序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇物聯網智能教育，期待它們能激發您的靈感。

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隨著信息技術和互聯網技術的廣泛應用，人類社會步入了高度信息化的時代，信息獲取方式逐步從人工生成的單一模式向人工與自動獲取并重的模式發展，強烈的社會需求為物理世界與信息世界的融合提供了原動力，物聯網隨之撲面而來。

物聯網應用涵蓋的范圍小到家庭網絡，大到數字醫療、智能交通、公共安全，控件探測，甚至是國家和世界，受到了各國政府、產業界與學術界的高度重視。

物聯網對教育事業的促進作用也日趨明顯，尤其是基于RFID的校園一卡通工程對管理水平的提高為高校教育的改革和發展提供良好的技術支持，許多高校正在努力構建全面智能感知個性化服務的學習環境，實現新的教學環境：無處不在的網絡教學、 融合創新的網絡科研、透明高效的校務治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活，為教育學生提供良好的環境和設施條件 [1]。

本文作者通過對物聯網的研究，利用物聯網技術，構建了智能化集成教育系統，對物聯網技術支持下的教學進行了初步的研究和探索。

1 物聯網及物聯網技術

1.1 物聯網的定義和特征

物聯網在人類生活中的應用越來越多，但是人們對物聯網的定義任然沒有明確和統一。在比較各種物聯網定義的寄出上，根據目前對物聯網技術特點的認知水平，將物聯網定義為：物聯網是在互聯網和通信網等基礎上，針對不同領域的需求，利用具有智能感知、識別技術與普適計算等技術，自動獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨立尋址的物理對象互聯起來，實現信息化、遠程管理控制盒智能化的網絡，構建物物相聯的智能信息服務系統[2]。

物聯網中任何一個合法的用戶（人或物）可以在任何時候（Anytime）、任何地點（Anywhere）與任何一個物體（Anything）通信，交換和共享信息，協同完成特定的服務功能。

物聯網分為感知層、網絡層與應用層。感知層是物理世界與虛擬世界的紐帶，是物聯網的基礎。感知層主要負責信息采集，利用激光識別等技術實現物聯網中人與物、物與物之間的信息交互的傳感器技術。網絡層是物聯網規模應用的基礎設施，包含局域網、城域網和廣域網的各種接入網絡。應用層提供海量數據的高效、可靠地匯聚、整合與存儲，通過數據挖掘、智能數據處理與智能決策計算，提供安全網絡管理與智能服務。

物聯網是一個形式多樣、設計社會生活各個領域的復雜系統，從實現技術角度看，物聯網的特點是：網絡的異構性，規模的差異性，接入的多樣性。

1.2 物聯網關鍵技術

物聯網的多樣化、個性化與行業化的特點，使得物聯網涉及的技術種類繁多，從物聯網應用系統設計、運行、應用和管理的角度來看，物聯網技術主要包括：自動感知技術、嵌入式技術、移動通信技術、計算機網絡技術、智能數據處理技術、智能控制技術、位置服務技術和信息安全技術。物聯網技術的引入可以使得現實世界的物品互為連通.實現物理空間與數字化信息空間的互聯.使真實空間與虛擬學習環境實現比較有效地整合。它讓教學環境中每個物件形成數字化、網絡化、可視化特性，學生在課堂中就可以感知自然、感知真實的場景.有效地促進人機交互、人與環境的交互，加強了師生之間、生生之間的交流[3]。

2 智能教育系統概述

傳統的教學體制和教學系統僅僅是為學生提供了學習的空間，相對而言，智能教育系統為學生提供了一個全面的智能感知環境和智能學習服務平臺，有效地采集學生學習的相關信息，獲得個性化、智能化的學習和管理服務。

智能教育系統，能夠智能化的針對每一個學習者、每個學習階段的學習信息進行采集和處理，建立新一代的學習環境和交流環境，該系統能夠利用智能手機、RFID標簽與讀寫設備以及各類型的傳感器實時的采集教師的教學軌跡和學生的學習痕跡，同時進行統計分析和處理，把傳統的以“教”為主的教學形式，改變為以“學”為主的形式，更能調動學習者的學習積極性和主動性，及時反饋和調整教學內容，體現因材施教、因人而異的教學風格。

3 智能系統設計

物聯網技術的引入使得智能化教學環境的每個物件都具有連通性、技術性、智能性、嵌入性的特性，可以隨時捕捉、分析教師和學生信息，并進行反饋，提供一個物聯網智能化的教學系統[4]。

