物联网智能教育精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇物联网智能教育，期待它们能激发您的灵感。

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随着信息技术和互联网技术的广泛应用，人类社会步入了高度信息化的时代，信息获取方式逐步从人工生成的单一模式向人工与自动获取并重的模式发展，强烈的社会需求为物理世界与信息世界的融合提供了原动力，物联网随之扑面而来。

物联网应用涵盖的范围小到家庭网络，大到数字医疗、智能交通、公共安全，控件探测，甚至是国家和世界，受到了各国政府、产业界与学术界的高度重视。

物联网对教育事业的促进作用也日趋明显，尤其是基于RFID的校园一卡通工程对管理水平的提高为高校教育的改革和发展提供良好的技术支持，许多高校正在努力构建全面智能感知个性化服务的学习环境，实现新的教学环境：无处不在的网络教学、 融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活，为教育学生提供良好的环境和设施条件 [1]。

本文作者通过对物联网的研究，利用物联网技术，构建了智能化集成教育系统，对物联网技术支持下的教学进行了初步的研究和探索。

1 物联网及物联网技术

1.1 物联网的定义和特征

物联网在人类生活中的应用越来越多，但是人们对物联网的定义任然没有明确和统一。在比较各种物联网定义的寄出上，根据目前对物联网技术特点的认知水平，将物联网定义为：物联网是在互联网和通信网等基础上，针对不同领域的需求，利用具有智能感知、识别技术与普适计算等技术，自动获取物理世界的各种信息，将所有能够独立寻址的物理对象互联起来，实现信息化、远程管理控制盒智能化的网络，构建物物相联的智能信息服务系统[2]。

物联网中任何一个合法的用户（人或物）可以在任何时候（Anytime）、任何地点（Anywhere）与任何一个物体（Anything）通信，交换和共享信息，协同完成特定的服务功能。

物联网分为感知层、网络层与应用层。感知层是物理世界与虚拟世界的纽带，是物联网的基础。感知层主要负责信息采集，利用激光识别等技术实现物联网中人与物、物与物之间的信息交互的传感器技术。网络层是物联网规模应用的基础设施，包含局域网、城域网和广域网的各种接入网络。应用层提供海量数据的高效、可靠地汇聚、整合与存储，通过数据挖掘、智能数据处理与智能决策计算，提供安全网络管理与智能服务。

物联网是一个形式多样、设计社会生活各个领域的复杂系统，从实现技术角度看，物联网的特点是：网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性。

1.2 物联网关键技术

物联网的多样化、个性化与行业化的特点，使得物联网涉及的技术种类繁多，从物联网应用系统设计、运行、应用和管理的角度来看，物联网技术主要包括：自动感知技术、嵌入式技术、移动通信技术、计算机网络技术、智能数据处理技术、智能控制技术、位置服务技术和信息安全技术。物联网技术的引入可以使得现实世界的物品互为连通.实现物理空间与数字化信息空间的互联.使真实空间与虚拟学习环境实现比较有效地整合。它让教学环境中每个物件形成数字化、网络化、可视化特性，学生在课堂中就可以感知自然、感知真实的场景.有效地促进人机交互、人与环境的交互，加强了师生之间、生生之间的交流[3]。

2 智能教育系统概述

传统的教学体制和教学系统仅仅是为学生提供了学习的空间，相对而言，智能教育系统为学生提供了一个全面的智能感知环境和智能学习服务平台，有效地采集学生学习的相关信息，获得个性化、智能化的学习和管理服务。

智能教育系统，能够智能化的针对每一个学习者、每个学习阶段的学习信息进行采集和处理，建立新一代的学习环境和交流环境，该系统能够利用智能手机、RFID标签与读写设备以及各类型的传感器实时的采集教师的教学轨迹和学生的学习痕迹，同时进行统计分析和处理，把传统的以“教”为主的教学形式，改变为以“学”为主的形式，更能调动学习者的学习积极性和主动性，及时反馈和调整教学内容，体现因材施教、因人而异的教学风格。

3 智能系统设计

物联网技术的引入使得智能化教学环境的每个物件都具有连通性、技术性、智能性、嵌入性的特性，可以随时捕捉、分析教师和学生信息，并进行反馈，提供一个物联网智能化的教学系统[4]。

本文利用物联网设计的智能化教学系统主要包括智能管理模块、智能资源模块、智能监测模块、智能导学模块、虚拟交流社区五个模块，如图1所示。

1） 智能管理模块：实现对系统中学习者的信息管理、实施双向教学评价考核、学习辅助工具集成和成绩查询等功能。

2） 智能资源模块：在学生的学习资料和教师的教学材料中加入RFID标签，使得这些资料置身物联网之中，具有物联网中多样性、智能性、规模性、嵌入性等特性。通过互动终端通过3G/4G 网络连接终端资料数据库和多媒体库，根据课程教学大纲提供的内容要求获得关联的教学资源，结果输出到学生或教师所在的网络终端[5]。同时存放专门针对移动学习优化过的大量课件资源、考试试题库、知识库、新闻消息库和有关系统运行的数据等。

