农业院校物联网信息平台及应用实验室建设研究

摘要：随着科技的迅速发展，物联网在农业上的应用越来越广泛。在物联网实验室建设过程中，各大学都充分发挥和利用着自身的优势或特色。文章结合学校物联网专业人才培养目标的建设，介绍了作为农业院校物联网信息平台及应用实验室的建设思路、规划和过程，以便充分发挥农业院校的科技与人才优势，更好地服务于“三农”。

关键词：农业院校；物联网；信息平台；实验室建设

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）11-0084-03

0 引 言

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性发展[1]。物联网相关专业是以计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程、控制以及软件工程等多个学科相融合的综合性专业学科。各高校在开设物联网专业时，必将结合本校传统优势学科，发展具有自身特色的物联网工程专业，涉及到实践教学改革、课程体系设置、师资队伍建设、实验和实践环境建设、教材建设等多方面的改革和创新[2]。

1 项目建设的背景

随着物联网的迅速发展，社会各行各业对物联网应用的需求越来越明显，作为国家科学技术发展主要力量的高等学校，建设物联网实验室并开展针对性的教学与科研，培养专业技术人才，有利于高校的学科发展和教学科研水平的提升[3]。

为了贯彻落实《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，促进山东省物联网产业和相关人才教育事业的发展，适应山东省对物联网高端专门人才的迫切需求，充分利用青岛农业大学作为省属农业院校的区域优势和教学资源，扩大青岛农业大学在信息类专业校企合作联合办学的成果，青岛农业大学于2011年在通信工程专业设置了物联网专业方向，并于当年开始招生，这样，学校的物联网实验室建设成为当务之急。

2 物联网信息平台及应用实验室建设目标

随着信息技术和网络技术的迅猛发展，社会对信息类专业人才的需求量越来越大，高校在培养应用型人才的同时，必须注重提升人才的创新精神和实践能力[4]，在物联网实验室建设过程中，结合本校物联网专业人才培养目标进行建设[5]。学校的物联网信息平台及应用实验室建设应本着培养学生具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术等基础理论的原则，以掌握物联网系统的传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能为目标，兼顾当前流行技术的发展趋势，注重各种技术之间的融合与灵活应用，注重创新实验及项目实践，将物联网技术真正融会贯通到实际应用中，包括物流管理、智能家居、环境监测、设施农业等。开设物联网基础性和专业性实验，从基础到深入、从原理到应用，全面体现物联网的各个环节[6]。

作为一所省属农业院校，青岛农业大学物联网实验室的建设应和农业类专业紧密结合，充分发挥农业院校的农业特色优势，以应用性为主，建立一个物联网信息平台及应用实验室。物联网信息平台及应用实验室除了可以进行各种无线传感器网络、嵌入式系统等教学实验外，还应当可以模拟典型物流、设施农业和环境监测等实际应用。物联网信息平台及应用实验室应当结合物联网传感层、网络层与应用层的特点，进行分层设计、理论联系实际的模块化结构解决方案。

青岛农业大学的物联网专业是和青岛东合信息技术有限公司联合培养的，合作采用121人才培养模式，即将本科四年的学习分为三个阶段：第一阶段以校内开设的公共课、基础课程为主；第二阶段主要以校企联合面向市场需要进行课程改革后的专业基础课和专业课为主，在保证专业基本理论与技能学习的基础上，突出物联网的基本理论与技能的学习；第三阶段以物联网的具体应用实例和要求进行操作、项目实战实训为主，进行技能、能力和创新意识的培养和训练。

关于物联网实验室的建设，目前尚处在探索阶段，如何构建功能、技术完备，符合高校自身特点，有效实现物联网技术的实验实践环节，推动物联网技术的迅速发展，是高校物联网实验室构建的关键[7]。物联网信息平台及应用实验室应针对高校物联网专业实际应用的多种需求来设计与建设，包括物流管理、环境监测、设施农业等。开设物联网基础性公共实验和专业性实验，应当从基础到深入、从原理到应用，全面体现物联网传感层、网络层与应用层的的各个环节[8]。

3 高校物联网信息平台及应用实验室体系结构

物联网分为感知层、网络层和应用层三层体系结构。感知层主要利用射频识别（RFID）、二维码、传感器、传感器网络等感知、捕获技术手段对物体进行信息采集和捕获；网络层主要通过各种通信网络与互联网的融合，将物体通过传感器网络接入互联网，进行信息交互与共享；应用层则利用云计算、模糊识别等各种智能技术，对获取的海量数据和信息进行分析处理，提高对物体、经济和社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策与控制[9]。

