[发明专利]一种紧耦合的物联网教育实训系统及其实训方法

权利要求书

1.一种紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：包括目标对象模块、感知控制模块、服务提供模块、运维管控模块、资源交换模块和用户模块；

所述服务提供模块分别与感知控制模块、运维管控模块、资源交换模块和用户模块相联；感知控制模块分别与运维管控模块以及资源交换模块相联；服务提供模块通过感知控制模块采集目标对象模块的信息；用户模块分别与资源交换模块、运维管控模块以及目标对象模块相联；资源交换模块与运维管控模块相联；

目标对象模块包括感知对象和控制对象，所述感知对象是具有感知互动能力的传感器和执行器，所述控制对象是没有感知互动能力的对象；

感知控制模块包括物联网网关、传感器网络、电子标签、智能设备采集器、音视频采集器和位置信息采集器，所述感知控制模块是附着在目标对象模块中实际物体上的虚拟物体；

服务提供模块是紧耦合的物联网教育实训系统的核心部件；服务提供模块包括业务服务部分和基础服务部分，服务提供模块采用硬件集成化，具有可扩展接口和外设；

服务提供模块具有虚拟仿真环境，支持多种数据可视化技术，能够直接与物联网开放平台和第三方软件对接，教学和开发应用人员能够利用软件开发环境进行各种嵌入式及应用层软件开发；

服务提供模块内还具有知识库，知识库中具有知识、样本和案例；

资源交换模块包括信息资源交换部分和市场资源交换部分；资源交换模块具有与其他物联网线上线下资源的交互接口；资源交换模块还具有与线上的各种物联网开放平台、以及互联网上众多的第三方软件工具的交互接口；

运维管控模块提供保障整个系统正常运转的功能实体，所述功能实体包括运行维护系统和法规监管系统；所述运行维护系统包括系统安全管理、设备故障报警、设备维修流程、接入权限管理和用户信息管理；所述法规监管系统是应用实训和产品开发所需遵循的法规监管系统；

用户模块是紧耦合的物联网教育实训系统的针对用户对象，用户对象包括政府用户、企业用户和公众用户三类。

2.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：服务提供模块通过传感模块、传感执行设备、3.3V电压模块、隔离继电器模块和PWM调压模块来实现对现场环境的感知及操作；通过以太网模块、RS232模块、RS485模块、Modbus模块、Zigbee无线模块、WiFi无线模块、蓝牙无线模块、GPRS无线模块和LoRa无线模块来实现对感知数据和操作指令的双向传输；通过网关和上位机来实现信息的分析和处理。

3.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：服务提供模块内还具有知识库，知识库中具有知识、样本和案例。

4.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：所述控制对象包括物体或化学反应。

5.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：所述感知控制模块包括硬件节点、嵌入式软件、固件和应用程序。

6.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：所述外设包括温湿度传感器、步进电机、电吹风、轴流风机、加湿器、可调光LED灯、电控锁、报警器、模拟卷帘门、红外传感器、烟感传感器和震动传感器；所述接口包括RS232、TTL和RJ45。

7.根据权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统，其特征在于：所述物联网上线下资源包括线下的高校培训资源、企业职位需求、行业协会发布的行业动态和政府部门的行业政策。

8.权利要求1所述的紧耦合的物联网教育实训系统的实训方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按照目标对象模块中的实际场景以及用户模块的实际需求确定所需要感知控制的信息；

2）设置感知控制模块，确定采用的传感器和执行器类型，通过有线和无线的接口将采集数据上传到网关设备，并接收网关下发的控制指令；以TCP/IP统一协议将步骤2）中所述采集数据和控制指令输出给用户模块、服务提供模块、资源交换模块和运维管控模块；

所述采集数据包括温度、湿度、形变、光照和移动量；

所述控制指令包括开启、关闭和调整工作参数；

3）用户模块通过TCP/IP查询调用步骤2）中感知控制模块的采集数据，直接操作设备；服务提供模块通过网关调用步骤2）中感知控制模块的采集数据，向执行器发送操作指令；资源交换模块通过webservice调用步骤2）中感知控制模块的采集数据，并将该数据发送给第三方软件系统；运维管控模块调用传感器、执行器和网关的工作参数，并进行设备维护；

4）服务提供模块对步骤2）中感知控制模块的采集数据进行统计分析，向用户模块提供针对性的服务；资源交换模块通过webservice调用所述服务提供模块统计分析后的数据给第三方软件系统，运维管控模块调用服务提供模块的系统工作参数，并进行软件维护；用户模块通过屏幕、鼠标键盘、语音人机接口与服务提供模块进行数据交互，通过资源交换模块了解第三方软件系统的数据信息，通过运维管控模块了解物联网系统运行状态。