農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初探

胡萍 李小順 唐劍

摘要：該文以北京農(nóng)學(xué)院為例，首先討論了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要條件，然后從學(xué)科基礎(chǔ)及專業(yè)必修課的課程實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和項(xiàng)目實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)幾方面探討了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，并且以將智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚和企業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室納入該專業(yè)實(shí)驗(yàn)室體系，作為農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的特色，以供相關(guān)人員參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)院校；物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0125-02

近年來，隨著國家將物聯(lián)網(wǎng)定位為一種重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，越來越多的高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)。作為一個(gè)新興專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目前正處于探索階段。本文以北京農(nóng)學(xué)院為例，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行了初步探討。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要前提

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，主要依靠國家和學(xué)校的在政策、資金、人力等各方面的支持。此外，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要前提還應(yīng)包括：

1）明確農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和特色。只有在前期明確了人才培養(yǎng)目標(biāo)和特色，才能做到結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。我校該專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和特色主要是以農(nóng)業(yè)為行業(yè)特色，同時(shí)注重培養(yǎng)能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)工程所涉及的多學(xué)科發(fā)展需求的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

2）對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的基本認(rèn)知。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，依賴于建設(shè)團(tuán)隊(duì)對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的基本認(rèn)知。

3）專業(yè)核心課程與實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。我校參考文獻(xiàn)1的規(guī)范[1]，設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)處理與智能決策、海量數(shù)據(jù)存儲、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、傳感網(wǎng)原理及應(yīng)用、RFID原理及應(yīng)用、傳感器原理及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論10門課程作為專業(yè)核心課程。 同時(shí)參考文獻(xiàn)2的規(guī)范 [2]將實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程分為核心課程實(shí)驗(yàn)與綜合課程設(shè)計(jì)兩大類。其中，綜合課程設(shè)計(jì)包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理綜合課程設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)傳輸綜合課程設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)感知綜合課程設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)。

4）分析利用計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)已有的實(shí)驗(yàn)資源。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有交叉性，依托于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、控制科學(xué)與工程等學(xué)科。因此，我們分析利用已有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)資源，則能避免實(shí)驗(yàn)室的重復(fù)建設(shè)。

2 農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

2.1課程實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

2.1.1學(xué)科基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

大多數(shù)高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中，學(xué)科基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)不需要建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)室。因?yàn)椋哼M(jìn)行電路與電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，可利用原有的“電工電子實(shí)驗(yàn)室”資源；完成組成原理實(shí)驗(yàn)或微機(jī)原理、匯編與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)，可利用計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)“微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室”資源；進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，可利用“計(jì)算機(jī)軟件實(shí)驗(yàn)室”資源。

2.2.2專業(yè)必修課實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)必修課實(shí)驗(yàn)，大部分是新增加的。很多高校都需要購置新設(shè)備，建設(shè)新實(shí)驗(yàn)室。在北京農(nóng)學(xué)院，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)和單片機(jī)原理與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)，利用了已有的“嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”資源。對于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理課程設(shè)計(jì)、云計(jì)算和智能信息處理技術(shù)部分實(shí)驗(yàn)，利用了已有信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的“信息處理實(shí)驗(yàn)室”的資源。對于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)部分在已有的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室”完成。由于我院這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室原本面積稍小，實(shí)驗(yàn)安排較多，已經(jīng)不能滿足物聯(lián)網(wǎng)傳輸實(shí)驗(yàn)的需求，因此新建了一個(gè)“無線通信原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”，以完成無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)等實(shí)驗(yàn)。新建無線傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室和射頻識別技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，完成傳感器與控制實(shí)驗(yàn)、RFID技術(shù)實(shí)驗(yàn)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)。建立物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，完成物聯(lián)網(wǎng)安全實(shí)驗(yàn)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)。

2.2工程實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

工程實(shí)踐是綜合性的實(shí)驗(yàn)。在課程實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)部分，解決了專題實(shí)驗(yàn)的需求。但是要突破課程之間的隔閡，建立知識的整體性、系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性就需要通過工程實(shí)踐訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn)。

2.2.1物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的模塊化設(shè)備

我校新建物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室用于工程實(shí)踐訓(xùn)練。由于特定的封裝度較高、集成式、一體化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)際接觸的真正設(shè)備有較大差異性，會(huì)產(chǎn)生教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的現(xiàn)象，且不利于學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)。因此，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，主要配置模塊化、開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)備。包括：配置信號發(fā)生器、數(shù)字示波器等基本硬件測試設(shè)備；配置多元化的物聯(lián)網(wǎng)感控模塊，如：CC2530、RFID、Crossbow等；購買了MSP430、Galileo物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板；還配備了嵌入式網(wǎng)關(guān)（Cortex—A8）、多種傳感器等。在該實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過網(wǎng)關(guān)控制各種不同通信平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)APP的控制系統(tǒng)。將這些設(shè)備結(jié)合“信息處理實(shí)驗(yàn)室”資源還用于我院研究生的科研。

2.2.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的資源整合

為了工程實(shí)踐訓(xùn)練，我們將多個(gè)原有的大型平臺進(jìn)行整合，形成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。

