物联网(Internet of Things, IoT)是一种通过互联网、传统电信网等信息载体,让所有普通物品与网络连接起来,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的新型网络概念。物联网技术使实体物品具备了“智能”,借助于各种传感设备,不仅实现了人与人之间的信息交流,还扩展到了人与物、物与物之间的通信。
物联网的基本工作原理是使用射频识别(RFID)、传感器、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等信息传感设备,将物品与互联网连接,通过网络获取和传递信息,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。物联网体系一般可以分为三层结构:感知层、网络层和应用层。
感知层是物联网的最底层,主要负责信息的采集和初步处理,包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各种传感器等。这一层需要解决的关键问题是感知和识别物体、采集和捕获信息。感知层技术的发展方向包括提升感知能力、降低功耗、实现小型化和低成本。物联网实验室通常会配备微型无线传感器、RFID、GPS等硬件设备。
网络层是感知层和应用层之间传输数据的桥梁,负责将感知层收集到的数据信息传递至应用层。网络层需要具备强大的数据传输和处理能力,保证数据的准确性和实时性。移动通信技术是物联网发展的基础条件之一,例如中国移动推出的机器类通信(M2M)应用,通过移动通信网络和感知层结合,提供了信息化解决方案。
应用层位于物联网体系结构的最上层,是物联网技术实现各种应用的界面和平台,如智能家居、智能交通、智慧医疗等。物联网实验室的实验系统中,应用层的建设包括各种实验资源,如基于控制器的基础实验、传感器信息采集实验、无线信号收发实验等。
物联网实验室的建设方案强调通过实践教学和实验来培养物联网相关技术人才。实验室不仅应包含硬件设备,还应包括软件资源和实验资源。软件资源方面,通常会配备系统网络软件、嵌入式网关软件、PC数据管理与分析软件等。实验资源方面,实验室可实现基于控制器的基础实验、传感器信息采集实验、无线信号收发实验、Zigbee网络通讯实验、组件控制实验等,这些实验能够帮助学生掌握物联网技术的实际应用。
物联网实验室的建设不仅需要硬件设备,还需要与之配套的软件环境和实验资源。微型无线传感器是物联网实验室中重要的硬件设备,它们可以分为多个种类,比如智能三项传感节点和智能触力传感节点,分别具备温湿度、光电、触力等传感器功能。这些微型无线传感器可以支持2.4G无线组网,具备按键输入和LED输出功能,并可支持电池工作,并且配有电池充电功能。
物联网技术的发展已经引起了全球各国的重视,很多国家已将物联网发展提升到战略高度,物联网技术与应用正在快速发展,成为经济发展的新动能。物联网的发展离不开技术标准的制定、人才培养和技术积累,各国都在积极推进标准体系的建设和物联网相关技术的研发和创新。物联网实验室的建设方案正是基于这样的背景和需求,旨在为学习和研究物联网提供一个系统的平台,培养出更多具有实际应用能力的物联网技术人才。