物联网综合应用实训室是一个完整的物联网实训室，是集教、学、培训认证统一的实训平台，可进行各种无线传感器网络、智能视频技术等教学实验，能够模拟典型智慧校园、智能追溯等实际应用。通过实训培养物联网方面的高技能技术人才。并且学生、学员可就业于与物联网相关的企业、行业，从事物联网相关的工作。通过丰富多彩的物联网实验案例及体验，可以激发学生的想象力，充分调动学生的积极性，并提供多样化的集知识性和趣味性于一体的超强用户体验。让学生可以在实训室就能看到行业内的现状，培养学员动手设计的能力，成为有特色能力的专业技术人才。可以按照学生自己的兴趣爱好分配实训系统，专业，专注，针对性强。

1.1物联网综合应用实训室

1.1.1实训功能概述

1、综合应用实训

认知型实训包括：

安全生产操作相关的技术规范要求和相关术语的学习；

安全用电工作知识的学习；

物联网应用场景需求分析与业务设计；

常用物联网应用软件基础知识的学习；

安装布线标准规范性知识的学习；

物联网终端的基础概念、结构及功能的学习；

物联网标识信息的读写；

计算机操作与通信基础理论的学习；

应用程序的下载与安装；

常用电气设备符号的识别；

电气设备安装知识的学习；

强电、弱电环境下工作的安全性知识的学习；

系统化思维及绘图工具使用知识的学习；

常用专业工具使用方法和技巧的学习；

常用检测仪器操作及测量方法的学习；

电工及调试工具的应用；

有线、无线网络环境搭建和调试；

物联网终端设备电路工作原理的学习；

故障排查、测试及维修环境条件；

检测设备及工具的限制与使用；

不可靠终端设备对应用场景的预防性判定和维修；

电气设备的巡检、测量技术的学习；

云平台系统、终端排故的软件技术的学习；

网络环境搭建、配置与连接；

Modbus RTU/ Modbus TCP 标准通信协议的学习应用；

采集数据的展示及组态设计；

物联网平台私有云、公有云架构知识；

通信协议标准及工业设备的 IoT 协议的学习应用；

Web API 及 Android API 开发；

常见的数据分析；

数据库基础知识的学习；

数据库的基本操作；

规则引擎知识学习与应用；

用户界面设计的基本原则和方法的学习与应用。

实操型实训包括：

锻炼沟通需求、合作交流能力；

阅读并理解系统需求文档；

识读电气原理图；

熟练使用绘图设计软件；

编写方案设计文档和报告；

利用检测仪器测试网络跳线；

选用网线并利用工具制作网线跳线；

搭建和配置有线、无线网络；

正确添加、管理物联网设备并进行参数设定；

正确配置、使用串口调试工具软件；

实现实时数据展示和场景联动；

识读软硬件说明书；

判定运行错误的原因及需要采取的措施；

利用专业工具和检测仪器，检测、调试与更换有缺陷、工作不正常的终端和应用模块；

分析故障现象并根据工作原理判定故障点，即时维修；

完成维修报告并制定预防性维护计划；

对检修流程及结果有效使用数字文档；

参照相关行业标准开展终端设备更换与维修操作；

更新、卸载应用软件程序；

正确使用专业工具安装、拆卸设备；

识读电气工作原理图、接线图；

编制系统开发、应用说明文档；

阅读技术文件、绘制开发测试流程；

使用C 和java 完成应用辅助开发；

排除软件系统出现的故障和问题；

掌握物联网边缘设备联动规则；

利用 SQL 语句对数据库进行操作；

设计用户需求产品的原型。

2、项目案例实训

智慧牧场

智慧牧场课程案例，通过在AIoT平台的仿真实验工具中部署LoRaWAN网关、温湿度传感器、GPS传感器等案例所需的相关仿真设备，模拟智慧牧场项目场景下的现实设备部署情况，运用GPS、LoRa等现代物联网技术，实现对牧场环境的监测、对奶牛的定位、对牧场安全的监控等监测与管理。