本文利用物聯網設計的智能化教學系統主要包括智能管理模塊、智能資源模塊、智能監測模塊、智能導學模塊、虛擬交流社區五個模塊，如圖1所示。

1） 智能管理模塊：實現對系統中學習者的信息管理、實施雙向教學評價考核、學習輔助工具集成和成績查詢等功能。

2） 智能資源模塊：在學生的學習資料和教師的教學材料中加入RFID標簽，使得這些資料置身物聯網之中，具有物聯網中多樣性、智能性、規模性、嵌入性等特性。通過互動終端通過3G/4G 網絡連接終端資料數據庫和多媒體庫，根據課程教學大綱提供的內容要求獲得關聯的教學資源，結果輸出到學生或教師所在的網絡終端[5]。同時存放專門針對移動學習優化過的大量課件資源、考試試題庫、知識庫、新聞消息庫和有關系統運行的數據等。

3）智能監測模塊：通過智能攝像頭、智能手機、智能測控設備等記錄和實時采集學生的學習痕跡和教師的教學軌跡。同時集成了學習評價系統，通過對學習者的學習時間、閱覽次數和學習地點、學習對象以及參與交流與協作的指標等進行統計分析，得出關于學習者的學習積極性、學習深度和學習效果等情況的綜合評定，連同學習后獲得的成績和學分一同記錄到后臺相關數據庫中[4]。

4） 智能導學模塊：通過數據挖掘、智能數據處理與智能計策計算，將智能監控模塊中采集來的數據進行有效的整合、統計分析和利用，分析學生的學習需求和學習興趣，，為每個學生進行個性化學習推薦，大豆更好的教學效果。

5） 虛擬交流社區：通過無線智能設備如無線筆、無線話筒等，實現基于語音、視頻和文字等多種信息媒介的互動交流功能，為學習者提供方便快捷的網絡通信，強大的信息交流和網絡資料信息的共享支持，在線虛擬團隊合作等功能。

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關鍵詞：物聯網；智能控制；實踐教學；中國制造；智能制造

0引言

“中國制造2025”部署了全面推進實施制造強國戰略，提出智能制造作為中國制造的主攻方向。在《中國制造2025》中還指出加快開展物聯網技術研發和應用示范，推動智能交通工具、智能工程機械、服務機器人、智能家電、智能照明電器、可穿戴設備等產品研發和產業化。隨著物聯網技術在智能控制領域中應用的不斷深入，社會對掌握智能控制技術和物聯網技術的應用型人才的需求會越來越大。基于物聯網的智能控制項目實踐教學改革對提高學生的工程應用能力，使學生掌握行業前沿技術的能力，提升學生的就業競爭力有著重要的意義。

1目前教學中存在的問題

（1）課程理論性強，內容多且抽象，缺少相應的實踐，學生對理論知識難以掌握；課程學時少，學生投入的學習時間和精力不足，無法自己尋找實踐項目，缺乏實踐；與課程教材相配套的實驗方案較少，導致實驗難以有效地開展。

（2）智能控制課程實踐教學大多以仿真為主，缺少面向技術前沿的實踐環節。大多數高校學生做實驗就是利用MATLAB的Simulink、GUI等工具設計各種控制算法和建立智能控制系統模型，從而實現對系統的仿真。學生對實際的工程項目應用不了解，不利于創新能力和職業能力的培養。

（3）課程考核方式沒有體現對能力的考核。減少單個知識技能的考核，增加知識能力體系的考核。

2實驗平臺選擇

我們的實踐項目所用的實驗平臺是北京精儀達盛科技有限公司生產的物聯網實訓開發系統，系統由物聯網視頻移動開發平臺實驗箱和物聯網節點實驗箱組成，主要特點如下：

（1）多環境支持。提供基于C#、C++、Java的開發包及已封裝的函數接口，提供智能手機開發包及已封裝的函數接口，可進行物聯網項目的二次開發。

（2）接口豐富。RJ45 10M/100M自適應以太網接口、標準RS-485串行通信接口、模擬視頻輸入接口、視頻輸出接口、支持SD卡接口與存儲、USB接口、支持WIFI和3G網卡。

（3）功能強大。支持CMRTP網絡協議，能同網傳感圖像信息、聲音信息、傳感器信息、控制信息，節點信息；支持多用戶智能移動終端同時訪問ZIGBEE NVS網關；智能手機、IPAD等；內置WEB SERVER，網絡參數設置簡單；可配置成服務器工作；支持多用戶端同時訪問ZIGBEE NVS網關；遠程PC機訪問。

3實驗項目設計

3.1實驗項目構建

基于物聯網的智能控制實驗項目從技術架構上來看，分為3層：感知層、網絡層和應用層，如圖1所示。

感知層的節點采集到數據經過網絡層傳輸與服務器通信，然后應用層中的客戶端用軟件登錄服務器，登錄后即可控制和查看感知節點的信息。客戶端可以通過軟件看到感知節點采集的信息，發送控制命令去控制對應的實物，包括門禁、窗簾、燈光、攝像頭等。各層所安排的實驗項目及課時見表1。

