知識模塊

知識點包括:微功耗802.11原則WIFI傳感器網絡原理和構造，內置多ARM和WI-FI

收發器的無線單片機，藍牙技術和低功耗藍牙無線技術原理；Wi-Fi/藍牙，ZIGBEEPRO無

線通訊協議棧原理和設計;

詳細的實訓設置安排可以如下:

1、無線傳感器網絡基礎知識部分：

（1）、無線傳感器網絡專業系統構成試驗（大型真實智能家居系統）50個基礎試

驗，可選20個試驗左右安排20個課時。

（2）、無線射頻通信試驗8個，可安排8-16課時。

（3）無線傳感器網絡組網試驗，6個試驗，可安排6-12課時。

（4）3G無線互聯網通信試驗，10個試驗，可安排20課時。

2、3G通信協議實訓：根據3G協議安排6個以上實訓課程。

3、無線傳感器網絡上層應用實訓：現提供WebServer、數據庫、遠程顧客登錄及控

制等。

4、綜合真實智能家居無線傳感器網絡實訓項目：包括光場監控實訓、溫度監控實訓等,

每個項目約2周。

5、智能家居系統無線傳感器網絡創新應用項目設計，根據學校特色可設計2-3行業應用

模型系統（物流系統等），用于學生大項目訓練，時間安排在3-4周。

七個知識模塊，以無線S0C和無線單片機為中心進行串聯，結合400多課時的試驗和

實訓，讓學生充足動手，接觸多種無線有線通訊技術和實際訓練，并且使用無線單片機設計

微功耗無線網絡節點，多種網絡路由器，無線有線網關；最終到達可以獨立.使用無線單片機,

構架設計多種物聯網應用系統；

2)對于科研水平提高的意義

真實日勺智能家居系統傳感網把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備43G互聯網連接

起來，實現智能化識別和管理；是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪

潮，是一種全新的技術領域。早在1999年，在美國召開的移動計算和網絡國際會議提出，“傳

感網是下一種世紀人類面臨的又一種發展機遇”；2023年，美國《技術評論》提出傳感網絡

技術將是未來變化人們生活的十大技術之首；2023年，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會

（WSIS）,國際電信聯盟（ITU）公布了《ITU互聯網匯報2023：物聯網》，正式提出了“物

聯網呼j概念。匯報指出：無所不在歐r物聯網”通信時代即未來臨，世界上所有口勺物體從輪

胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網積極進行信息互換。射頻識別技術（RFID）、

傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將得到愈加廣泛的應用。

《國家中長期科學與技術發展規劃（2023-2023年）》和“新一代寬帶移動無線通信網”

重大專題中均將傳感網列入重點研究領域。傳感器網絡原則工作組組長、上海微系統所副所

長劉海濤表達，我國的技術研發水平已處在世界前列。中科院早在23年前就啟動了傳感網

研究，先后投入數億元，目前，中國與德國、美國、英國、韓國等國一起，成為國際原則制

定的重要國家之一。目前，我國傳感網原則體系已形成初步框架，向國際原則化組織提交的

多項原則提案被采納。8月7日，溫家寶總理在無錫考察中科院無錫高新微納傳感網工程技

術研