模拟智慧牧场系统还引入使用开源软件平台ChirpStack与ThingsBoard，结合LPWAN技术，实现远程低功耗数据采集、上报和展示。在ChirpStack平台上，用户可对网关、GPS、温湿度传感器等设备进行配置，以上送仿真实验中的虚拟数据。在ThingsBoard平台上，设置牧场地图、告警信息、温湿度等各仪表盘组件；获取仿真设备上送的数据，并将数据以图表形式作可视化呈现；以及基于流式编程添加相应的规则策略，最终完成模拟智慧牧场实训场景的部署搭建。

智慧牧场实验流程

图：智慧牧场课程案例，使用GPS对奶牛位置进行定位，通过LoRa网络将位置信息上报，使用ThingsBoard平台的电子围栏工具结合腾讯地图，实现奶牛越过电子围栏时发送警报提醒。

图：智慧牧场课程案例，在牛棚内安装温湿度传感器和排风扇，在ThingsBoard云平台上制定规则策略，当棚内温度过高时自动开启排风扇对牛棚进行降温，以保障奶牛养殖环境处在适宜的温度下。

智能家居

智能家居案例，基于TCP协议，在AIoT平台的仿真工具上，部署TCP网关模块，并通过配置所选用的无线传感器的设备标识，实现网关与光照度、温湿度、门磁、烟雾等无线传感器的互连，获取上送无线传感器的虚拟数据，模拟现实生活中智能家居设备的部署搭建。

AIoT平台向用户推荐提供Home Assistant开源系统进行智能家居案例实现。Home Assistant作为一个基于Python3的自动化智能家居平台，支持众多品牌的智能家居设备部署，方便手动或按照自己的需求自动化联动各种外部设备，可通过Node-RED管理设备的自动化规则，直观展现传感器设备在不同环境下实现的功能。用户还可自主绘制并导入智能家居场景平面图，设置相关传感器设备的位置，提高用户体验感。

智能家居实验流程

图：智能家居课程案例，使用自动化智能家居平台Home Assistant，对安装好的感知层设备进行数据的浏览和各种自动或手动的执行操作。

智慧温室

智慧温室案例，引入了ThingsBoard IoT Gateway开源解决方案，在AIoT平台的仿真工具中部署ThingsBoard gateway网关，以连接ThingsBoard云平台，便于上送温湿度传感器数据，搭建恒温机执行器模块。基于ThingsBoard平台，用户可在仪表盘内添加设置智慧温室场景、温湿度显示设备等组件，获取仿真实验中上送的虚拟数据，以动态曲线的形式作可视化呈现；用户还可根据案例要求，在ThingsBoard平台的规则链库中，自主编辑设定规则引擎，实现智慧温室的恒温控制与异常告警。

智慧温室实验流程

图：智慧温室课程案例，使用ThingsBoard云平台的规则引擎，通过低代码的开发形式制定规则策略，根据室内与室外的温度状态自动判断和执行恒温机以及空气循环器的开启和关闭。

图：智慧温室课程案例，使用ThingsBoard云平台的仪表板，对感知层设备上送的温室环境数据与设备状态进行展示。

1.1.2教学资源

1)物联网综合应用实训

2)配套教材

《AIoT在线工程实训平台（实训指导手册）》

3)配套电子档资料（U盘）包含安装资料、工具软件、设备驱动、案例DEMO等。

1.2物联网综合应用实训平台介绍

1.2.1核心产品概述

物联网工程应用实训系统3.0是硕博基于物联网感知识别、网络通讯、平台应用等架构体系设计开发的竞赛产品，以培养物联网行业应用综合化技能型人才为目的，面向物联网、计算机、电子、网络等相关专业，可支持物联网相关专业教学、实训、竞赛。

物联网工程应用实训系统3.0，包括感知层套件、传感网络套件、智能识别套件、网关及网络设备套件、物联网实训工位、物联网云平台、AIoT在线工程实训平台。为了更贴合行业对物联网技术应用型人才的需求，平台以当前物联网行业技术发展趋势及各中高职院校针对物联网专业方向的人才培养方案为基础，结合ZigBee、NB-IoT、LoRaWAN、RFID、传感网、边缘计算、Docker容器、物联网开源平台等成熟的行业前沿技术，提供了多个可商用落地的物联网实训项目案例--智慧牧场、智能家居、智慧温室，且后续还将以模块化的形式对实训项目案例资源进行更新迭代。