3）智能监测模块：通过智能摄像头、智能手机、智能测控设备等记录和实时采集学生的学习痕迹和教师的教学轨迹。同时集成了学习评价系统，通过对学习者的学习时间、阅览次数和学习地点、学习对象以及参与交流与协作的指标等进行统计分析，得出关于学习者的学习积极性、学习深度和学习效果等情况的综合评定，连同学习后获得的成绩和学分一同记录到后台相关数据库中[4]。

4） 智能导学模块：通过数据挖掘、智能数据处理与智能计策计算，将智能监控模块中采集来的数据进行有效的整合、统计分析和利用，分析学生的学习需求和学习兴趣，，为每个学生进行个性化学习推荐，大豆更好的教学效果。

5） 虚拟交流社区：通过无线智能设备如无线笔、无线话筒等，实现基于语音、视频和文字等多种信息媒介的互动交流功能，为学习者提供方便快捷的网络通信，强大的信息交流和网络资料信息的共享支持，在线虚拟团队合作等功能。

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关键词：物联网；智能控制；实践教学；中国制造；智能制造

0引言

“中国制造2025”部署了全面推进实施制造强国战略，提出智能制造作为中国制造的主攻方向。在《中国制造2025》中还指出加快开展物联网技术研发和应用示范，推动智能交通工具、智能工程机械、服务机器人、智能家电、智能照明电器、可穿戴设备等产品研发和产业化。随着物联网技术在智能控制领域中应用的不断深入，社会对掌握智能控制技术和物联网技术的应用型人才的需求会越来越大。基于物联网的智能控制项目实践教学改革对提高学生的工程应用能力，使学生掌握行业前沿技术的能力，提升学生的就业竞争力有着重要的意义。

1目前教学中存在的问题

（1）课程理论性强，内容多且抽象，缺少相应的实践，学生对理论知识难以掌握；课程学时少，学生投入的学习时间和精力不足，无法自己寻找实践项目，缺乏实践；与课程教材相配套的实验方案较少，导致实验难以有效地开展。

（2）智能控制课程实践教学大多以仿真为主，缺少面向技术前沿的实践环节。大多数高校学生做实验就是利用MATLAB的Simulink、GUI等工具设计各种控制算法和建立智能控制系统模型，从而实现对系统的仿真。学生对实际的工程项目应用不了解，不利于创新能力和职业能力的培养。

（3）课程考核方式没有体现对能力的考核。减少单个知识技能的考核，增加知识能力体系的考核。

2实验平台选择

我们的实践项目所用的实验平台是北京精仪达盛科技有限公司生产的物联网实训开发系统，系统由物联网视频移动开发平台实验箱和物联网节点实验箱组成，主要特点如下：

（1）多环境支持。提供基于C#、C++、Java的开发包及已封装的函数接口，提供智能手机开发包及已封装的函数接口，可进行物联网项目的二次开发。

（2）接口丰富。RJ45 10M/100M自适应以太网接口、标准RS-485串行通信接口、模拟视频输入接口、视频输出接口、支持SD卡接口与存储、USB接口、支持WIFI和3G网卡。

（3）功能强大。支持CMRTP网络协议，能同网传感图像信息、声音信息、传感器信息、控制信息，节点信息；支持多用户智能移动终端同时访问ZIGBEE NVS网关；智能手机、IPAD等；内置WEB SERVER，网络参数设置简单；可配置成服务器工作；支持多用户端同时访问ZIGBEE NVS网关；远程PC机访问。

3实验项目设计

3.1实验项目构建

基于物联网的智能控制实验项目从技术架构上来看，分为3层：感知层、网络层和应用层，如图1所示。

感知层的节点采集到数据经过网络层传输与服务器通信，然后应用层中的客户端用软件登录服务器，登录后即可控制和查看感知节点的信息。客户端可以通过软件看到感知节点采集的信息，发送控制命令去控制对应的实物，包括门禁、窗帘、灯光、摄像头等。各层所安排的实验项目及课时见表1。

（1）感知层由各种传感器以及传感器网关构成，感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，主要功能是识别物体，采集信息。感知层开设的实验项目包括气体浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等智能感知终端等实验。感知层节点包括感知节点和控制节点，感知类节点包括测试火灾和烟雾的传感节点、采集空气温湿度和土壤温湿度的传感节点、探测红外的传感器节点，控制类的节点包括：控制门禁的节点、灯光和电源的传感器节点以及可以远程控制监控的无线云台节点等。感知节点和控制节点可以联动，可以结合起来作为实训项目。