1）感知北農(nóng)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)景教學(xué)科研大型平臺。這個(gè)已有的大型平臺，包括：智能水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)、綠地智能灌溉系統(tǒng)、智能氣象環(huán)境檢測系統(tǒng)、校園治安管理系統(tǒng)、智能交通安全系統(tǒng)、中央控制臺子系統(tǒng)、手機(jī)和網(wǎng)頁客戶端平臺。在室內(nèi)以15平方米面積的北京農(nóng)學(xué)院實(shí)景沙盤模型為最大硬件載體；在室外，建立三處戶外氣象站以采集校園的氣象環(huán)境狀況。該平臺具有開放性。在沙盤的四周設(shè)計(jì)很多開放性的接口和空間，學(xué)生可將自己設(shè)計(jì)的各模塊方便的接入。該平臺是工程實(shí)踐訓(xùn)練最佳的實(shí)驗(yàn)資源。

2）計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心物聯(lián)網(wǎng)智能管理平臺。這個(gè)已有平臺，將全校計(jì)算機(jī)公共機(jī)房和我二級學(xué)院專業(yè)機(jī)房內(nèi)，安裝傳感器和執(zhí)行節(jié)點(diǎn)設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，將Zigbee無線信號轉(zhuǎn)換為適合以太網(wǎng)傳輸?shù)碾娦盘枺ㄟ^交換機(jī)與系統(tǒng)服務(wù)器相連，服務(wù)器中則安裝了軟件管理系統(tǒng)。該平臺包括了門禁管理、智能環(huán)境監(jiān)測和控制、視頻管理、安全報(bào)警等部分，是每天都在使用、學(xué)生每天上機(jī)都能看到的平臺，它工程性、綜合性極強(qiáng)，學(xué)生在親手操作和實(shí)際使用中訓(xùn)練物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維。

3）物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。它提供了各種類型的無線傳感網(wǎng)虛擬設(shè)備以及各種典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的模板，在該平臺下，學(xué)生能基于.NET和JAVA開發(fā)。

2.2.3智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚的特色實(shí)操訓(xùn)練

我們將已有的智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚納入到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室體系中。本文認(rèn)為這可作為農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的特色。

作為農(nóng)業(yè)高校的二級學(xué)院，我院獨(dú)立擁有現(xiàn)代化的溫室大棚336平米，它可實(shí)現(xiàn)對溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、環(huán)境控制、種植養(yǎng)殖智能調(diào)控、視頻監(jiān)控，以及對農(nóng)業(yè)大棚的遠(yuǎn)程控制等功能。

在該溫室有水肥一體化無土栽培的綠色植物、有循環(huán)水魚群、智能養(yǎng)殖的蘆花雞等等，都是真實(shí)的場景，學(xué)生可以在此實(shí)際設(shè)計(jì)、測試和調(diào)試自己的傳感器、智慧養(yǎng)雞手機(jī)APP系統(tǒng)、養(yǎng)魚環(huán)境檢測系統(tǒng)、智能大棚控制系統(tǒng)等。大棚內(nèi)還有一個(gè)2.5m×1.2m×0.8智能溫室群控制系統(tǒng)，供學(xué)生綜合設(shè)計(jì)時(shí)參考和調(diào)試使用。在智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚可以很方便地實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問題的能力。

2.3、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)習(xí)的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

我校在校內(nèi)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將企業(yè)請進(jìn)來講課及合作項(xiàng)目，同時(shí)企業(yè)帶領(lǐng)學(xué)生走出學(xué)校去實(shí)習(xí)、體驗(yàn)和參與真實(shí)的工程應(yīng)用項(xiàng)目。

2.3.1物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)開放實(shí)驗(yàn)室

在校內(nèi)的計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)中心，我們建立了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)開放實(shí)驗(yàn)室。在該實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，項(xiàng)目來源有教師的科研項(xiàng)目、與地方企業(yè)合作的橫向項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)室目前與安博集團(tuán)、北京聯(lián)創(chuàng)中控和北京宣羽科技公司建立了合作關(guān)系，邀請這些技術(shù)公司一線工程師課堂授課，并且與之合作開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件。

2.3.2北奧智能化農(nóng)業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

已有的北奧智能化農(nóng)業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，是我校與北京奧科美技術(shù)服務(wù)公司共建的。該實(shí)驗(yàn)室主要指導(dǎo)我院物聯(lián)網(wǎng)本科學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)習(xí)，幫助學(xué)生根據(jù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)智能化解決方案和從研發(fā)到運(yùn)營的全面解決方案。近兩年，該聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)出物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備7套。

2.3.3浪潮聯(lián)創(chuàng)教育實(shí)驗(yàn)室

學(xué)校與浪潮集團(tuán)有限公司、聯(lián)創(chuàng)中控（北京）教育技術(shù)有限公司簽署了共建物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)專業(yè)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，并掛牌“教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人-創(chuàng)新實(shí)踐教育基地”。以此為基礎(chǔ)的浪潮聯(lián)創(chuàng)教育實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)習(xí)、學(xué)科競賽等，使學(xué)生接觸到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一線的工程應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)踐，提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

3結(jié)束語

本文探討了農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，包括建設(shè)的必要前提和具體方案，并把將智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚和企業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室納入該專業(yè)實(shí)驗(yàn)室體系，作為農(nóng)業(yè)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的特色。

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