物联网基本工作原理范文

导语：如何才能写好一篇物联网基本工作原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：物联网；智能家居；控制系统

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 10-0000-01

自从上个世纪的80年代，智能家居的控制系统开始兴起于欧美和日本，在90年代开始进入中国。国内外的智能家居控制大多都是采用有线的方式进行布局，这其中存在很大的麻烦，例如布线困难，无法进行有效的维护，以及如果发生停电事件，就会造成系统的整个瘫痪。根据出现的这一系列问题，本文提出基于物联网的智能家居控制系统，作为最近全球广为关注的热点领域和话题，物联网能够通过全球定位系统等传感设备的研究，根据协议将物品和互联网进行链接沟通，从而实现整个网络的信息交换和通信，最终达到智能化识别和管理的终极目标。

一、基于物联网的智能家居简介

（一）智能家居的内涵

智能家居又叫Smart Home。是相对于普通家居而言的一大类产品的统称。Smart Home一般以家庭住宅为平台，利用各种现代化的传感器技术、远程控制技术、物联网技术、人工智能技术以及云端技术等手段，，将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘、空调控制、安防系统甚至水电气表）连接到一起，提供多样化的家电控制、照明控制、窗帘控制、防盗报警、环境监测等功能，从让我们的生活变得更加方便、舒适[1]。

（二）物联网的定义

最早在1999年提出物联网的概念，它的英文名是Internet of Things（IOT），也有人将其翻译为Web of Things。所谓物联网，就是能够通过各种传感信息设备，将装置和技术进行关联，通过对光、声、热等基本信息的收集，能够联合实际物品形成一个巨大的网络，从而完成物体与物体，物体与人之间的链接，从而更好地实现识别和管理、控制工作流。在智能家居领域还没有一个联盟组织能够提出市场接受的一个完整的技术标准体系，还存在着多技术体系并存的状况，这一方面当然是制约市场发展的一个因素，从另一个方面也充分说明智能家居还处于发展初期多技术竞争阶段[2]。因此将智能化家居和物联网进行结合，就是一个全新的发展课题，能够对未来的家具行业产生很大的影响。

二、基于物联网的智能家居综合控制系统结构及工作原理

基于物联网的智能家居综合控制系统就是要在居室内进行智能终端控制，并通过家庭网关、ZigBee无线通信而进行组织，可以通过图1所示的工作原理图进行展现。将家庭的家居和互联网通过电器组成一个网络，并交换信息，从而达到一个门禁控制以及防盗报警的目标，保证家居的安全。在室内会通过传感器而安全ZigBee无线通信模块，如果一旦居室内发生异常，那么就会收到信号，让 ZigBee无线通信技术对控制器进行控制，保证能够对信号做出相应的处理。用户能够对计算机进行远程操作，从而监控室内的基本状态[3]。如果不方便使用计算机，那么就可以GPRS网络，用手机进行远程操控。控制系统能够具有良好的人机界面反映，可以对系统的运行信息进行查询，并展现在使用者面前。

通过模块化的设计而实现智能化家居控制系统软件，从而更加清晰还能够调试系统的功能扩展区域，让处理器的执行效率更高。通过开发的工具，基本能够实现对用户界面的维护，让系统的设置和控制能够保证基本的实时操作。系统完成初始化工作之后，就可以进行相对应的子程序，而用户通过打开GPRS设备能够进行设置，如果一些参数发生错误，那么就能够通过短信报警。基于物联网的智能家居综合控制系统十分安全，能够让家用电器保持一个独立的节点，并通过ZigBee协议进行无线通信的联通，从而实现整个系统的实时信息反馈。

基于物联网的智能家居综合控制系统可以根据用户的基本需求而运用于不同的领域之中，此外，还能十分便捷地进行修改，减少成本的公式完善嵌入式系统。Linux社区中具有很多可以开发的项目，能够借鉴优点，而加入一些全新的沟通，让用户更加便捷地完成自己的智能家居开发。作为未来发展的主流，家居智能化需要有更加优良的系统予以支持，不仅可以支持自己品牌的各种家电，甚至可以实现跨品牌的多产品品类互联互通。这样才能保证用户所提出的基本诉求：安全、便捷、舒适，才能让智能化家居的未来发展更好。

参考文献：

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关键词：物联网；RFID技术；应用

物联网对于广大群众来说或许是个较为陌生的词，但它却已经在我们的生活中发挥着越来越重要的作用，并在逐渐改变人们的生活模式，是当下全球最热门、最具竞争性的产业。据美国独立市场研究机构Forreter预测，物联网所带来的产业价值要比互联网大30倍。而RFID技术则是作为物联网技术最重要和关键的支撑。文章在简述物联网、RFID技术以及RFID技术工作原理的基础上，对物联网中RFID技术的应用、物联网中RFID技术的应用推广存在的阻碍及发展前景作简要介绍。

1相关概念简述

1.1物联网概念简述

物联网，英文名称叫“The Internet ofthings”，是实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。指的是通过运用射频识别（RFID）、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，实现物品与物品之间，进行信.息交换和通讯的物物相连的互联网。

1.2RFID技术的概念

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。系统由一个询问器和很多应答器组成。

1.3RFID技术的基本工作原理

RFID技术是物联网的核心技术。其基本工作原理是：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

1.4RFID技术的优势

RFID技术能够自动识别目标对象，不需要人工干预，在一些条件比较恶劣的环境可以发挥出他的优越性，也可用于识别高速移动的物体且可以同时识别多个标签，操作起来相当的方便快捷。RFID技术之所以能够得到广泛的应用，总结起来主要有以下一些优势：首先，无须接触识别对象就可以进行远距离的读写，且读写速度快，对快速移动的物体也可以进行识别；其次，它的射频信号具有穿透性强，可穿透玻璃、布料、木材、塑料凳非金属物体进行识别；再者，能够在恶劣环境下正常发挥功效，比如能够适应油污、灰尘、风雨雪雾等环境，能够防水、防磁、耐高温，实现多种气候条件下正常工作；最后，RFID还具备数据读写功能，能够实现对识别对象进行快速自动扫描，安全保密性高、数据记忆容量大，可以对储存的信息进行更改，且使用寿命长，可重复使用等等。

2RFID的结构

2.1读写器

也称阅读器，它是用于读取或写入标签信息的设备，根据输出功率和使用功率的不同，其收发距离的范围可以从几厘米到几十米不等。从电路的实现角度来看，读写器由射频模块和基带模块量大部分组成。

2.2电子标签

即射频标签、射频识别，它属于非接触类的自动识别技术，通过发射视频信号对目标对象进行数据读取识别。其组成部分包括了耦合元件和芯片，在标签内设置有天线，具有作为与射频天线通信的作用，是射频识别系统的数据载体。电子标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复利用等特点，能够实现快速读写、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪等管理目标。

2.3天线

它在电子标签和读写器之间其传递射频信号的作用，从而实现对数据的获取和通讯。天线会在射频标签和读写器间发射电磁波，给射频标签提供微量能量，并接收射频标签发出的射频信号。天线的设计一般跟读写器连在一起，有手持式也有固定式的。

3物联网的体系结构

3.1感知层

感知层是物联网人物信息互动中面向“物”的一端，是将物的物理特征数字化的一个过程，因此，作为感知层的设备是物联网整个产业链的基础，在整体物联网产业链中有着很高的需求量。感知设备包括了RFID、二维码、传感器、摄像头、GPS等。