（1）感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體、采集信息的來源，主要功能是識別物體，采集信息。感知層開設的實驗項目包括氣體濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等智能感知終端等實驗。感知層節點包括感知節點和控制節點，感知類節點包括測試火災和煙霧的傳感節點、采集空氣溫濕度和土壤溫濕度的傳感節點、探測紅外的傳感器節點，控制類的節點包括：控制門禁的節點、燈光和電源的傳感器節點以及可以遠程控制監控的無線云臺節點等。感知節點和控制節點可以聯動，可以結合起來作為實訓項目。

（2）網絡層由各種移動通信網絡、互聯網、網絡中心和信息中心等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。在網絡層中，傳感器與協調器之間的傳輸都是利用Zigbee進行相互通信的，而且由網關接收到感知層的信息，然后通過網絡和無線通信方式傳輸信息給服務器，用戶可在客戶端上觀察到感知節點的數據，并且可發送控制指令給協調器去控制節點。網絡層的實驗項目只需要了解路由器的設置，包括局域網和廣域網絡的設置，因此安排的實驗課時較少。

（3）應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用，是智能控制實踐中最關鍵的部分。實踐項目包括智能交通控制系統、工業控制系統、智能農業控制系統、智能家居控制系統、智能物流控制系統、智能制造控制系統、智能安防控制系統等。

3.2實驗項目舉例

智能控制在物聯網背景下有著廣泛的應用，尤其體現在工程應用實例項目上。

1）監控土壤環境狀況。

將傳感器植入土壤或暴露在空氣中，由傳感器采集到的數據通過物聯網傳輸至遠程控制中心，可及時了解當前農作物生長環境和變化趨勢，確定農作物生產目標。通過智能控制，可實時掌握環境溫度和土壤各項參數等對農作物產量的影響，并進行參數的調節，最大限度地提高農作物產量。

2）產品制造和質量監控。

制造業集成了多種先進科技的流水作業。生產制造過程中伴隨有大量數據，如產品加工條件或控制參數（時間、溫度等）。通過收集這些數據可反映每個生產環節的狀態，對生產的順利進行起著至關重要的作用。通過智能控制可得到產品質量與參數間的關系，從而獲得針對性很強的建議，以改進產品質量，而且可能發現更高效的控制模式，帶來豐厚的回報。

3）天氣預警。

一方面，利用智能設備隨時關注氣象信息，并針對雨天發出報警提醒；另一方面，智能終端隨時跟蹤用戶行蹤，并通過智能控制由用戶歷史行動特征數據預測去向。一旦預測到用戶要出門，就在合適的時候由相應智能終端提醒其帶雨傘。如用戶在門口，就將由安裝在門上的智能設備發出提醒；如在車內，則由車載計算機發出提醒。

4基于CDIO的項目考核

CDIO（conceive、design、implement、operate，構思、設計、實現、運作）是當今國際高等工程教育的一種新模式，由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學共同倡導。這種模式更加注重扎實的工程基礎理論和專業知識的培養，通過每一門課程、每一個模塊、每一個教學環節來落實產業對能力的要求，滿足產業對工程人才質量的要求。結合CDIO工程教育人才培養考核標準和傳統實踐教學環節的考核方法，建立了以個人能力、交流溝通能力、團隊合作能力、創新能力等能力培養為目標，以工程構思、工程推理、工程設計、工程應用為主線的考核體系，采用自評、項目組互評、答辯等多元考核方式，考核體系見表2?；贑DIO的項目考核體系能有效地激勵學生的學習主動性，合理地評價學生的學習效果，督促教師不斷地完善實踐教學內容，優化和提高教師的實踐教學能力。

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關鍵詞：交通安全設施 交通標志 物聯網技術 信息集成 傳感器技術

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）03-0000-00

1 引言

交通標志是用圖形、符號、文字、顏色像駕駛人及行人傳遞特定信息，用以管制、警告以及引導交通的安全設施。目前，交通標志顯示內容單一，僅能顯示一種固定信息，不能隨時根據需要在同一塊標志上轉換，導致相應限制、提醒等信息得不到及時，給道路行車安全帶來隱患等問題。而國內高等級公路上對于即時信息的主要采用LED顯示屏的，雖然這種交通誘導屏有較好的警示效果，能夠給駕駛人一個應急響應的提示，但是此顯示屏需要鋪設光纖電路，對于架設地點存在一定局限性，且LED顯示屏造價高，經濟性不佳。

本設計根據道路條件、當地的氣候條件及道路安全情況，在特定路段設置相應傳感器，通過無線傳輸將傳感器檢測的信息傳送至智能標志牌的單片機控制系統，控制系統可利用事先建立的氣候環境條件與車速的模型，計算出相應的限速值，系統通過控制LED燈的點亮與熄滅將相應的警示標志與限速標志反映在標志牌上，即時相應不利行車條件的提醒與限速信息。