物联网工程应用实训系统3.0的实训教学包括物联网故障维修与运行维护、物联网方案设计与升级改造、物联网应用开发与调试、物联网网络搭建与配置、物联网软件部署与系统集成、物联网平台运行维护等内容。其中，项目案例实训涵盖多组物联网平台核心组件部署及应用、多组网关软件实施、规则引擎配置、多种物联网传输方式及协议（Modbus, ZigBee, LoRaWAN, MQTT等）应用，可通过物联网工程仿真工具对感知层设备进行连接及配置，并建立设备与云平台的连接。

物联网工程应用实训系统3.0基于当前物联网的市场需求与技术趋势，对典型的行业应用案例进行设计实现，向行业及广大院校提供了更贴合物联网技术应用人才培养需求的实训方案。

1.2.2产品特点

l教学

物联网工程应用实训系统3.0的设计开发，以及其对于实训教学的创新及优化，基于广大院校的物联网专业的人才培养方案，聚焦物联网产业链中平台层的设备管理平台、系统、软件开发以及应用层的智能终端、系统集成应用服务，秉持"从物联网技术理论的学习，到物联网实操技能的训练，最终达到物联网专业岗位能力提升"的教学理念，实现满足企业与院校对物联网专业人才培养的需求，向行业输送掌握与物联网技术应用相关的专业和业务知识，且具备物联网生产施工、技术服务、系统运维等能力的物联网创新技术技能型人才的目的。

l平台

产品通过在线实训平台向用户提供了智慧牧场、智能家居、智慧温室等可商用落地的智慧项目实训案例资源，可对接物联网环境感知设备、模拟物联网项目的设备数据、部署开源软件及系统，配套丰富的真实设备资源，以支持用户完成相应的实训任务。平台具有高效的虚拟机容器调度管理机制，可向用户分配独立的Linux虚拟机，且达到摆脱硬件条件的限制，使用户可随时随地进行线上学习的目的。平台提供的实训案例资源涵盖的技术热点丰富，案例项目设计整体性较强。对在线实训平台的引入，同时也解决了设备管理困难、学习场所局限、工程化项目应用率低等实训难题。

l扩展

软硬件系统采用平台化、模块化设计。物联网实训工位采用网孔板设计，可根据需要调整设备的安装位置和数量。在线实训平台提供了丰富的仿真设备和应用服务，用户可根据需求设计物联网应用场景，拓展教学内容。

l配套

配备针对设备完整的物联网实训指导书、完整丰富的教学实训素材资源、以及基于设备系统的物联网教学资料。

1.2.3产品组成

1.2.3.1 关键设备介绍

1)物联网实训工位

（产品外观参考）

Ø  基于人体工程学设计，便于学生站立操作使用，外观精美；

Ø  配备多种常用规格的强弱电供电系统，满足工位上各类物联网行业应用套件的供电需求；

Ø  设计有安全配电箱，带有安全漏电保护系统，确保系统使用安全可靠；

Ø  集成走线槽的网孔操作面板可方便学生安装及部署相关物联网设备；

Ø  工位可变形为竞赛模式或实训教学模式，根据不同应用场景需求灵活选择。

2)物联网中心网关

Ø  内置四核Cortex-A17 cpu与ARM Mali-T764 GPU,支持TE,ASTC,AFBC内存压缩技术

Ø  图像处理支持OPENGL ES1.1/2.0/3.0,OPEN VG1.1,OPENCL,Directx11，内嵌高性能2D/3D加速硬件，支持4K、H.265硬解码10bits色深、HDMI2.0，支持1080P多格式视频解码1080P视频编码，支持H.264,VP8和MVC图像增强处理

Ø  提供硬件安全系统,支持HDCP2.X，支持ATECC608A芯片硬件加密

Ø  提供6大接口

Ø  支持OpenCV机器视觉库、支持TensorFlow

Ø  IOT：支持硕博物联网云平台（基于SHA256、PRF、HMAC-SHA256、HKDF、ECDSA、ECDH、AES算法加密密文通信)