3.2网络层

网络层包括了把感知层读取到的数据信息传输到计算机中心和从计算机中心传输到“物”端实现智能化控制两个过程。网络层实现数据的传输与处理，是物联网的中间环节技术，这一环节涉及到光传输设备、网络通信、数据储存于处理等问题，具体来讲包括两个部分：首先，连接传感器和智能终端设备，以组成端到端的通信网络，包括通信模块、路由器、无线基站、交换机等设备；其次，建立网络运营支撑系统，包括了各种类型的计算机和相应的管理软件构成的各类管理平台和业务平台。

3.3应用层

应用层人与物信息互动中面向“人”的一端，它对物联网的发展有着重要意义。物联网应用的最终目的就是以数据的智能应用为主题，向客户提供丰富的个性化服务。物联网的应用层具有核心的商业价值，随着各种应用软件的开发和智能控制技术的发展，将会为用户带来丰富多彩的物联网应用。从物联网的应用类型来看，可以分为监控型、查询型、控制型、扫描型。应用层直接面向用户，人通过对终端设备的使用就可以实现对另一端物体的控制，这将极大提高了人们生活、工作等方面的效率。

4物联网中RFID技术的应用

4.1建立大型数据中心即云计算

通过在地理信息系统中运用物联网及RFID技术，采用智能化的手段，将国土、建设、城管、规划、市政、公安、教育、交通、医疗、旅游等信息数据采集，传到云计算中心，建立起各种强大的信息数据应用系统，以满足各个领域的不同需求，充分实现资源的统一调配，强化城市管理，便捷城市服务。

4.2建立物联工厂

以物流领域为例，RFID电子标签可以实现供应链管理自动化、产品装配自动化、生产管理自动化、仓储库存管理自动化、产品物流跟踪智能化、产品防伪等多个方面。当我们把物联网技术应用于传统产业，将推动产业的升级换代。通过在传统产业中应用物联网RFID技术，有助于推动传统产业的升级换代，传统的工厂将成为物联的世界。

4.3电子商务物品管理透明化

通过在电子商务中运用物联网技术，可以让消费者在网上购买任何商品都实现“透明化”，即任何一家网店的任何产品都可以在网上查到，网上消费更便捷也更安全。而作为物联网核心技术的RFID电子标签技术，则是通过采集物品的信息，给物品贴上特定的“标签”，让物品具备其特定的“身份”，然后采集这些信息，用无线数据通信网络传输到中央信息系统，最终在系统中实现物品（商品）的自动识别，在开放的网络环境中实现信息交换和共享，对物品展开“透明化”的管理，最终让物品实现自我介绍的―种技术。

5物联网中RFID技术的应用推广存在的阻碍及发展前景

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根据物联网系统架构、产业链及关键技术，[2-4]对人才的需求可以分为三大类：电子设备技术和芯片设计技术人才、计算机网络和通讯人才、系统集成和应用人才。其中感知设备方面的人才需要掌握一定的电子设备知识、数字和模拟电子知识、嵌入式开发知识；计算机网络和通讯人才必须具备计算机网络和通讯的相关知识，具有通讯系统运行维护与管理能力，通信设备的安装、调试和规章排除能力；系统集成和应用人才需要兼有IT系统解决方案设计方面的才能和硬件技术相关知识、系统开发和集成的能力。作为电子信息类专业的学生，所学的专业课程涉及到了上述三方面人才所需掌握知识的部分内容，为以后从事这些方面的工作奠定了基础。物联网是在三网融合基础上的延伸和扩展，以IP协议为基础，采用类似于互联网TCP/IP协议的分层网络通信协议为上层的各种应用提供服务。因此，嵌入式开发、通讯设备的管理维护、IT系统开发和集成都需要具有一定的计算机网络基础知识。“计算机网络”课程的教学效果对毕业生的就业具有一定的影响。对掌握网络知识的人才需求可以分为网络设备安装、维护与管理、网络编程、网络安全技术、网络协议分析与设计等几个方面。

教学内容的更新

TCP/IP协议是所有有线和无线网络协议的基础，因此在“计算机网络”课程的教学内容上以TCP/IP协议簇为基础、以Internet为实例，讲解计算机网络的概念、原理和应用。再根据电子信息类专业的特点以及社会对人才的需求方向分为网络设备安装、维护与管理、网络编程、网络安全技术、网络协议分析与设计等。对于网络设备安装、维护与管理的学生，注重加入网络的综合布线、交换机、路由器的工作原理与配置、调试以及对各类服务器的管理等。对于进行网络编程开发的学生，应加入网络编程的基本概念、Socket编程、探测网络的程序的基本原理等知识以及与硬件相关联的TCP/IP软件开发，结合实例进行讲解。对于网络安全技术的学生，讲解协议簇每层的工作原理时加入网络的攻击原理与防御、加密与数字签名等网络安全知识。对于网络协议分析与设计的学生，要注重各类协议的工作原理、数据包的类型等，通过使用网络仿真软件仿真各类协议的工作原理、并使用Sniffer程序捕获网络数据进行分析。

教学方法的改进

教学不仅仅是为了向学生传授某种具体的知识、技能，而是更应该激发学生的创造力。[5]传统的课堂教学是以教师为主、学生为辅、你教我学的灌输方式，为避免这种教学方法的弊端，充分调动学生的积极性，提高学生创新能力和就业能力，必须使用新的教学方法。1.任务驱动式在准备讲解某个知识点时先给学生分配任务。学生通过课前预习查找大量的资料，提炼出自己的思路，带着这些“思路”参与到课堂教学中，才能更好地激发学生的创新能力。如讲到WWW时，可以先要学生通过查看一些网页，总结出目前制作网站需要使用的技术、开发工具、编程语言及如何网站等，在此基础上撰写一个诸如班级主页的设计方案。这样既能引起学生探究的兴趣又能提高学生的自学能力。2.案例方式在教师的指导下，根据教学目的和要求，组织学生通过对案例的调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，使学生在教学过程中处于主体地位，激发其学习兴趣，能有效提高学生分析问题和解决问题的能力，加深对基本概念和基本原理的理解，对于培养学生的创新能力和合作能力是极有益处的。[6]如：在讲解到ICMP协议的时候可以用网络探测器的程序为例，既涉及到了ICMP协议的功能、数据包的结构、常用网络命令ping的工作原理等知识，又使用到了Socket编程，这样既能扩展学生的知识又能激发学生实践的兴趣。3.项目方式在项目教学过程中，教师只负责项目的概况和相关理论知识的讲解，起到指引和辅导的作用。由学生分工协作成为项目的主体，人人动手，不仅掌握了相关理论知识，而且锻炼了学生的实践能力，同时还培养了学生的团队合作精神，提高了学生的综合素质。如针对网络设备安装、维护与管理的学生，以小组的方式组建一个局域网，首先分配3～5名学生为一小组，并确定一名学生为组长，再在教师的指导下完成。先给学生讲授相关的网络基础知识，学生在实施项目的过程中针对组建过程中出现的问题咨询教师。当学生项目完成后，既具备了制作网站、测试网络等组建网络的实践技能，同时又对网络传输介质、网络拓扑结构和网络协议等相关理论知识加深了理解。为进一步拓宽学生的思维，可在此基础上与所学的其他专业知识相结合，设计智能家居之类的小系统。