2 智能交通標志設計概述

2.1 系統設計思路

本系統考慮根據當地氣候條件及道路安全情況，在特定時間段在特定路段安裝布設無線氣象傳感器（例如：溫濕度傳感器、風速風向傳感器、降雨量傳感器、能見度傳感器等），把各個傳感器實時檢測的數據利用Zigbee無線模塊傳輸，由智能標志牌的單片機控制系統接收分析，根據交管部門事先設定參數信息或者直接由單片機編入的公式程序輸出相應路況提醒信息。一方面，傳送給控制指示牌的單片機，由其控制標志牌上LED點陣，從而實現對交通指示牌的自動控制；另一方面，經自主網絡Zigbee無線傳輸給PC上位機，存儲并建立相應數據庫，給交管部門對道路信息情況的管理、控制提供一個智能aa化的平臺。

2.2 系統模塊設計

2.2.1信息監測傳感器模塊

傳感器是指能感受規定的被測量對象，并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。在此控制系統中，采用性價比合理的氣象傳感器對不利天氣進行實時監控，并將信息及時傳送給單片機處理。與傳統的人工檢測相比，傳感器具有檢測精度高、范圍廣、樣本容量大、成本低等優點。

2.2.2單片機及無線通信模塊

集成度高且功能強大的單片機是智能交通標志的控制中心，其主要功能是將傳感器所測得的各種電信號進行獲取、處理，并計算出相應的工程量，按一定的格式存儲。單片機能夠測量多路由傳感采集到的模擬信號，通過編程控制，對數據進行處理。將與標志牌牌邏輯關系對應的數據進行存儲及傳輸，即智能控制。

單片機的輸出數據可通過Zigbee網絡進行自主傳輸。Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低成本的雙向無線通訊技術。為智能控制而建立的Zigbee網絡，具有簡單、使用方便、工作可靠的特點，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性的數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

JN5121是一款兼容IEEE802.15.4的低功耗、低成本無線微型控制器。該模塊內置了32位的RISC處理器，配置有2.4GHZ頻段的IEEE802.15.4標準的無線收發器。系統內部帶有64KB的ROM和96KB的RAM，為無線傳感網絡提供了多種多樣的解決方案，同時高集成度的設計簡化了整個系統的開發成本。JN5121內置的ROM存儲器集成了點對點通信與網狀通信結構的完整協議；而內置的64KB的RAM存儲器，可以支持網絡路由和控制器功能而不需要外部擴展任何的存儲空間。內置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，減小了系統的功耗和處理器的負載。它還支持晶振休眠和系統節能功能，同時提供了大量的模擬和數字外設的相互操作支持，可以方便的連接到智能標志的外部應用系統。

2.2.3數據庫模塊

上位機是指可以直接發出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上可以顯示各種信號變化。上位機接收到下位機傳輸的數據后，將數據存儲于建立的數據庫中，便于對數據的統計分析，日后對此道路標志牌的設置更加科學。

2.2.4布有LED點陣的標志牌部件

標志牌：按照《道路交通標志和標線》GB5768-2009規定的道路交通標志的分類、顏色、形狀、字符、尺寸、圖形等的要求設計、制作交通標志牌，粘貼反光膜。

LED點陣：對于警告標志和禁令標志分開合理設置LED點陣，根據標志牌的圖案或字符特點選擇合適孔徑和孔間距，保證在特定環境條件下能清楚顯示標志牌內容。

電源：DC12V，由太陽能電池供給。

3 基于物聯網技術的智能標志應用前景

（1）拓展空間大：可以在溫濕度傳感器的基礎上，安裝降雨、降雪、橫風等其他傳感器，達到更為全面的交通警示效果，提高道路行駛安全性。也可以通過無線模塊的信息傳輸，把傳感器獲得的路段信息與車聯網結合，通過廣播、短信等方式提前告知駕駛人。

（2）成本低：智能交通標志在一塊標志牌上實現了多種指示功能，相當于設置了多個不同的交通標志，節約資源和成本；通過無線模塊傳輸信息無需通訊費用，與傳統LED顯示屏相比造價低、經濟性好。

（3）在地理條件復雜設置：智能交通標志和普通標志一樣，無需布設通訊線路，因而都能在地理情況比較復雜的路段布置。而與普通LED蝸啾齲智能交通標志能實現針對道路情況進行實時反饋的功能，且更能適應復雜的地理條件。

（4）可在危險路段連續設置：智能交通標志可以在無線覆蓋范圍內（2―4km）進行連續布置，對道路情況進行實時、連續的提醒，尤其是在氣候多變、路況復雜、道路設計采用極限值的區域，可使駕駛人對整個路段情況都有比較全面的把握，提高行車安全和行車效率。