3)物联网应用开发终端

（物联网应用开发终端）

Ø  支持通过网关连接和通过串口与采集器直接连接两种数据采集方式

Ø  显示内容丰富，界面友好

Ø  多通道数据传输，支持WiFi、串口、RJ45等多种数据传输方式

Ø  可旋转支架

1)  LPWAN教学套件关键设备

l   NB-IoT模块 

Ø  内置Cortex-M3(32位），主频支持 32 kHz 到 32MHz，64K FLASH,16K RAM,4K EEPROM,支持ADC（12位）24个通道；

Ø  支持频段B8(900MHz),B5(850MHz)；

Ø  支持AT指令：3GPP TR 45.820和其它AT扩展指令；

Ø  下载方式支持UART；

Ø  数据传输

a)    数据传输:100bps<bit rate<100kbps (TBD)；

b)    协议栈:Supports 3GPP Rel.13 NB-IoT air interfaces and protocols [1]；

c)    调制:Integrated radio transceiver, protocol processor and stack supporting BPSK and QPSK for OFDM downlink; BPSK and QPSK for SC-FDMA uplink；

d)    覆盖:Up to +20 dB extended coverage compared to GPRS (164 dB Maximum Coupling Loss)。

Ø  5V供电，支持节点盒独立供电方式；

Ø  支持OLED液晶：128x64；

Ø  支持SWD调试接口；

Ø  支持传感器扩展接口。

l   NEWLab智慧盒

Ø  支持USB供电，采用USB-B型母口；

Ø  内置1000mAh可充电锂电池，其接入状态可通过滑动开关切换，并带有充电管理功能，电池充电状态通过红绿指示灯提示；

Ø  具备一个RS-485接口，可将带有互动模块的NEWLab实验模块连接到其它带有RS-485通信接口的设备；

Ø  内置UART-USB2.0转换电路，实现NEWLab实验模块与PC机的数据通信。

l   LoRa模块

Ø  模块工作电压：3.3V，5V；

Ø  无线工作频段：401-510MHz；

Ø  无线发射功率：Max. 19±1 dBm，接收灵敏度：-136±1dBm (@250bps)；

Ø  采用LoRa 调制方式，同时兼容并支持FSK, GFSK,OOK 传统调制方式；

Ø  支持硬件跳频（FHSS）；

Ø  与MCU的通讯接口为SPI；

Ø  板载M3内核微处理器STM32L151C8，主频最高32MHz，1.25DMIPS/MHz，64Kbytes Flash，32Kbytes RAM，4Kbytes Data EEPROM，SWD调试接口，UART程序下载；

Ø  支持SPI/I2C接口的1.3英寸128×64 OLED屏；

Ø  带扩展接口，可以连接各种实验箱、传感器小模块；

Ø  支持全速USB 2.0接口；

l   LoRa网关

Ø  工作电压：DC 5V 2A

Ø  通讯协议：支持LoRa、WiFi、以太网通讯

Ø  WiFi技术参数：

a)    兼容IEEE 802.11 b/g/n协议，内置完整TCP/IP协议栈；

b)    WiFi 2.4GHz，支持WPA/WPA2安全模式；

c)    支持TCP、UDP、HTTP、FTP；

d)    支持Station/SoftAP/SoftAP+Station无线网络模式；

Ø  LoRa技术参数：

a)    工作频段：410-441MHz（出厂默认为433MHz）；

b)    支持多种调制模式，LoRa/FSK/GFSK/MSK/GMSK/OOK；

c)    无线发射功率：约30dBm（最大功率约1W），接收灵敏度：约-148dBm；

d)    通信距离：可达10km（测试环境下）；

e)    空中速率：LoRa模式下0.018k-37.5kbps（出厂默认为0.3kbps），FSK模式下支持高达300kbps；

Ø  以太网技术参数：

a)    集成硬件TCP/IP协议栈，支持TCP、UDP、IPv4、ARP、ICMP、IGMP以及PPPoE协议；

b)    内嵌10/100Mbps以太网数据链路层和物理层；

c)    支持自动协商（全双工/半双工模式）；

d)    支持8个独立的端口（Socket）同时连接；

2)   行业实训套件关键设备

lZIGBEE智能节点盒ZigBee智能节点盒是一种物联网无线传输终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。无线通信模块采用 TI  CC2530  ZigBee标准芯片，适用 于2.4GHz、IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 应用。外壳采用铝合金结构，坚固耐用，抗干扰能力强。提供多路I/O，可实现2路数字量输入输出；2路模拟量输入功能；2路数字量输出。 提供标准RS485接口，可通过USB线。连接PC进行数据通讯。可外接电源供电，或用自带电池供电，适应不同环境的供电方式其应用领域可为：家庭建筑物自动化，工业控制测量和监视，低功耗无线传感器网络等各方面应用。