考核方式的多元化

为激发学生学习的自主性，鼓励学生的个性发展以及培养其创新意识和创造能力，更有利于适应市场人才需求，可以建立多种类型的考核方式：第一，传统的笔试考核；第二，实践技能考核；第三，项目实施考核；第四，职业资格技能证书考核。学生根据自己的个性发展选择相应的考核方式。传统的笔试考核，考试的试题根据各方向所侧重的知识点来考核。实践技能和项目实施考核，给定一个主题，让学生根据之前所学习的知识收集相关资料，完全自由发挥，体现个性，学以致用。在期末的时候学生提交成果、现场陈述并回答教师或同学所提问题，教师根据成果、陈述和问题回答给出成绩。职业资格技能证书考核，学生通过参加各种与专业相关并被广泛认可的资格认证考试，所获得的证书成绩作为该门课程的成绩。如：中国计算机软件专业技术资格考试和水平考试中的计算机网络专业、全国计算机等级考试中的网络技术及网络工程师、微软认证、思科认证等，这样不但能巩固和加深对计算机网络技术的理解，而且能为学生今后的求职和就业提升竞争力。

师资队伍的建设

由于“计算机网络”课程的特点要求讲授这门课程的教师除具有较扎实的数学、计算机软硬技术、通信技术基础外，还要求教师要掌握较为丰富的网络工程和网络技术研究经验，而目前部分教师虽然具有较高的理论水平，但实践水平较差；有的青年教师虽具备较强的动手能力，但理论联系实际的能力又有所缺乏，这将导致教师难以领会教材的内容，也无法突出课程的实践性和实用性，难以激发学生的学习兴趣，无法达到预定的教学效果。[7]因此，加强师资队伍的建设、提高教师的个人业务水平非常重要。可以通过以下一些方面来加强和提高：定期对教师进行教学能力的培训，包括课堂内容的设计能力、把握课堂的节奏能力等；增加教师间交流，包括校内同行和校间同行的经验交流；鼓励和支持教师从事计算机网络相关的科研项目研究；加强教师在新技术方面的培训、认证考试和专业知识的更新，给教师提供到企业实践的机会，让教师与社会接轨，成为真正的“双师型”教师；聘请企业的相关人员来讲课等方式来培养出符合社会需要的人才。

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【关键词】传感技术 教学内容 教学组织 实践教学

【基金项目】电子科技大学成都学院课堂教学内容改革项目“《传感器技术基础》课堂教学内容改革与研究”资助。

【中图分类号】G644 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0226-02

传感技术的基本原理和应用已经成为现代科学技术人员必备的基础知识，是电子信息工程、测控技术与仪器、物联网等理工科专业必修或选修的课程。应用型本科院校，培养的是应用型复合人才，突出能力培养，这里的能力不仅包括自学能力、应用能力和实际动手能力，还应包括创新能力。当前，传感技术课程教学内容、实践教学都参照一般本科教学要求设立，因此需要对其进行教学改革，更好适应应用型本科院校的教学要求与培养目标。针对上述情况，对《传感技术基础》课程进行教学内容、教学组织安排、学科相关知识更新、以及实践教学环节进行研究探讨，这对于该课程的教学效果与该学科的长远发展都具有重要意义。

1.教学内容，变化多样

当前，传感器课程教学内容大多偏重于传感器本身的理论和设计，目标在培养研究型人才奠定知识基础。针对应用型本科院校，学生培养目标的定位是应用型、技术型人才。因此，着眼于传感器的理论研究和设计的教学内容不适用于应用型本科院校人才培养目标的要求。此类教学内容的安排会让学生感觉枯燥无味，大大降低教学效果。

传感技术基础课程的主要内容以各式各样传感器的知识点构架而成，加上新技术的发展，适应各种参数测量的传感器种类也在不断推陈出新，这就要求传感器教学内容发生相应的变化。而且，不同专业如电子信息工程、测控技术及仪器、自动化、物联网专业将来所面临的行业不同，检测各种参数的传感器种类也千差万别，现行的状况是所有专业采用同一教材、同一教学大纲，课堂教学内容单一化，缺乏目标性与侧重点。这类“一视同仁”教学内容设计，将会影响学生的竞争力。

2.教学组织，科学有效

传统的传感技术课程教学内容有的是单纯按传感器的原理分类进行组织安排，有的则是单纯按被测非电量分类进行组织。实际上单纯采用哪一种组织方法都各有优缺点。将这两种方法结合起来，先介绍传感器的工作原理，后介绍常见非电量电测法，使两种讲法优势互补、相得益彰。这样编排既便于学生理解传感器的工作原理，又便于了解各类非电量电测法本身的基本理论和多种测量方法[1-2]。

教师在讲授传感器工作原理时采用多媒体课件与板书相结合形式。课件把传感器的转换机理、信号处理电路等以动画形式形象直观的呈现出来，使学生易于接受，提高学生的学习兴趣，调动学生主动性。适当的板书，可以将传感器的原理与实质得到进一步的提炼，有利于学生对知识点的掌握。

后期在介绍传感器的非电量电测法时，目的在于应用。如何利用传感器对自然界非电量进行电测量，这是讲授的难点。可以运用案例教学法大大缩短理论与实践的差距，提高学生解决实际问题的能力。由于学生没有接触过传感器，教师可以在课堂上播放一些演示短片如烟雾报警器、温湿度控制器等，先由这些生活中的具体案例引起学生的学习兴趣，进而更进一步讲到测量方法。所以讲完每种传感器基本知识后要通过具体案例讲授来介绍应用情况。

讲授完大纲要求的基本内容以外，适当扩充新的内容，使学生能够及时了解当前传感器的发展方向，掌握传感器的发展动态，激发学生的学习兴趣。根据不同专业，介绍新型传感器，如纳米碳管气敏传感器和葡萄糖生物传感器等[3]。

3.实践教学，关注创新

实践教学是培养创新精神和提高创新能力的重要途径，需要加强实验室建设，彻底改造原有的实验内容，积极开发综合设计实验及课程设计，目的在于通过实践教学，培养学生应用各种不同的传感器去解决不同的实际应用问题以及将实际问题抽象为理论问题的能力。

为了注重增强课程的应用性，按照基本性实验、综合性实验以及设计性实验开展实践教学，培养学生理论联系实际、综合技术应用、创新意识和能力。综合设计性实验与传统验证性实验的最大不同在于：实验只提出目标和要求，没有详细的实验步骤、实验电路图，学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，独立完成系统设计、系统搭建和调试，写出实验报告。所以，这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学习热情，培养了学生动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析、解决问题的能力都得到了很大的提高[4]。

同时，为了加强学生理论联系实际的能力，在教学过程中还增加了课程设计这一教学环节。通过课程设计，使学生了解到了传感器在具体实际系统中的应用。这些不仅拓宽了学生的知识面， 而且还加深了学生对《传感技术基础》这门课的基本概念、分析方法及设计方法的理解。

4.结束语

教学相长，教学改革是一项永无止境的系统工程，它既促进了教师的教学、科研水平，而教师的科研成果又充实了课程内容，从而提高了讲课内容的知识性和趣味性，更加促进了教学。要切实提高《传感技术基础》的教学效果，不仅要从教学内容、教学组织等方面进行改革，还应加强师资培养、教材建设、实践教学条件等环节的建设。针对应用型本科院校学生培养，在今后教学过程中不断探索新思路、新方法，以期培养出更多、更好的创新型、应用型人才。

参考文献：

[1]蒋全胜，吕家云.“传感器与检测技术”课程教学改革初探[J].巢湖学院学报.2009.11（3）：144-146..