（5）作為臨時交通警示牌：在道路進行維修施工或道路局部出現突發狀況時，可以臨時設置智能交通標志牌，能在較遠的距離進行預警，使車輛減速或者繞道行駛。

4 結語

基于物聯網技術的智能標志牌實現高度集成化，將多種標志集合在一塊標志板上，克服了傳統交通標志指示信息單一，LED顯示屏造價高等缺點。并且依托物聯網技術，實現無線傳輸信息，利用Zigbee無線雙向傳輸技術，無需布設線路，尤其在交通條件以及硬件設施條件受到限制的情況下有良好的應用前景。實現了數據采集、邏輯運算及信息全過程智能化，無需人工干預，避免了更換不能反映實時信息的標志牌的人工操作，智能可靠，節約人力。

參考文獻

[1]交通部公路科學研究院.公路交通標志和標線設置手冊[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]胡玉峰.自動氣象站原理與測量方法[M].北京：氣象出版社，2004.

[3]王汝林.物聯網基礎及應用（第一版）[M].北京：清華大學出版社，2011.

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關鍵詞：智能交通；互聯網；物聯網；不停車收費

智能交通是大家都很關心的問題，因為我們天天面對滾滾車流，這可能是大家在日常生活中天天遇到的問題，我們所有的人都是交通的參與者，我們都是交通方面有發言資格的人。所以交通的問題，大家都會提出自己的看法，都會在自己的角度，對每一個城市的交通，對每一條高速公路的交通，對每一個小區的組織提出自己的看法。這是對一個大的問題不同的角度不同的側面提出來的。所以交通的問題是一個很難解決很難說清楚的問題。盡管我們的交通有了很大的改善，我們的基礎設施、我們的車輛、我們的交通組織有了很大的進步，但是，大家仍然會提出很多不滿意的方面。

對于互聯網，我一直在關注，很多專家都在講，把物聯網用在交通當中，把所有的汽車都變成可以識別、可以管理的實體，是否就可以解決我們的交通問題了呢？其實，我們當前的交通，是一個需求和供給的矛盾。在這樣一個矛盾過程當中，如何去破解它，是我們今天大家共同面對的問題。是否把所有的車輛都放在一個系統當中，是否可控，我們的交通問題就解決了呢？我們設想一個階段的情況，在我們每天下班的時候，我們的道路上，如果說道路資源已經沒有了，如何調節呢？我們有調節的空間和余地嗎？所以，今天北京市的交通就面臨這樣的情況。我們今天的交通，是在現有已有資源的情況下，對各個方向需要進行交通服務的人，在時間和空間上進行相應的分配，所以就有堵車。我們是在現有資源的條件下，怎么更有效地提高基礎設施的使用效率，更有效地提高車輛的利用效率，給老百姓提供更好、更方便的出行環境，這才是智能交通要做的事情。

對于當前所遇到的問題，我們要從多個角度來共同解決。對于城市化，對于城市的交通基礎設施，我們肯定還是要繼續進行建設的。但是，在現有資源有限，資金有限，環境條件有限的條件下，要使已有的基礎設施發揮更大的效率，這是我們管理技術要解決的，這是我們今天所面臨的很重要的問題。

智能交通在歷史上，如果按照1994年第一屆世界智能交通大會來說，已經走過了將近18年的歷程?，F在，智能交通已經在全世界各地有了長足的發展。在不停車收費系統當中，現在最好最大的不停車系統在日本，已經有了4 300萬用戶，而日本的車輛有6千萬到7千萬，這在很大程度上解決了日本的收費系統問題。

日本現有動態導航信息系統超過了3千萬用戶，這也是世界上獨一無二的有動態導航的大系統。日本的商業模式比較有特色，而且與它相關的各個行業都得益，老百姓得益，產業界得益。對于智能交通下一步的發展，我們交通運輸部正在做新一代的智能發展戰略。

新一代的智能發展戰略，是在我們國家前一段的工作基礎上建立起來的。前一階段，我們跟蹤世界還是比較早的，就像我們說物聯網，大家剛有苗頭就開始跟蹤，中國的跟蹤也是從上個世紀90年代末期開始的。那個時候，我們是以跟蹤為主。到了“十五”期間，在國家科技項目的支持下，做了一些試點，到了“十一五”期間，有了大規模的應用，有幾個典型的系統可以體會到，其中首推第一個北京交通的智能化管理系統，在奧運會期間，保證了整個奧運會的順利舉行。當然，北京也實施了限行措施，確實起到了有效的作用。現在有很多北京居民每天都能夠在大街上享受到動態交通信息的服務，比如路側交通信息顯示裝置，比如說有一部分有交通信息的導航設備，比如說可以使用交通IC卡乘坐公共汽車。對于有駕照的人來講，在北京市任何一個有電腦終端的交通或者警察管理部門，都可以辦理車務手續。前兩天也開始了在郵局辦理車務手續的服務。這就是北京的智能交通系統。

