[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

说明书

技术领域

本发明一种紧耦合的物联网教育实训系统及其实训方法涉及一种物联网产品开发与综合培训的实践系统，特别适用于企业、科研院所和高校使用。

背景技术

目前市场上存在很多基于物联网的研发培训工具，但大多是实训台硬件设备的形式，缺乏行业和产品标准，只能实训单一的技能，无法在统一系统上进行跨学科、多行业的综合集成，且主要都还是以技能知识点训练为主，忽略对综合技术能力的培养，“重建设，轻应用”、“重硬件、轻软件”、“重知识，轻实践”，导致实训课程缺乏吸引力，学生学习缺乏积极性、主动性，毕业生实操能力弱，不能适应岗位要求，现有人才培养模式与企业岗位实际要求之间相去甚远。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种紧耦合的物联网教育实训系统及其实训方法，由目标对象、感知控制、服务提供、运维管控、资源交换和用户六大模块构成，在教学实训或产品开发过程中，按照工程项目实施方法，进行该系统的需求分析、方案设计、技术选型、产品集成、抗干扰设计、布局设计，然后由培训对象或开发人员自主进行功能模块的选择、安装、布线、接线，进而进行功能编程、整机调试等工作。通过该过程，培训对象能够经历一次实际的物联网应用系统产品的集成、安装和调试过程，企业也可以快速搭建产品原型，进行技术功能验证。系统将各种开发培训项目相关资源有机结合，有效提高实训用户的专业能力、方法能力和社会能力。

本发明是采取以下技术方案实现的：

紧耦合的物联网教育实训系统包括目标对象模块、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，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；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，是物联网系统售后服务应用实训的重点环节。

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，不同用户的需求分析是这一模块的重点。

所述控制对象包括物体或化学反应。

所述感知控制模块包括硬件节点、嵌入式软件、固件、功能和应用程序。

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调压模块等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无线模块等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。

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、烟感和震动传感器等；所述接口包括RS232、TTL和RJ45等，为不同的实训项目提供丰富的功能基础。