基于实验需求及物联网专业开设的实际需要，高校的物联网实验室可以分为基础教学和应用实训两部分。图1所示是一个高校物联网信息平台及应用实验室的体系结构。

3.1 物联网基础教学实验室

物联网基础实验室主要用于实现物联网专业中涉及到的嵌入式系统、传感器、计算机网络、单片机、无线通信、移动通信、通信原理等课程的实验操作。青岛农业大学物联网基础实验室是在现有计算机科学与技术、通信工程、电子信息工程等专业的已有部分相关实验室（如单片机、嵌入式系统、通信原理、网络技术等实验室）实验设备的基础上，由青岛东合信息技术有限公司提供基于Sigma86x系列平台的物联网教学实验设备。该平台为海尔软件有限公司中网社区家庭网关产品（Home Box）的教学版实验平台，可实现海尔网络家电控制系统、灯光窗帘控制系统、智能音视频系统、家庭安防系统、远程医疗系统、HOMEBOX媒体中心、中心控制系统（HOMEBOX、PC控制中心）等七大智能家居系统，可实现广域网与家庭网络的无缝接入。

物联网教学实验平台的硬件资源包括电源按钮、复位按钮、通用I/O接口，板上提供稳定的3.3 V、5 V、12 V电压，UART控制器，UART与RS232转换板IDE控制器、PCI总线，两个USB 接口，HDMI，色差及AV接口，以太网10/100控制器，E2PROM，64MB Flash，128MB DDR SDRAM，160GSATA硬盘等。

物联网教学实验平台具有丰富的接口，提供的扩展功能模块包括SD Card接口，可支持2 GB SD卡、USB键盘鼠标、ZigBee无线通讯模块、WIFI网络模块、RF通讯模块，红外接收器等功能。

3.2 物联网应用实训实验室

物联网应用实训实验室是根据学校现有的优势学科，主要建设涉及农业、环境监测、仓储物流、食品追溯，另外还将建设智能家居、智能安防等。现以环境监测为例介绍其功能及实现过程。

环境监测系统主要模拟农村田地环境的监测，以对田地的温度、湿度、气体、光照等各类重要的环境数据信息进行统一监控。通过该系统，学生可以了解现场环境勘测、传感器选型与架设、网络设计、数据传输、通信技术及数据管理系统等多方面的知识，提高实践演练和动手能力。其具体学习和工作过程如下：

（1） 数据采集

通过系统现场设置不同的传感器来分别模拟不同的环境，并通过传感器进行信息采集。传感器采集的信息先传送到附近的无线传感器网络（WSN）节点，再由节点完成数据格式转换后传送出去。

（2） 网络传输

网络交互部分主要由WSN 节点、Wi-Fi 模组及天线端组成。主要负责将无线传感器网络中的信息和Wi-Fi 摄像头信息通过无线交换机送到连接的Internet服务器中。

（3） 数据管理

传感器采集的信息被传送到服务器后，学习利用数据管理系统管理所有的数据，并通过专家决策系统对实际情况做出判断，最终进行决策。

4 结 语

物联网是一种技术，只有和具体的学科、专业相结合，才能充分发挥其优势。每个学校在建设物联网实验室时，都应该充分发挥本校的优势，和学校的优势学科相结合。我国是农业大国，农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智慧化的程度尤为重要。物联网技术在农业生产和科研中的引入与应用，是现代农业依托新型信息化应用迈出的一大步，可以改变粗放的农业经营管理方式，引领现代农业的发展。随着科技的迅速发展，物联网在农业上的应用会越来越广泛，一批关键农业信息感知技术和新兴产业培育问题也期待科技突破[10]。作为农业院校，只有充分发挥农业院校的科技与人才优势，才能更好地服务于“三农”。

参考文献

[1] 王良民，熊书明.物联网工程概论[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2] 王志良，闫纪铮.普通高等教育物联网工程专业规划用书[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

[3] 柯强.物联网专业课程建设探讨[J].物联网技术，2012（1）：80-82.

[4] 黄峥，古鹏.物联网实验室建设研究与探讨[J].实验技术与管理，2012，29（2）：191-195.

[5] 林莉，陈丽丽.高校物联网实验室建设规划[J].长春理工大学学报，2012，7（4）：23-24.

[6] 闫春娟.物联网专业实验室的创新建设[J].高校实验室工作研究，2012（2）：89-91.

[7] 付永贵.基于分组教学的高校物联网实验室构建研究[J].中国教育信息化，2011（5）：63-65.

[8] 张凌云，薛飞.物联网技术在农业中的应用[J].广东农业科学，2011（6）：146-149.

[9] 杜祥岭，刘加宁.构建高校物联网专业与实训中心探析[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2001，13（4）：118-122.

[10] 孙忠富，杜克明.物联网发展趋势与农业应用展望[J].农业网络信息，2010（5）：5-8.