（2）网络层由各种移动通信网络、互联网、网络中心和信息中心等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。在网络层中，传感器与协调器之间的传输都是利用Zigbee进行相互通信的，而且由网关接收到感知层的信息，然后通过网络和无线通信方式传输信息给服务器，用户可在客户端上观察到感知节点的数据，并且可发送控制指令给协调器去控制节点。网络层的实验项目只需要了解路由器的设置，包括局域网和广域网络的设置，因此安排的实验课时较少。

（3）应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用，是智能控制实践中最关键的部分。实践项目包括智能交通控制系统、工业控制系统、智能农业控制系统、智能家居控制系统、智能物流控制系统、智能制造控制系统、智能安防控制系统等。

3.2实验项目举例

智能控制在物联网背景下有着广泛的应用，尤其体现在工程应用实例项目上。

1）监控土壤环境状况。

将传感器植入土壤或暴露在空气中，由传感器采集到的数据通过物联网传输至远程控制中心，可及时了解当前农作物生长环境和变化趋势，确定农作物生产目标。通过智能控制，可实时掌握环境温度和土壤各项参数等对农作物产量的影响，并进行参数的调节，最大限度地提高农作物产量。

2）产品制造和质量监控。

制造业集成了多种先进科技的流水作业。生产制造过程中伴随有大量数据，如产品加工条件或控制参数（时间、温度等）。通过收集这些数据可反映每个生产环节的状态，对生产的顺利进行起着至关重要的作用。通过智能控制可得到产品质量与参数间的关系，从而获得针对性很强的建议，以改进产品质量，而且可能发现更高效的控制模式，带来丰厚的回报。

3）天气预警。

一方面，利用智能设备随时关注气象信息，并针对雨天发出报警提醒；另一方面，智能终端随时跟踪用户行踪，并通过智能控制由用户历史行动特征数据预测去向。一旦预测到用户要出门，就在合适的时候由相应智能终端提醒其带雨伞。如用户在门口，就将由安装在门上的智能设备发出提醒；如在车内，则由车载计算机发出提醒。

4基于CDIO的项目考核

CDIO（conceive、design、implement、operate，构思、设计、实现、运作）是当今国际高等工程教育的一种新模式，由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学共同倡导。这种模式更加注重扎实的工程基础理论和专业知识的培养，通过每一门课程、每一个模块、每一个教学环节来落实产业对能力的要求，满足产业对工程人才质量的要求。结合CDIO工程教育人才培养考核标准和传统实践教学环节的考核方法，建立了以个人能力、交流沟通能力、团队合作能力、创新能力等能力培养为目标，以工程构思、工程推理、工程设计、工程应用为主线的考核体系，采用自评、项目组互评、答辩等多元考核方式，考核体系见表2。基于CDIO的项目考核体系能有效地激励学生的学习主动性，合理地评价学生的学习效果，督促教师不断地完善实践教学内容，优化和提高教师的实践教学能力。

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关键词：交通安全设施 交通标志 物联网技术 信息集成 传感器技术

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0000-00

1 引言

交通标志是用图形、符号、文字、颜色像驾驶人及行人传递特定信息，用以管制、警告以及引导交通的安全设施。目前，交通标志显示内容单一，仅能显示一种固定信息，不能随时根据需要在同一块标志上转换，导致相应限制、提醒等信息得不到及时，给道路行车安全带来隐患等问题。而国内高等级公路上对于即时信息的主要采用LED显示屏的，虽然这种交通诱导屏有较好的警示效果，能够给驾驶人一个应急响应的提示，但是此显示屏需要铺设光纤电路，对于架设地点存在一定局限性，且LED显示屏造价高，经济性不佳。

本设计根据道路条件、当地的气候条件及道路安全情况，在特定路段设置相应传感器，通过无线传输将传感器检测的信息传送至智能标志牌的单片机控制系统，控制系统可利用事先建立的气候环境条件与车速的模型，计算出相应的限速值，系统通过控制LED灯的点亮与熄灭将相应的警示标志与限速标志反映在标志牌上，即时相应不利行车条件的提醒与限速信息。