[2]宋述燕，陈家凤.《传感器技术及应用》教学方法探讨[J].实验科学与技术，2008，6（3）：104-106.

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关键词：化工原理；微课；离心泵

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.031

1 “离心泵操作”微课程设计的意义

国家教育部 《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》指出：高职教育培养的是应用型人才、实用型人才，是培养有知识、有文化、懂技术、会操作的一线高级技术人才。

高职学校的学生大多学习成绩较差，学生学习习惯欠佳，上课注意力无法高度集中，教学内容过于陈旧，滞后，有些学校化工实训基地尚未建立起来，实训室设备数量不足，不能完成教学内容，学生即使掌握一些知识点，也难以灵活运用，学生在学习过程中无法接触到工程实践中的设备[1，2]。因此，将《化工原理》课程进行微课程教学，利用现代互联网，形成移动学习资源，节省课堂时间，帮助学生在课余进行自主学习，解决课堂上未懂的内容，调动学生学习积极性，提高学生的自主思考能力和动手操作能力，培养学生的工程意识。

而《化工原理》课程中首先学生接触的设备――离心泵，对离心泵操作进行微课设计，既可以让学生认识接触离心泵设备，又可以调动学生学习本课程的积极性，对于整门课的学有裨益，也是我校化工原理课程建设和改革的新推进。

2 “离心泵操作”微课程设计思路

本节微课目的：学生学会离心泵的冷态开车与正常停车操作。

本微课的总体设计思路是： 理论讲解―仿真软件操作―现场实践操作，符合“教学做”一体化理念。

（1）学生在进行仿真软件操作和现场操作前，首先对离心泵的结构和工作原理理论部分进行学习，学生具有一定的理论基础，有助于仿真和现场操作的顺利进行。

（2）仿真软件教学以仿真技术为基础，用实时运行的动态模型代替真实装置教学的一个崭新的教学形式。在仿真软件上，学生利用计算机对离心泵装置进行仿真操作，生动形象的逼真教学，使学生产生亲临实验现场的体验。

（3）通过仿真软件的练习，学生明确操作方法，可以避免现场操作过程中出现错误，但仿真实验不能完全代替现场实验。因此，在学生基本掌握操作步骤的基础上，进行离心泵现场操作，提高学生实践能力，培养学生的工程意识。

3 “离心泵操作”微课程的制作

3.1 PPT的制作

在新课导入环节，通过举例进行导入，如农村水井、农业用水泵灌溉，化工生产离心泵，循序渐进，通^展示图片，由实际生活过渡到化工生产，提高学生学习兴趣，学生意识到学习本节课的重要性。

理论讲解部分包括离心泵的结构和工作原理。通过图片、动画、视频展示，离心泵的主要结构――泵轴、叶轮，并了解叶轮的三种类型。通过工作原理动画，学生明确离心泵的工作原理：液体注满泵壳，叶轮高速旋转，在离心力的作用下，产生高速度，将低位流体输送至高位。

3.2 软件操作部分的制作

在《化工原理》微课程视频中，引入仿真软件操作的多媒体显示技术，将实训课的照片、录像等做最贴近学生学习的真实案例带到单元操作教学中，学生课后自主学习软件操作内容，既可以使得理论知识直观体现，增强课程学习新颖性、趣味性，也可以及时地反馈出实验中涵盖的理论知识，将理论与实际结合起来，可以收到意想不到的良好学习效果。学生通过化工单位操作仿真软件，进入到离心泵冷态开车与正常停车操作，通过边看视频，边自己动手操作，掌握离心泵的操作方法。引入仿真软件，提高学生自主学习的能力，注重学生个体差异性，培养学生对新事物积极探索的精神。在视频制作过程中，通过录屏软件进行录制，再进行后期合成，完成此部分的内容讲解。

3. 3 现场操作部分的制作

学生能熟练进行软件操作后，自主归纳总结方法，可利用课余时间在实训室进行离心泵操作的练习，注重学生个体差异，符合学生学习思维特点，亦可以边看视频边操作，解决自己的困难问题，提高学生动手操作能力，提高学生将理论与实践结合的能力，培养学生工程意识。

4 微课视频交流平台的建设

借助 QQ、微博、微信等现代化信息交流手段，在实践教学中利用微课开展移动学习[3]，促进网络教学资源的应用。开展资源共享与交流平台建设，学生可以随时观看微课教学，做到课前复习，课上提问，丰富学生学习模式。教师在学生观看微课视频同时，也通过微信平台向学生布置作业，提出问题，与学生交流讨论，另外，教师互相共享教学资源，如设备动画，企业实操视频，丰富微课制作样式，促进教师自身不断发展[4]。

5 结语

《化工原理》――离心泵微课程视频依据“教学做”一体化理念的进行设计制作，通过互联网进行资源共享，帮助学生在课余进行自主学习，增加学生学习兴趣，并通过交流平台实时与学生进行交流、答疑，乃是我系《化工原理》课程建设和改革的新推进。

参考文献：

[1]张英杰，巩冠群.《化工原理》重点和难点―精馏操作原理微课程的设计与制作[J].山东化工，2014，43（11）：160-161.

[2]李西营，邹雪艳，刘勇等.浅议离心泵教学课件制作[J].广州化工，2013，41（24）：172-173.

[3]朱晓玮.“互联网+教育”视域下高职移动微课件开发策略科学教育研究[J].2015（12）：125-126.

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>> 基于物联网ZigBee技术的智能家居监控系统 基于物联网的智能家居系统的设计 基于物联网的智能家居系统设计 基于物联网的智能家居照明系统 基于物联网的智能家居系统 基于物联网的智能家居远程监控子系统软件设计分析 物联网智能家居系统的设计 物联网时代的智能家居系统 基于物联网智能家居的初探 基于物联网的智能家居应用 基于FPGA的物联网智能家居控制设计 基于物联网智能家居的设计与实现 基于物联网的智能家居控制系统的设计研究 基于物联网技术的智能家居系统的研究与探讨 基于ZIGBEE的物联网的智能家居系统设计 基于物联网的智能家居系统的设计与实现 基于物联网的远程智能家居控制系统的设计 基于物联网的智能家居系统的构建要点 基于物联网的智能家居系统管理 基于ZigBee/GPRS技术的物联网智能家居系统设计 常见问题解答 当前所在位置：l用于验证登陆者的信息，如果是合法的用户则可进入本监控系统；主界面home.html用于显示本监控系通的各个子系统，如：LED控制系统，温湿度监控系统，视频监控系统；LED控制系统页面function1.html用于控制LED灯的亮灭和显示当前LED灯的亮灭；温湿度监控系统页面function2.html用于实时显示当前环境的温度和湿度。

本系统中的嵌入式CGI（公共网关接口）程序是通过C语言来编写的。CGI程序都是通过C语言来编写的，分为：验证登录者的信息login.c；读取LED状态led.c；LED的初始化ledinit.c；获取温度get_temperature.c；获取湿度get_humidity.c。