Ø  长•宽•高：110.2*84.1*25.25（mm）

Ø  电池容量：1000mAh

Ø  主芯片： CC2530F256，256K Flash

Ø  输入电压：DC 5V

Ø  温度范围：-10℃～55℃

Ø  串行速率：38400bps（预设），可设置 9600bps，19200bps， 38400bps， 115200bps；

Ø  无线频率：2.4GHz；

Ø  无线协议：ZigBee2007/PRO；

Ø  传输距离：80m

Ø  发射电流：34mA（ 最大）

Ø  接收电流：25mA（最大）

Ø  接收灵敏度：-96DBm；

l   UHF射频读写器

Ø  充分支持符合 ISO18000-6B、EPC CLASS1 G2标准的电子标签；

Ø  工作频率 902～928MHz(可以按不同国家或地区要求调整)；

Ø  以广谱跳频(FHSS)或定频发射方式工作；

Ø  输出功率达至 26db；

Ø  读取距离1~3米；

Ø  低功耗设计，适配器电源低电压供电；

Ø  支持 RS232用户接口；

l   千兆交换机

Ø  接口数量：8 port 10/100M/1000M Auto MDI-MDIX RJ45

Ø  通信标准：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3x、IEEE 802.3az

Ø  网络媒体：10Base-T,cat3 or above UTP,10Base-Tx,cat5 UTP

Ø  数据速率：10/100M/1000M

Ø  转发速率：10 Mbps / 14,880 pps ,100 Mbps / 148,800 pps, 1000Mbps/1488000pps

1.2.3.2 应用软件系统

1.2.3.2.1功能列表

1.2.3.2.2重点功能介绍

1.2.3.2.2.1软件系统功能

AIoT在线工程实训平台的软件功能主要可分为教学管理平台、实验模块和实训课程案例资源三个部分。其中，教学管理平台分为学校管理员、教师、学生三个用户端；实验模块主要有物联网工程仿真和物联网项目软件部署两大功能。

