文 献 综 述
- 问题定义
物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命隆发展，随着物联网技术逐渐走向成熟，应用领域也迅速增加。主要基于RFID和ZigBee等技术的物联网应用越来越引起人们的重视[1-2]，迫切需要一个高性能和多功能的物联网实验开发平台。为了能让更多高校学生和企业可以深入了解物联网的原理、实现方法及其典型应用，并在此基础上对物联网应用进行进一步的开发，此次毕业设计目标设计并实现一套基于RFID和ZigBee等相关物联网技术技术的物联网综合实验系统的软件、硬件方案。物联网相关专业培养的是工程领域的技术技能人才，熟悉行业标准和技术规范、具备物联网项目工程实施技能和一定技术开发和创新能力是这类人才的基本要求[3]。
- 研究现状
物联网(Internet of Things,IoT)代表了未来计算与通信技术发展的方向,被认为是继计算机、Internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮[4]。最初，IoT是指基于Internet利用射频标签（Radio Frequency Identification，RFID）技术，电子产品编码（Electronic Product Code，EPC）标准在全球范围内实现的一种网络化物品实时信息共享系统[5]。后来IoT逐渐演化成为一种融合了传统网络、传感器。AdHoc无线网络、普适计算等的ICT（Information and Communication Technology）技术，并正在形成一种新的信息产业。
物联网通过各类感知信息传感设备，基于互联网、无线网按一定的通讯方式或传输协议实现物与物之间的信息交换。物联网可分成三个层次结构，感知传感层、网络通信层和计算应用层，感知传感层通过射频识别技术或传感器技术等来获得物质世界所体现的各类信息，并与移动互联网技术、移动通信技术等进行信息的传输与交换，并且采用智能终端等计算设备对所得到的各类信息进行处理与分析，从而提升对物理世界的感知，实现智能化的决策和系统控制[6-7]。
物联网通过射频、红外感应、GPS、激光等信息传感设备，按预先设定的协议，把物与移动互联网进行连接，实现信息的交换与通信，达到对物体的智能定位识别、跟踪监控或管理的目标。物联网不仅仅提供了具有感知能力的传感器，其本身的核心控制部分一般都是具有智能处理的能力的CPU，能够对物体实施智能控制，充分利用云计算、模式识别等各种智能技术，将从感知端获得的海量数据信息进行分析、加工和处理，以适应不同客户的不同需求，应用于工农业、服务外包业、交通运输、家居等几乎所有的领域[8]。物联网综合实验系统重点培养学生在物联网系统规划设计、部署调试、运行管理、应用开发等方面的关键技能和职业素养[9]。以组合实验箱形式承载有涵盖物联网、嵌入式、软件工程等教学领域的集成化实验实训，能支撑单片机、嵌入式、传感器、无线通信网、软件技术等课程的教学和应用开发。
根据前面对高校物联网相关专业的定位分析和综合试验系统的功能需求分析，可选择包含动物迁移、安防监控、环境监测等子系统在内的物联网应用为载体进行综合试验系统开发设计。其中，需要综合考虑以下基本要求：
- 多学科：既能支持传感器技术、单片机、ARM技术、自动控制技术、ZigBee无线传输技术、RFID技术、计算机网络技术、C／C#／Java应用开发技术等课程的教学，又能支持开设物联网典型应用案例的综合实训。
- 模块化：基于物联网三层架构设计，根据子系统功能进行模块化拆分，使整个系统无论是在纵向分层结构还是横向子系统耦合上都具有明显的模块化划分，这样处理的好处有二：一是在基于子系统开展的综合试验教学过程中，即便老师只基于某个子系统进行讲解，同学们也能很顺利的迁移完成其他子系统的实训；二是在创新开发中，师生可根据需要对各子系统进行任意组合，开发一些综合应用系统[10]。
- 可扩展：系统设计时需预留传感器和执行器件接口，以便接入扩展硬件和进行软件创新开发，实现“学习 创新 科研”的综合应用。
- 操作方便、效果直观：系统布局应便于开展实训：执行效果应直观，以利于提高学生实训的积极性。
总之，在设计中要在保持较高性价比基础上，通过直观和形象的应用场景，让学生感知物联网的应用场景。同时，要尽量开放产品的软硬件资源，配备详细的指导文档，便于用户二次开发。
典型的物联网系统的技术架构包括感知层、传输层、应用层三个部分，本综合试验系统采用典型架构设计，各层的功能如下：
感知层：从系统组成及技术功能上看，感知层主要由射频技术、条码技术、GPS技术、传感器技术等各种传感器节点和现场控制节点设备组成，用于实现传感参数采集和执行控制指令[11-12]。从实训功能上看，感知层重点培养学生对多种传感器的功能、特性、检测方法的认知及选型能力，对单片机（5l系列及CC25XX系列）的应用编程能力，以及根据系统业务需求及工程应用环境，规划节点的部署方法并按规范进行施工部署[13]。
传输层：从系统组成及技术功能上看，传输层通过特定的数据传输协议，如ZigBee[14-15]、LoRa、NB-IoT，实现网络互连，确保感知层采集的信息可靠、安全地传送，常见的网络层技术包括有线和无线传输技术、数据交换技术、组网技术、网关技术等[16]。从实训功能上看，传输层重点培育学生对物联网产品配置与应用的技能，以及对单片机（CC25XX系列）或嵌入式处理器的应用开发能力[17-18]。