本系统中的视频服务器是通过将开源项目MJPG-STREAMER适当修改并移植到开发板上来实现的。mjpg-streamer是一个很好的开源项目，用来做视频服务器，使用的是v4l2的接口。在这里通过将其显示页面做适当的修改就能变成自己的视频服务器，然后通过交叉编译arm-linux-gcc编译后，再下载到S3C2440开发板上运行。

本系统中需要给LED灯、温湿度传感器和摄像头安装驱动程序。在LINUX操作系统中是以文件的形式来管理各个硬件设备的，可以用命令ls/dev/来查看这些硬件设备。在本设计中另外使用的硬件设备的有LED灯、温湿度传感器和摄像头。因为有些硬件设备本身不自带驱动程序就必须给这些硬件设备添加相应的驱动程序才能系统识别这些硬件设备。在这里我们可以通过insmod命令来插入驱动程序，如插入LED灯的驱动insmod gpiodriver.ko，插入温湿度传感器的驱动insmod sht10.ko。

4 系统调试及结果

（1）按图3连接好硬件，如图3所示。

（2）在客户终端输入登录网址：

192.168.222.66/login.html，如图4所示。

（3）输入正确的用户名和密码后进入主界面，如图5所示。

（4）点击主界面上的LED控制系统，进入如图6所示的界面。

（5）点击主界面上的温湿度控制系统，进入如图7所示的界面。

（6）点击主界面上的温湿度控制系统，进入如图8所示的界面。

5 结论

本设计阐述了智能家居的概念及应用前景，对S3C2440开发板，以及Linux操作系统、Boa服务器和CGI的介绍。设计中充分利用了系统的硬件和软件资源，实现了各个模块的协调控制，提高了系统的可靠性和通用性。通过本设计实现了智能家居监控系统的基本功能，并可在此基础上添加各种不同的模块以相同的工作原理来扩展各种不同的功能。本系统具有投资少、成本低、可靠性高等特点，还具有良好可扩展性和实用价值，符合了未来家电的智能化、网络化发展方向。本系统还可以应用于工农业生产中，实现对无人值守岗位的远程控制和安全报警等。

参考文献

[1]于彤.传感器应用[M].北京：人民邮电出版社，2010，3.

[2]沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用[M].机械工业出版社，2011，5，24.

[3]百度百科.物联网传感器[EB/OL].

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关键词：物联网；计算机网络；课程群；教学改革

1 计算机网络技术课程群在物联网工程专业中的重要地位

物联网是继计算机、互联网之后信息产业的第三次革命性浪潮。它融合了智能感知、识别技术、传感器网络以及普适计算等技术，按照约定的协议，实现无处不在的物与物、物与人、人与人之间的互联，其应用领域包括医疗监测、智能交通、政府工作、智能消防、环境监测、情报搜集等。物联网公认有3个层次，其中底层是感知数据的感知层，中间是传输数据的网络层，上层是内容信息处理的应用层。

由物联网技术层次结构可以看出，物联网是三网融合的延伸和扩展，技术的核心和基础仍然是互联网。它以IP协议为基础，采用类似互联网TCP/IP协议的分层网络通信协议为上层的各种应用提供服务[1]。

从物联网技术核心需求的角度来看，计算机网络基础知识在整个物联网的课程知识体系中尤为重要。在专业建设过程中，应以互联网为核心和基础，以计算机网络课程为中心，充分考虑物联网工程专业对计算机网络知识的需求，围绕课程选取与阶梯式课程群设置、教学内容安排与衔接、教学方法与改革、实践课程体系设置等方面展开改革和探索，培养学生扎实的网络知识，为后续物联网相关课程打好基础[2]。

2 课程选取与阶梯式课程群的课程设置

课程群的课程设置不是简单的课程组合，需要对课程体系统筹规划。计算机网络技术作为一个重要的知识模块，涵盖了从计算机网络的理论基础到实践操作，再到综合应用的全部内容，是一个内涵丰富的课程体系。

湖北工业大学的物联网工程专业依托原有的网络工程专业，课程体系设置在网络工程专业的基础上进行了大幅度的修改，网络工程专业计算机网络技术课程群的主要课程见图1。

可以看出，原有计算机网络技术课程群的课程主要基于IPV4，偏重于互联网理论基础、层次模型、有线网络结构及组建、网络管理与分析等方面，并不能体现现代物联网的架构和特点。

因此，在进行物联网工程专业的计算机网络技术课程群设置过程中，笔者充分考虑物联网工程专业的需求和特点，经过大量调研和反复思考，整体改造原课程群，加入了无线网络、嵌入式、传感等知识模块，形成一条层次分明且知识体系完整而独立的课程链，主要专业核心课程有计算机网络、TCP/IP协议原理、网络互联技术、物联网技术概论、无线传感器网络、RFID原理及应用、物联网安全技术、网络编程与系统开发。物联网工程专业阶梯式计算机网络技术课程群具体课程设置见图2。

由图2可以看出，经过精心设置的物联网工程专业计算机网络技术课程群的各门课程并非简单的、平面式的结构，而是5个阶段的课程群[3]，分别为网络基础理论模块、网络基础应用模块、物联网基础模块、物联网应用与安全模块、物联网综合应用与实践模块，具有良好的课程递进层次关系。

3 课程群具体的教学内容设置

计算机网络课程群主要培养物联网工程系本科生的互联网与物联网理论基础和实践能力，要求学生掌握互联网和物联网的基本理论知识与关键技术，能够理解网络体系结构与物联网总体构架，并具备网络管理与配置、网络应用与创新的能力。计算机网络课程群的建设不仅是选取内容纵向有传承关系、横向有内在联系的几门课程，还要梳理和整合课程教学内容，打破课程间的壁垒，减少重复内容并保证内容的连贯性与完整性[4]。因此，在进行课程群建设时，笔者充分考虑了课程群内诸课程在结构、内容、侧重点、时间分配等方面的相互关系。经过几年的教学实践与探索，笔者在教学内容的安排和设置方面做了如下安排和改革，见表1。

从第三学期开始，每学期逐渐增加网络方向的课程，这学期开设的计算机网络主要以培养学习兴趣和奠定网络基础为主。从最熟悉的互联网应用入手，首先阐述计算机网络的起源与发展、网络的基本概念以及网络协议与体系结构分层模型，使学生对网络整体架构有清晰的了解；然后以自底至上的顺序详细讲解网络各层次的协议内容与工作原理，并在实验环节使用抓包软件进行协议分析和观察，以验证性和演示性实验为主，使学生通过实验过程了解网络相关知识；在计算机网络课程的后期，加入对未来网络展望的内容，包括下一代因特网、物联网等知识，一方面扩展传统计算机网络授课的范畴，增加课程的广度和深度，另一方面旨在提高学生的学习兴趣，为后续课程打好基础。

第四学期的教学内容主要在第三学期课程的基础上进行扩充和深入，开设网络互联技术与TCP/IP协议原理课程。通过学习网络互联技术课程，学生将掌握交换与路由的基本知识与基本原理，培B学生对中小型园区网的组网与管理能力，能对具体的网络应用给出合理的规划和可行的解决方案，并具备解决网络中常见问题的基本技能，将理论知识付诸于应用。TCP/IP协议原理课程是计算机网络课程的延续和深化，通过课程学习，学生将深入掌握TCP/IP原理，在理论学习的基础上用程序设计语言实现，从而提高网络应用程序开发能力，夯实网络管理基础，提高网络安全意识，增强网络分析能力。