1、学校管理员端

学校管理员端主要有新增课程、新增班级、添加教师和学生用户账号、下发教学任务以及对教师端上传的资源进行审核。

（1）新增课程

进入课程管理，完善所需的课程信息（课程编号、课程名称、课时数、课程方向、课程等级、课程资源）后新增课程。

（2）新增班级

进入班级管理，输入班级名称并保存，完成班级添加。

（3）添加教师账号

进入教师管理，输入所需添加的教师用户的电话和名称，点击保存即可完成添加。

（4）添加学生账号

进入学生管理，可手动输入学生的姓名、学号、电话、用户密码、班级进行学生账号的添加，也可通过导入Excel批量导入添加学生账号。

（5）下发教学任务

进入教学任务管理，根据课程需要，输入任务编号、任务名称、任务时长、课程并指定任务教师和任务班级，新增并下发教学任务。

（6）资源审核

教师端上传的教学资源将进入学校管理员端的资源审核管理，学校管理员审核通过教学资源后，该教学资源上传至公共资源；若教学资源未通过审核，则退回至教师端。

2、教师端

教师端主要功能为教学管理和资源管理。

1.教学管理

教学管理主要包括查看教学任务、下发学生任务、查阅学生任务完成情况并评分，以及利用已上传的教学资源进行自主学习，作备课准备。

（1）查看教学任务

教师用户登录教师端进入实验中心即可查看被分配的教学任务。

（2）下发学生任务

教师可根据学校管理员下发的教学任务及课程安排进行学生任务的布置下发。

（3）查阅学生任务完成情况

进入学生任务详情，可查看各学生的任务完成进度。

（4）对已完成的学生任务进行评分

进入已完成的学生任务详情，图文、习题任务由系统自动打分，仿真和终端由教师手动打分。系统自动打分的任务，教师可修改所评分数。

（5）自主学习

教师可对公共资源进行验证，及执行资源中的任务，相关任务与学生任务操作相同。

2.资源管理

资源管理主要包括查看公共资源、添加上传教学资源以及上传课件、实训、习题资料。

（1）查看公共资源

教师可进入公共资源查看相关的资源信息，以便备课需求。

（2）上传教学资源

教师可根据教学需要,上传教学资源。教学资源上传后，需提交至学校管理员端进行审核，审核通过后即可上传至公共资源。

（3）上传课件、实训、习题资料

进入课件管理、实训管理、习题管理，添加上传教学资源所需的课件、实训资料以及习题。

3、学生端

学生端主要功能为进行教师端下发的学生任务，以及根据上传的公共教学资源进行自主学习，可根据项目案例资源，进行物联网工程仿真及物联网项目软件部署操作。

4、物联网工程仿真

物联网工程仿真可进行传感层设备的仿真连线与配置，同时提供物联网项目数据服务，包含丰富的传感器、采集器、执行器设备，在技术上涵盖了大量主流的传感技术，例如：LoRa、NB-IoT、ZigBee、ModBus、CanBus等。

它具有以下特点：

l   从外观、连线到传输协议，高度还原真实硬件设施及配置；

l   连线简单，支持在线自主验证和智能验证，缩短实验耗时；

l   提供多样化设备模拟库，解决硬件资源受限的短板；

l   整体使用灵活，强化了自行设计概念。

5、物联网项目软件部署

AIoT在线工程实训平台，采用Docker容器技术，为每个学生提供随账号绑定的Linux虚拟机，使每个运行环境及资源相互独立，互不影响，通过命令输入方式进行软件部署、监控资源占用和运行等情况。学生端通过浏览器远程登录Linux虚拟机终端，进行传输层的项目软件部署，编辑关联的配置文件，实现对Modbus、ZigBee、LoRaWAN、CANbus等协议设备的南向对接，并将采集到的数据传输至北向的物联网云平台。

同时，平台引入ChirpStack、Node-RED、ThingsBoard、Home Assistant等丰富的开源物联网软件资源，融合工程仿真和行业设备，实现物联网的感知层设备、网关及网络传输层、平台及应用层的数据链路完整性，保证底层数据采集到前端应用效果的展现。

3、环境检测系统：通过二氧化碳传感器、大气压力传感器、光照强度传感器、温湿度传感器，配合智能网关环境检测系统软件，实现农业大棚环境检测系统等物联网综合应用系统。

（1）二氧化碳浓度检测系统；

（2）大气压力检测系统；

（3）光照强度检测系统；

（4）温湿度数据检测系统；

4、家居安防环境监测系统：通过红外入侵、震动、燃气、烟雾、水浸、紧急按钮、红外对射入侵检测、门禁一体机、门锁、门磁、报警灯等工业级传感器，配合智能网关家居安防系统软件，实现智能家居安防系统，使学生们可以真正的了解与学习物联网无线传感网技术在智能家居上的应用。

（1）红外入侵监测系统；

（2）烟雾监测系统；

（3）水浸监测系统；

（4）燃气监测系统；

（5）震动监测系统；

（6）智能门禁控制系统；

（7）安防报警灯报警系统；

5、家电控制系统：通过运用WIFI插座、智能红外学习模块、路由器及Zigbee6模块等硬件，搭载WIFI、Zigbee等技术应用，通过智能网关家电控制系统软件实现对家居电视、风扇、电动窗帘、电灯等执行机构的智能化控制。

6、视频监控系统：WIFI摄像机与智能网关通过WIFI技术有机结合，通过对智能网关视频监控系统软件，实现对WIFI摄像机的云台控制功能。

7、远程抄表系统：采用国家标准规程的三星电表，运用无线传感网技术，将整套的物联网综合应用系统的用电量实时的上报至智能网关，也可将其运用至智能家居实训系统中，实时监测家庭用电量。

8、web远程访问系统：通过PC、平板电脑访问智能网关，远程实现环境监测、家居安防环境监测、家电控制、视频监控、远程抄表以及各种无线传感网节点的数据采集与观察。