“十一五”期間，在上海世博會和廣州的亞運會都有智能交通大型活動。上海世博會上持續了180多天。有7千多萬人次參加，世博會期間是沒有進行交通限行的。動態的交通服務、動態的交通組織、良好的換乘服務，為上海世博會的舉辦提供了一次重要的支撐，這是一個非常典型的智能交通的應用。

在“十一五”期間，我們國家還舉辦了大型的智能開發項目，包括有聯網不停車收費系統。在這個過程中，我們開發了全部自主知識產權的中國不停車收費系統，而且了系列國家標準和行業應有規范。在2008年，搶在奧運會之前，我們正式向社會提供服務。這項工作實施幾年來，取得了非常好的效果。截至2011年，已經有22個省開通了不停車收費系統。全國到現在已經有各類不停車收費業務。這是我們國家在智能交通領域唯一的大規模智能交通系統。為我們建立全國覆蓋網的超高速區域局域網，以及所有道路的數據交換系統提供了非常有效的條件。

智能交通已經走過了很多年，但是最初不叫這個詞，真正用這個詞是1994年。實際上，上世紀90年代末對智能進行了結構體系設計。我們交通部當時是在2005年的時候專門翻譯了資料，我們制定“九五”計劃的時候，智能交通就是其中的一項計劃內容。大家可以看到，當時已經考慮到通信的問題，考慮到車輛的識別問題，考慮路和車之間的數據交換問題，考慮了車和車之間的數據交換問題。所以，我可以告訴大家，把這些東西用在交通系統里，進行完整的設計，在國際智能交通界是從上世紀90年代末開始的。

我國在這個領域當中，長期堅持車路系統或者車車系統的研究，現在已經接近實用。真正國際上做到什么程度了，我們給大家介紹一點東西。從上世紀90年代提出來智能車路系統，到智能車輛系統，到車路集成系統，美國通過了十多年來走過這樣的路程，在2008年的時候，就進行了車路和車車合作系統的實驗。

在去年奧蘭多舉辦的世界智能交通大會上，就專門對車和車之間的數據交互，也可以說是我們大家說的車聯網進行了大規模的實驗，但是這個實驗演示告訴大家，可不是一個廠商在做，是我們大家能夠見到的所有的汽車廠商，通用、福特、尼桑、奔馳，大家都在一個平臺上做。歐洲的車路合作系統，也已經進入到了現場實驗，他們的實驗是2008年開始的，現在正在進行第三階段，其實第三階段已經快結束了。在這個領域里，不是解決交通擁堵，而是解決道路安全的問題。整個事故發生率下降了60%～70%。所以大家共同做這個產業。結果到去年，在日本7 000～8 000 km的高速公路上，所有的布局已經接近完畢。為這個專門設計的車載設備，全部實現了產業化，并計劃在五年內再發展1千萬用戶，也就是在原來3千多萬用戶的基礎上再發展1千萬的用戶。這個車載導航安全輔助駕駛，不停車收費都可以提供，在車前裝或后裝，都已經接受了?，F在正在進行的是加強車和車的屬地交互，還有用于智能交通的無線交通系統。我們對國外智能交通的發展，要有一個基本的結論，對緩解交通擁堵是有用的，但是，作用是有限的。由于對安全作用突出，所以我們現在各大汽車廠商，包括歐美日的政府都在集中攻這部分，這部分還與一個很重要的就是經常談的商業模式有關系，和車輛結合在一起，是向政府宣傳的賣點，也是向消費者宣傳的賣點。當然，環保也是最近的重點。在發達國家，信息領域和交通領域對智能的看法并不一樣，這一點在日本有兩套做法。在歐洲，歐盟委員會的信息部門和交通部門也有兩個看法。

事實上，我們的不停車收費系統已經覆蓋到成都了，為了實現像日本一樣，打了一個很好的基礎。我們也實現了我們的產業化。我們都是自己的知識產權，國際上的芯片廠商按照我們的標準生產芯片，這是我們智能交通非常贊賞的項目。北京市的情況是好的，節能減排的效果很顯著，解決擁堵也有一定的成效。

今后，我們的發展戰略主要體現在以下幾個方面：

首先是發展方向和路徑的轉變。前十年圍繞小汽車做了很多的工作。以管理領域服務為主，以小汽車服務為主，效率優先，借鑒國外、技術跟蹤，發展由技術引領為主。未來十年，我們將為出行者服務為主，為公共交通服務為主，效能、安全、生態并重，自主發展。