在前面两个学期学习互联网技术的基础上，第五学期的教学内容开始体现物联网特色，开设的物联网技术概论、无线传感器网络以及RFID原理及应用3门课程都是物联网专业的核心课程。物联网技术概论是学生认识物联网的起点，通过课程学习，学生能了解物联网的起源和典型应用，理解物联网的概念与内涵，并对物联网的体系架构和核心技术有充分的认识，这是一门重要的物联网技术启蒙课程。无线传感器网络和RFID原理及应用这两门课，是深入学习和研究物联网技术的核心专业课程。通过学习，学生应掌握无线传感器平台和网络架构、射频识别技术的基本概念与原理方法，为后续的综合实践环节打好理论基础。

第六学期开设的网络管理与安全和物联网安全两门课程是进阶课程，通过这两门课程的学习，学生应在掌握互联网与物联网基本原理的基础上，了解网络管理和网络安全知识模块，包括密码理论、无线传感器网络安全概述、密钥管理、安全路由、物联网中的抗干扰、射频识别的隐私与安全、物联网嵌入式系统的安全设计等基础知识，达到从理论到应用、从架构到安全的全方位提升。

第七学期设置的物联网应用综合设计及创业实践环节，旨在提高学生的综合应用和动手能力。通过为期一个月的实践学习，学生能够设计一个物联网综合应用系统，能够从系统的角度看待物联网的应用问题，并能综合利用几年来所学的互联网及物联网知识解决网络通信及应用的相关问题。

综上所述，本课程群的课程内容在设置上是完整的、连续的、突出重点的，涵盖了从基础的互联网到物联网的基本原理、体系架构、网络应用、关键技术与安全的内容，并遵循从易到难、从浅到深、从原理到应用、从互联网到物联网、从系统到安全的原则来设置教学内容。课程分布于第三学期到第六学期之间，内容在时间的安排上符合学习的一般规律，并注重理论与实践相结合的原则，具有科学性和可实施性。

4 计算机网络课程群教学方法改革

物联网技术属于集成创新型技术，培养的人才不仅要具备扎实的理论基础，还应具备很强的工程实践与应用能力。因此，在计算机网络课程群的教学中，笔者坚持“课程精、实践强”的原则，强调理论与实践相结合的教学方法，不断改革理论教学，引入MOOCs、混合教学、开放课堂、对分课堂等形式，强化实践教学，深入开展校企合作模式，形成了工程训练、专业认证、创新培养并举的特色教育理念。鉴于在实践教学和创新能力培养方面的有力措施和突出成绩，笔者在2012年获得了湖北工业大学优秀教学成果一等奖。

4.1 根据不同课程探寻多种教学模式，提高教学效果

近年来，以MOOCs为代表的新型教学模式不断涌现，大多依托网络教学资源，秉承自由学习的理念，旨在调动学生的学习积极性和创造性，为传统课堂注入了新的活力。笔者在计算机网络课程群的建设中，结合各门课程的优势和特点，进行了多种课程教学模式的改革和尝试，力求获得更好的教学效果。

以计算机网络课程教学模式改革为例，该课程作为课程群的第一门专业基础课，其教学效果对整个专业的后续学习至关重要。考虑到这门课程的网络资源比较丰富，且大部分内容难度不大，笔者采取了传统教学与网络教学相结合的混合教学模式。这种模式由课前预习、面对面授课（face-to-face）、在线学习（On-line）、实践训练4个过程组成。此学习模式整合了各种教学资源和多样化的学习形式，如课堂学习、自主学习、分组讨论、任务驱动、协作项目实践活动、实践训练等[5]。混合教学模式既保持了传统课程教W的优势，又在课前和课后引导学生自主学习，学生能通过各种学习方式保持学习兴趣并取得良好的学习效果。

在物联网技术概论课程教学模式改革中，针对该课程内容繁而细、知识更新快、实践性强的特点，笔者提出了物联网导论的开放式教学法，主要途径有开放教学过程、开放教学内容、开放教学考核与开放教学环境等。在教学过程中，以学生为主体开展教学活动，课堂上有分组讨论、头脑风暴、及时答疑、小组展示等各种环节。在注重师生关系平等的基础上，尽量与学生进行课堂互动，引导学生积极思考并大胆表达自己的观点。在教学内容上以新技术和实例教学为主，每学期的课件和内容都要及时更新和补充，并将教学内容融入实际案例。比如在介绍常用传感器及其典型应用的时候，会联系生活中的小米手环、智能医疗、智能家居应用等，既提高了学生的学习兴趣，也扩充了学生的视野。在教学环境上，以开放的网络教学平台作为课堂的补充，并以开放的形式进行考核，注重对学生分析能力和创新能力的考核。

实践证明，依据不同课程的特点和性质，在课程群中开展适合不同课程的多种教学模式探索，能大大增加课程的吸引力并降低学习的难度，学生不仅能学到知识，更能提高学习的兴趣，并锻炼自学能力和创新能力。

4.2 重视实践教学环节，提高学生工程实践能力

为了保证实践教学环节的教学质量和教学效果，笔者多次对物联网工程专业实践教学计划进行深入的研究和有针对性的修订，包括增加实践教学环节的学时、提高综合性与设计性实验比例、增加物联网应用综合设计及创业实践环节、强化实习环节和毕业设计环节，并加强对实践教学体系各环节的规范化管理。

1）调整实验学时，改革实验教学方式，提高综合性与设计性实验比例。

计算机网络课程群中的每门课程都配备了实验教学环节。对于一些实践性较强的课程，如网络互联技术课程，根据其课程特点，改革性地将理论课堂搬到实验室。为保证课堂效果和实验过程完整性，采用4节连上的方式，并将对分课堂和任务驱动的教学理念引入课堂，用一节课讲解核心的理论和实验内容，余下3节课全部进行实验、调试和答疑。每节课以一个实践小项目为驱动，学生通过分组合作的方式进行，以实践项目完成效果为考核的标准。学生普遍反映这种实践教学效果良好，可以及时消化和理解理论知识，避免理论与实践的脱节，并锻炼了协作与学习能力。

为了弥补大多数课程中以验证性实验为主的局限性，课程在每门课程的实验教学大纲中都加入了一个综合性的实验内容，并在高年级增加了物联网应用综合设计及创业实践环节，主要提供一些平台和一段时间给学生进行知识的梳理和总结，鼓励学生进行创业计划实现自己的想法，把学生的兴趣、爱好、学习、创新融为一体，这也是实践环节的主要目标。

篇8

物联网智能输液监护系统由数据处理中心、输液过程实时监护仪、无线接入网关，护士站监控中心，手持信息终端等几个部分组成。输液过程实时监护仪对病患的整个输液过程的状态进行实时监测，并将输液状态信息通过无线方式给发送到无线接入网关，网关将数据转发给数据处理中心。数据处理中心是整个系统的数据核心，和医院His系统连接，负责根据医生医嘱提取出病患每天的输液信息，并根据值班表信息，完成任务的分配。数据处理中心完成对输液状态信息的处理后，将数据实时推送给护士站监控中心和手持信息终端。

