遼陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系 李笑巖

高職院校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)用傳感器探析

遼陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系 李笑巖

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，而傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，成為這一新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本文依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對(duì)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的需求，論述高職院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中物聯(lián)網(wǎng)用傳感器的選擇、設(shè)計(jì)和部署，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)、創(chuàng)新、科研的綜合應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng) 傳感器 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

一、前言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在“十二五”規(guī)劃中被列為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，這給物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展和建設(shè)帶來了前所未有的契機(jī)。隨著我國(guó)由“互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”到“物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”的過渡，作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展根本要素的人才培養(yǎng)顯得尤為重要。學(xué)習(xí)與掌握物聯(lián)網(wǎng)理論、技術(shù)、發(fā)展方向的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才稱為高職院校相關(guān)專業(yè)的核心培養(yǎng)目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域?qū)挿?，系統(tǒng)層次架構(gòu)復(fù)雜，但在物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)中的感知層——即傳感器及其構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)層面，是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最直觀和最合理的切入點(diǎn)。高職院校培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才，教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)很重要，把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，合理的教學(xué)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)合格人才的保障，也是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用方向建設(shè)的重要保障。傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)最為關(guān)鍵的部分，本文探討物聯(lián)網(wǎng)用傳感器選擇，以期對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)提供參考。

二、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器

1.物聯(lián)網(wǎng)用傳感器

技術(shù)架構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由RFID標(biāo)簽和讀寫器、各種傳感器、激光掃面器、攝像頭和GPS等感知終端組成，主要功能是識(shí)別物體、采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、專用網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，主要功能是傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，其主要功能是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。這其中，傳感器及其構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署大量節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成大規(guī)模泛在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)智能應(yīng)用的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)用傳感器通常包括嵌入傳感器標(biāo)簽、節(jié)點(diǎn)內(nèi)部傳感器，也包括射頻識(shí)別系統(tǒng)的傳感器標(biāo)簽。教學(xué)中傳感器節(jié)點(diǎn)的選擇應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)化接口功能的智能傳感器。

2.傳感器技術(shù)基礎(chǔ)

物聯(lián)網(wǎng)的端部就是各種類型的傳感器，傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)用傳感器常為智能傳感器，即具有一定信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理器，具有采集、處理、交換信息的能力，可編程實(shí)現(xiàn)高精度信息采集，而且成本低廉、功能多樣化。

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network）簡(jiǎn)稱WSN，是一種由大量小型傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)。這些小型傳感器一般稱作sensor node（傳感器節(jié)點(diǎn)）或者mote（灰塵）。由一個(gè)或者幾個(gè)基站（稱為sink）用來集中收集節(jié)點(diǎn)信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊四部分組成。傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。

4.高職院校物聯(lián)網(wǎng)用傳感器選擇

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門實(shí)踐技術(shù)，需要通過大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)來學(xué)習(xí)。學(xué)生可在教學(xué)過程中直接深入到實(shí)踐背景中，培養(yǎng)學(xué)生具備局部設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用、配置、維護(hù)、診斷、甚至一定的開發(fā)能力，實(shí)現(xiàn)高職培養(yǎng)與企業(yè)用人的無縫過渡。在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)傳感器選擇方面，既要滿足現(xiàn)有專業(yè)方向需要，又要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)拓展。

在配套傳感器的選擇和建設(shè)上，應(yīng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的真實(shí)性和開放性，系統(tǒng)里的控制與傳感器部件都以實(shí)際產(chǎn)品的方式呈現(xiàn)，每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都是真實(shí)的，使學(xué)生直觀了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，而不是傳統(tǒng)的開發(fā)板、試驗(yàn)箱、傳感器模塊。以工業(yè)智能物聯(lián)網(wǎng)和家居智能物聯(lián)網(wǎng)為實(shí)際應(yīng)用背景，在設(shè)備軟、硬件的設(shè)計(jì)中保留擴(kuò)展接口，學(xué)生可以基于接口進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和開發(fā)，在學(xué)習(xí)過程中不斷積累物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

三、結(jié)束語

高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)定位就是綜合型技能型人才。在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)中，物聯(lián)網(wǎng)用傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是教學(xué)內(nèi)容的核心環(huán)節(jié)，涵蓋培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論、方法和技能、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等。

［1］吳亞林.物聯(lián)網(wǎng)用傳感器［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012

［2］杜祥嶺.構(gòu)建高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與實(shí)訓(xùn)中心探析［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011

ISSN2095-6711/Z01-2015-10-0235