交通運輸部對下一階段的工作做了總的安排。下一階段，我們新一代的智能交通系統有什么特點呢？我想，主要有以下這么幾個特點：第一是以新一代信息技術作為支撐；第二，是信息采集要到更高的階段；第三，要更符合人的應用需求。

與前一段ITS發展相比較，具體的說，我們的技術要做很大的改變。

在技術攻關上，交通數據實時獲取以及車路信息交互技術，交通數據處理技術，智能交通節能減排技術，這都是從交通的角度來講的。

在集成應用上，公共交通服務和城市交通協調管理，交通運行角度與應急處置，出行便利化和信息服務，以及貨物運輸組織與優化等。

支持戰略新興產業，我們要營造產業發展的環境，推動重點領域產業的發展。

當然，還要考慮智能交通標準化，這和我們目前關注物聯網的問題都有密切的關系。

最后，簡單說一下新一代智能交通的開發與物聯網的關系。

首先，物聯網的技術和來源是什么呢？是它的技術、傳感器、傳輸、處理。

智能交通是集成應用的系統，我們關注的是技術，而不是概念。從我們的角度來看，物聯網是一個概念，是在信息不斷發展中產生的。其實，它也在不斷的變化。作為我們現在的系統，物聯網依靠信息技術采集識別和傳輸處理，包括移動通信，我們就問這個技術是物聯網特有的技術還是通用技術？我們認為是通用技術。

當然，從智能交通來說什么都要用，有用的就用。隨著相關技術的快速發展，物聯網的內涵和外延也在不斷的變化，但是，我們一定要研究物聯網要開發的系統和原有的應用系統有什么區別。

物聯網所用的技術可能比物聯網本身還要快，比如傳感器。這怎么處理呢？作為智能交通，就會提出一個疑問，我是傳感器的應用還是物聯網的應用？這個問題可以不回答，為什么呢？因為只要能用上就可以。

有關發達國家和物聯網相關的東西，比如現在大家都在談的Telematics，它不是新東西。1997年，在北京舉辦的第一屆智能交通研討會上就提到過。實際上，Telematics這個詞還有別的東西，什么意思呢？大家自己去理解。

智能交通當中大量地利用了傳感器通信技術。在這個領域里，發達國家已經接近于實用化。日本從本國實際情況出發制定V2V、V2標準。從2009年開始到2011年，歐美日三家建立了戰略三角關系，他們分別簽訂了協議，就是在通信領域，為什么呢？日本賣車到歐洲怎么辦？歐洲賣車到日本怎么辦？他們已經建立了車路合作的聯盟。這就是去年剛剛成立的CAMP聯盟，把汽車廠商也加入進去了。這就提出來了，我們怎么辦？我們如何布局？

第一，按照智能交通領域體系化的安排來安排我們的工作；

篇5

[關鍵詞]無線門鈴；避障；單片機；nRF24L01；超聲波測距；

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）02-0112-02

第一章 緒論

1.1 課題研究背景及意義

隨著科技的發展，尤其是云計算、物聯網的出現，智能家居的概念在各大媒體上頻繁出現，進入大眾的視野。在我國，智能家居的概念在十余年前引入，并推向市場。隨著社會的發展、經濟水平的提高，人們對家居質量的追求也越來越高，要求家居舒適化、安全化、智能化，對智能家居系統的渴求也越來越強烈，對智能家居系統功能多樣性，便利性及特殊用途的要求也越來越高。其中，門鈴系統作為智能家居系統必不可少的一部分，其研究與發展的重要性不言而喻[1]。

2010年第六次全國人口普查顯示，我國60歲以上人口占13.26%，比2000年上升2.93個百分點，我國老齡化進程逐步加快。目前，中國已經成為世界上老年人口最多的國家，也是人口老齡化發展速度最快的國家之一。據聯合國統計，到本世紀中期，中國將有近5億人口超過60歲，而這個數字將超過美國人口總數。中國養老行業是關系到每一個人切身利益的現實問題，也引起了全社會的廣泛關注。中國也逐漸成為全球老齡產業市場潛力最大的國家之一。此外，在我國，無論是城市還是農村，普遍存在著夫妻雙方都工作而由老人單獨在家照顧小孩的現象。因此，針對老年人的智能家居產品設計將成為科技創新的熱門方向之一。

1.2 論文研究的主要內容和創新點

針對無線智能門鈴及門鈴提醒系統與視聽障礙老年人群的人C交互特點，本論文主要研究智能門鈴的無線控制系統及手持設備化提醒系統的方案設計，針對視聽障礙老年人群的人機交互方案設計，室內行走避障報警系統等方面。

（1）無線控制系統及手持設備化提醒系統的方案設計

無線控制系統是無線傳輸技術與單片機控制技術的結合，其將門上發送端接收到的按鍵信號轉化為無線信號，通過特定的無線網絡傳送給門鈴接收端，這就使得門鈴系統脫離了各種線纜的羈絆，降低布線成本，也為加入智能家居無線組網提供基礎。