2输液过程实时监护仪工作原理、求解模型及优势

2.1输液过程实时监护仪工作原理

整个输液过程实时监护仪主要由背光板、显示板、触摸PCB、PCB底板、重力传感器和上下挂钩几个部分构成。系统工作时，护理人员根据指纹识别确认患者信息后，将病患的输液终端悬挂于输液椅的挂钩上，将输液袋或输液瓶悬挂于输液终端的下方，开启服务之后，输液终端内置的重力传感器会自动称量出重量，位于输液器莫菲氏滴管上的红外对射传感器会采集滴速指标进行反馈。按照当前的滴速自动计算出当前速度、平均速度、已用时间以及剩余时间并反馈于输液终端显示面板上。当液面阙值低于2%时，自动启动报警装置，输液终端发出“滴”声提示的同时由系统通过VoIP向护理人员手持终端发出报警信号，护理人员手持终端接收报警位置与患者座位信息，进行处理后自动关闭或启动新一轮检测。护理人员还可以通过系统对监护仪发出指令，根据患者身体情况设置初始输液速度，并可灵活控制加快，减慢和暂停输液。

2.2建立求解模型

对工作原理进行分析后，对监护仪设计需求进行了概念的描述：①符合人体工程学原理，用户体验良好；②在任何情况下，称量结果精确性保障；③供电模块、信号线的放置位置；④方便拆卸、检测、维修与更换电池；⑤色彩风格与医院整体环境协调吻合；⑥小批量生产测试。

2.3概念设计

通过分析工作原理和设计需求，融入功能性、安全性、可靠性分析，初步定位输液过程实时监护仪内框架结构组成，框架上布置背光板、显示板、触摸PCB、PCB底板、重力传感器和上下挂钩，整个装置外形稍大于手机外壳。

2.4输液过程实时监护仪系统优势

①采用高精度重力传感器，传感器精度可以达到0.01%，采用温度补偿算法，减少外界环境对系统的影响。②输液过程智能识别算法，简化操作步骤，使用便捷。③采用开放的2.4G频段的Zigbee无线技术，无线网络抗干扰能力强，组网便捷，并可以根据现场的需要调整网络结构。④节点采用电池供电方式，低功耗算法配合合理的休眠机制，最大限度降低节点功耗，工作时间平均功耗可以达0.5mW以下，电池更换时间大于1年。

3产品外观设计及结构设计

3.1产品外观设计

对于这样一款医疗产品，除了在视觉风格上与医院的整体风格相协调外，护理人员操作的便捷性，观察内容的清晰度与长时间多频率操作的舒适度也是非常重要的条件，因此对于产品的尺寸设计大小，装置放置位置都有很高的要求。装置放置位置与视线基本保持水平或稍高于水平线，整个装置必须符合人体工程学原理，使医护人员操作简单快捷；患者坐于装置下方，抬头观察时，可清晰地看到显示屏上显示的数字，方便医患双方使用，使双方得到良好的使用体验。基于以上考虑，必须最大化屏幕尺寸，将触摸按键位置设计于整个屏幕的下方，便于操作；为突出屏幕内容，将屏幕四周设计成黑色外框，产品背面选取与整个医院风格相协调的白色；为了在任何光线下保证屏幕显示内容清晰，为屏幕设计背光及适当时间的背光延时。为了缩小产品尺寸，使用定制的锂电池无疑是最好的选择，但是锂电的缺点是需要充电维护，在医院纷乱的环境下使用，充电不便，充电器的保存，用电安全都存在问题。而传统电池不需要充电，即换即用，操作简单，且单色液晶屏幕用电量小，一节电池可满足长时间的需要，因此，需要使用传统五号电池。考虑医疗用品的实际使用需要，结合抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性测试，综合加工流程、制品尺寸稳定程度、表面光泽性，以及喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工的难易程度，综合定位后确定监护仪主体选择ABS塑料材质。上下挂钩部分无疑是使用频率最高，承受冲击力最大的部分，为了使产品更加经久耐用，因此上方挂勾与产品设计为一体，下方挂钩因为需要与重力传感器相连接，因此设计为不锈钢材质。

3.2内部结构设计

重力传感器必须位于产品的下方，传感器一端用铆钉与挂钩相连，以便于及时采集输液袋或输液瓶重量，及时反馈于数据处理中心；为压缩产品尺寸，触摸PCB可以位于重力传感器上方，但须留足间距，使屏幕PCB主板与触摸PCB板之间针脚相连；为便于观察，因此，将PCB与液晶屏幕设计于产品中间部分。与重力传感器上下对称位置设计电池槽。为最小化产品尺寸，使产品内部空间尽量压缩紧凑，因此在屏幕PCB板及触摸PCB板的元器件布局上，进行精确设计，在保证布线布通率和飞线连接的前提下，就近放置有连线关系的元器件。设计合理版图，充分考虑外部连接布局，优化内部电子元件的布局，优化金属连线和通孔的布局，充分考虑电磁保护和热耗散等多种因素。

3.3产品的装配和维护

方便装配与维护，注重产品整体效果是本设计中考虑的两个重点。因此，除PCB板外及重力传感器与挂钩的连接处以外，其余部分全部采用无螺丝的卡扣设计。如何使传感器与挂钩的连接螺丝能够方便装配而又不影响整体效果，成为了一个难题，本设计中创新性的设计了一个凹于整体平面的装配口，再设计插片巧妙的将装配口遮盖起来，从而解决了难题并统一了整体风格。背面设计电池槽与电池盒盖，方便更换电池及进行后期维护。

4三维实体几何建模与产品化流程

4.1三维实体模型的产品化流程

三维实体模型的产品化流程基本思路是：首先，使用SinmensNX软件建立三维实体模型，然后将制作好的三维设计图导出为stl格式，然后将文件导入到MakerWare软件中，设置导出3D打印格式x3g，进行快速成型。成型后进行装配测试。如果测试不合格则对照测试结果进行三维模型的修改，再次快速成型，反复测试，直至合格。合格后进入工业级3D打印机进行硅胶模具的开模，使用10-20个模具进行小范围测试，测试合格后按需求数量进行简易钢模或正式钢模的制作，投入使用。

4.2三维实体几何建模

本例中使用SinmensNX软件进行三维实体几何模型的建立。（SiemensNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。因其强大的功能，友好的界面广受开发者的好评。三维实体建模的基本步骤如下：按照之前对图像数据的分析，进行草图的设计和绘制，以挂钩为例。根据数据草图，在SinmensNX软件中进行建模操作。首先按设计尺寸画好轮廓线和截面线。执行“扫掠”命令，将截面选项设置为“三次插值”“圆弧长对齐方式”“横向缩放”，按起始点和方向顺序，依次选取四条截面线即可完成钩子的建模。按照以上方法，对产品各个几何模型进行建模操作，建模完成后，再将各部分几何模型添加到装配中，该几何模型将会自动成为装配的一个组件。装配完成后，使用配对命令对组件进行定位约束。为了方便查看装配中的组件及其相互之间的装配关系，我们可以建立装配爆炸视图，使各部分组件按装配关系偏离原来的位置。