門鈴提醒系統手持設備是在無線控制系統的基礎上，對門鈴提醒系統采用鋰電池供電，縮小系統尺寸，實現手持設備化。手持設備的可移動特點會大大提高整個門鈴系統的靈活性和便利性。

（2）針對視聽障礙老年人群的人機交互方案設計

傳統門鈴系統來客提醒一般形式為電子鈴聲，語音對話或視頻監控，而視聽障礙人群一般不便于接收此類信息。因此本研究中門鈴系統在保留原有固定式提醒形式外，增加了可移動手持設備上的來客振動提醒形式，更加直觀地將信息呈現給視聽障礙人群，實現完美的人機交互。

（3）室內行走避障報警系統的實現

考慮到視聽障礙老年人群在接收到來客提醒后前去開門的過程中，會遇到室內桌椅等各種障礙物，而這會影響老年人行走的便利性及安全性。因此，本研究汲取了目前極為熱門的汽車自動駕駛的概念，在門鈴提醒系統手持設備上集成了實時障礙檢測及報警系統，通過與來客振動提醒不同的振動形式來提醒用戶注意前方障礙。

第二章 系統的總體設計

2.1 系統硬件平臺的設計

本系統硬件平臺的設計如圖2-1所示，整個門鈴系統分為門鈴發送端和手持接收端，兩部分都以STC12C5A60S2單片機最小系統板為控制核心。其中門鈴發送端搭載門鈴按鍵和無線發送模塊、蜂鳴器，供電系統可以是市電或電池；手持接收端搭載無線接收模塊、接收確認按鍵、直流振動電機、蜂鳴器、TFT（Thin Film Transisitor）液晶顯示屏、超聲波測距模塊、障礙報警距離調節按鍵組等，供電系統采用可充電鋰電池。

2.2 系統軟件模塊的設計

本系統軟件部分主要分為無線傳輸模塊、超聲波測距報警模塊、人機交互界面模塊等。

無線傳輸模塊實現兩個2.4G射頻收發模塊nRF24L01之間的數據傳輸功能；

超聲波測距報警模塊包括超聲波測距模塊HC-SR04的觸發與接收，回饋數據的處理，障礙報警距離的調節；

人機交互界面模塊包括門鈴按鍵和應答按鍵的檢測及與無線信號的轉換，提醒系統振動功能的控制，測距顯示以及液晶屏上其他友好性界面設計。

第三章 超聲波測距障礙物報警系統實現

3.1 超聲波測距模塊HC-SR04介紹

HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高達3mm；模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。模塊共有4個引腳，VCC供5V電源，GND接地，TRIG觸發控制信號輸入，ECHO回響信號輸出。

超聲波測距模塊基本工作原理：

（1）采用I/O口TRIG觸發測距，給最少10us的高電平信號；

（2）模塊自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回；

（3）有信號返回時，通過I/O口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。測量距離=（高電平時間*聲速（340m/s））/2。

3.2 障礙物報警距離設置

為了適應身體健康狀況不同的老年人以及不同的家居環境，本研究設計了障礙物報警距離的用戶設置功能。設置功能硬件電路實現如圖3-1所示，

系統通過Adjust_Key選擇進入或者退出用戶設置模式，若M入用戶設置模式，則由left和right按鍵選擇障礙物報警距離（cm）的百位、十位、個位，再由up和down按鍵對選中位數的數值進行增減操作。系統將障礙物報警距離初始值設為50cm，用戶在此基礎上進行操作。

總結與展望

針對現實生活中視聽障礙老年人群應答門鈴障礙及室內行走安全問題，本文結合單片機控制技術、短距離無線網絡技術和超聲波測距技術，設計并實現了一種手持無線智能避障門鈴系統，打破傳統門鈴提醒系統空間局限性，增加對老年人的安全性，給人們的生活帶來便利，系統還額外集成了廣場舞一鍵召集功能，該功能由一個主機和多個從機組成，主從機關系可設置，主機由舞團團長或召集人擔任，其他團員為從機。當主機發送召集信息后，從機接收信息并由團員確認，從機將確認信息發送回主機。當老人出門時，手持設備可開啟避障功能，實現了視聽障礙老年人群參加健身和社交活動的便捷性，保障了老年人的身心健康。

參考文獻

[1] 陳小波.移動互聯門鈴的研究與開發.廣東工業大學，2015.

[2] 姚遠.基于SIP的智能遠程可視門鈴系統的設計與實現.華南理工大學，2015.

[3] 康晶.基于nRF24L01的人體信息監控系統研究.北京郵電大學，2011.

[4] 韋積慧.基于nRF24L01的無線網絡設計與實現.吉林大學，2012.