4.3产品整体组装与测试

将三维设计图转换为stl格式导出，导入到MakerWare软件中，设置导出3D打印格式x3g，进行快速成型。成型后进行装配测试。测试完成后开硅胶模具，制作测试样品20台。装配完成后，本例选择在沈阳中医药大学附属医院进行小范围测试，配备输液过程实时监护仪15台，医护人员手持信息终端5台。启动系统后，患者进行输液时，即可不受限制，自行休息或娱乐，由终端自动报警，系统自动分配医护人员，医护人员就近处理。系统运行稳定性良好，无障碍及故障发生，得到医护人员与患者的好评。

5结语

篇9

关键词：PID算法；物联网控制；Android；空气

中图分类号：TP342 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0184-02

目前空气污染比较严重，空气净化设备十分必要。设计了一种可以在Android手机上实时显示监控室内简单空气质量PM2.5浓度、湿度、甲醛、苯等有害气体浓度，并对室内空气质量进行PID自动调控的系统。将传感器采集到的湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、苯浓度发送微处理器后在下位机上进行显示，微处理器能通过Wi-Fi模块发送采集到的信息到Android端的上位机并对采集到的数据进行显示，同时能在上位机设定好的数值，下位机通过PID算法控制能将室内湿度、PM2.5浓度、甲醛浓度、苯浓度稳定在设定的范围。经过微处理器的计算来控制相关设备的开关设备，利用远程调控，随时可打开该系统让其自行进行空气净化，给人舒适的生活环境。

1 下位机硬件设计

系统主要的部分由微处理器、通信模块、继电器控制模块、信息显示模块、温湿度检测模块和PM2.5检测等模块组成。

1.1 单片机最小系统

单片机采用MPC82G516，供电电压为5V。单片机的作用是对检测信号进行处理和输出设备的控制。其最小系统如图1所示。

1.2 PM2.5及有害气体检测电路

ZPH01空污粉尘传感器用其监控室内空气质量中的PM2.5浓度。ZPH01传感器还能检测甲醛、苯的气体浓度，同时，ZPH01传感器还能检测甲醛、苯的气体浓度，还能检测相关的可燃性气体浓度。为整个系统增添了一个可燃气体浓度报警的功能。工作原理图为2所示。

1.3 湿度测量电路

DHT11为数字输出，方便读取，其内置了感湿和感温元件，两个元件读取到相应的数据后，传入内部的单片机，经过内部的单片机数据处理之后，经过数据口以特定的时序传送出来。具体连线图如图3所示。

1.4 ESP8266串口WiFi模块

ESP8266串口WiFi模块支持无线组网模式。选择将其置于SoftAP+station共存模式，使得空气处理系统与下位机之间不需要直接相连即可进行通信，极大程度上的解决了空间上的问题。

1.5 TFT彩屏原理图

显示模块的主要作用为在下位机上进行各个参数的显示及菜单的显示，同时，在启动时，显示设备上会显示菜单信息，使用者可通过观看菜单上显示的各种调试信息对系统进行基本的设置和调控，进入控制模式时，显示屏幕上会显示各项参数的基本信息及操作者。

2 驱动电路

电路图如图4所示，单片机为处理中心，通过I/O口与各个模块进行连接，同时外部净化设备通过继电器与单片机连接方便控制。

3 下位机软件设计

主程序方面，当系统初始化完成之后便进入待机状态，等待外部信号的传入，当有按键按下或者通过远程通信对其进行控制时，系统通过预设好的指令，做出相应的选择。具体流程图如图5所示。

此外，系统还有TFT彩屏子程序、通信子程序、DHT11传感器子程序等。

参考文献

[1]沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社.2015.

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关键词：物联网；射频技术；无线传感器网络；云计算

中图分类号：TP393-34

文献标识码：A

文章编号：2095-1302(2011)01-0070-02

0　引言

物联网的概念首先是由麻省理工学院(MIT)的自动识别实验室在1999年提出的，在2005年突尼斯举行的信息社会世界峰会上，ITU的报告系统介绍了意大利、日本、韩国与新加坡的题案，并提出了“物联网时代”。物联网是在互联网的基础上，利用射频标签与无线传感器网络技术，构建一个覆盖全世界上所有人与物的网络信息系统。人与人之间的信息交互和共享是互联网的最基本功能，而在物联网上更强调的是人与物、物与物之间的自动交互和共享，它是实现物理世界与信息世界的无缝连接。连接到物联网上的物应该具有四个特征：地址标识、感知能力、通信能力和可控能力。因此，物联网需要三大关键技术来支持，这三个关键技术分别是：感知、传输、计算。

1　物联网的三大关键技术

1.1射频技术一智能感知技术

射频技术应用系统由RFID标签、RFID读写器、RFID数据管理系统组成，它是真正能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享实现对物品的“透明”管理。图1所示是RFID系统的结构和工作原理。

目前RFID技术已经成功的应用于物流业、零售业、医疗卫生、机场、交通、身份识别以及军事领域。2006年，国家科技部等16部委了《中国射频识别技术策略白皮书》，确立了“RFID技术与应用”的重大项目。2009年6月20日由科技部联合25个部委，行业协会召开了“中国射频识别技术与应用发展报告”，提出了RFID信息服务业和RFID信息内容运营业的产业发展模式，提出了从工具型应用向资源型应用转变的新思维。

1.2无线传感器网络一通信传输技术

泛在化的感知能力是物联网的重要特征，支持普适计算的关键技术是无线网络。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现在复杂的指定范围内对目标进行检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。

传感器、感知对象和观察者构成无线传感网络的三要素。如果说传统的网络强调的是端到端的数据传输和共享，中间的节点和路由器只是起到分组转发的功能，那么在无线网传感器网络中所有的节点除了参与数据转发之外，还要对数据进行采集、处理、融合、存储的功能。目前，对传感器网络最主要的限制是节点携带的电能有限。在使用过程中，可能有部分节点因为环境因素或能量耗尽而失效，这样就使得传感器网络中的节点数量动态变化，使得系统不稳定。这就需要系统具有动态重构能力。

1.3计算机技术一物联网的计算工具

1.3.1普适计算技术

普适计算的重要特征是无处不在与不可见，无处不在是指随时随地访问信息的能力，不可见是指在物理环境中提供多种传感器设备，嵌入设备和移动设备使得可以在用户不察觉的情况下进行计算、通信、数据采集和提供各种服务。它的核心是以人为本，而不是以计算机为本。普适计算强调的是把计算嵌入到日常环境中去，让计算从人们视线中“消失”。

1.3.2云计算技术

云计算是支撑物联网的重要计算环境之一。它是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算的基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。

物联网智慧的感知中国与世界的目的给计算机领域的数据自动采集、可靠传输与智能处理技术的研究提出了重大的课题。高性能计算机为物联网应用提供了重要的计算工具，普适计算的“环境智能化”研究为物联网技术奠定了重要的理论基础，云计算为物联网应用的推广创造有效的商业模式。

2　物联网的典型应用

日本的一幢大楼里安装了两万个连网的温控传感器，大楼里面不同房间在不同时间所要求的温度不同，利用传感器测量房间的温度，控制系统按照需要的温度对空调进行智能调节。通过实验，这项技术节约的电量可达到29.4％。

过去人们一直是将物理世界的社会基础设施(高速公路、机场、电站)与信息基础设施(互联网、信息库、数据采集)分开规划，而物联网的概念是将人、物品、网络、信息统一在一个基础设施上，通过将现实的物理世界与信息世界融合，利用信息技术提高物理世界的资源利用率、节能减排，达到改善生活的目的。

3　结语