2 智能交通标志设计概述

2.1 系统设计思路

本系统考虑根据当地气候条件及道路安全情况，在特定时间段在特定路段安装布设无线气象传感器（例如：温湿度传感器、风速风向传感器、降雨量传感器、能见度传感器等），把各个传感器实时检测的数据利用Zigbee无线模块传输，由智能标志牌的单片机控制系统接收分析，根据交管部门事先设定参数信息或者直接由单片机编入的公式程序输出相应路况提醒信息。一方面，传送给控制指示牌的单片机，由其控制标志牌上LED点阵，从而实现对交通指示牌的自动控制；另一方面，经自主网络Zigbee无线传输给PC上位机，存储并建立相应数据库，给交管部门对道路信息情况的管理、控制提供一个智能aa化的平台。

2.2 系统模块设计

2.2.1信息监测传感器模块

传感器是指能感受规定的被测量对象，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。在此控制系统中，采用性价比合理的气象传感器对不利天气进行实时监控，并将信息及时传送给单片机处理。与传统的人工检测相比，传感器具有检测精度高、范围广、样本容量大、成本低等优点。

2.2.2单片机及无线通信模块

集成度高且功能强大的单片机是智能交通标志的控制中心，其主要功能是将传感器所测得的各种电信号进行获取、处理，并计算出相应的工程量，按一定的格式存储。单片机能够测量多路由传感采集到的模拟信号，通过编程控制，对数据进行处理。将与标志牌牌逻辑关系对应的数据进行存储及传输，即智能控制。

单片机的输出数据可通过Zigbee网络进行自主传输。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通讯技术。为智能控制而建立的Zigbee网络，具有简单、使用方便、工作可靠的特点，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性的数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

JN5121是一款兼容IEEE802.15.4的低功耗、低成本无线微型控制器。该模块内置了32位的RISC处理器，配置有2.4GHZ频段的IEEE802.15.4标准的无线收发器。系统内部带有64KB的ROM和96KB的RAM，为无线传感网络提供了多种多样的解决方案，同时高集成度的设计简化了整个系统的开发成本。JN5121内置的ROM存储器集成了点对点通信与网状通信结构的完整协议；而内置的64KB的RAM存储器，可以支持网络路由和控制器功能而不需要外部扩展任何的存储空间。内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器，减小了系统的功耗和处理器的负载。它还支持晶振休眠和系统节能功能，同时提供了大量的模拟和数字外设的相互操作支持，可以方便的连接到智能标志的外部应用系统。

2.2.3数据库模块

上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上可以显示各种信号变化。上位机接收到下位机传输的数据后，将数据存储于建立的数据库中，便于对数据的统计分析，日后对此道路标志牌的设置更加科学。

2.2.4布有LED点阵的标志牌部件

标志牌：按照《道路交通标志和标线》GB5768-2009规定的道路交通标志的分类、颜色、形状、字符、尺寸、图形等的要求设计、制作交通标志牌，粘贴反光膜。

LED点阵：对于警告标志和禁令标志分开合理设置LED点阵，根据标志牌的图案或字符特点选择合适孔径和孔间距，保证在特定环境条件下能清楚显示标志牌内容。

电源：DC12V，由太阳能电池供给。

3 基于物联网技术的智能标志应用前景

（1）拓展空间大：可以在温湿度传感器的基础上，安装降雨、降雪、横风等其他传感器，达到更为全面的交通警示效果，提高道路行驶安全性。也可以通过无线模块的信息传输，把传感器获得的路段信息与车联网结合，通过广播、短信等方式提前告知驾驶人。

（2）成本低：智能交通标志在一块标志牌上实现了多种指示功能，相当于设置了多个不同的交通标志，节约资源和成本；通过无线模块传输信息无需通讯费用，与传统LED显示屏相比造价低、经济性好。

（3）在地理条件复杂设置：智能交通标志和普通标志一样，无需布设通讯线路，因而都能在地理情况比较复杂的路段布置。而与普通LED蜗啾龋智能交通标志能实现针对道路情况进行实时反馈的功能，且更能适应复杂的地理条件。

（4）可在危险路段连续设置：智能交通标志可以在无线覆盖范围内（2―4km）进行连续布置，对道路情况进行实时、连续的提醒，尤其是在气候多变、路况复杂、道路设计采用极限值的区域，可使驾驶人对整个路段情况都有比较全面的把握，提高行车安全和行车效率。

（5）作为临时交通警示牌：在道路进行维修施工或道路局部出现突发状况时，可以临时设置智能交通标志牌，能在较远的距离进行预警，使车辆减速或者绕道行驶。

4 结语

基于物联网技术的智能标志牌实现高度集成化，将多种标志集合在一块标志板上，克服了传统交通标志指示信息单一，LED显示屏造价高等缺点。并且依托物联网技术，实现无线传输信息，利用Zigbee无线双向传输技术，无需布设线路，尤其在交通条件以及硬件设施条件受到限制的情况下有良好的应用前景。实现了数据采集、逻辑运算及信息全过程智能化，无需人工干预，避免了更换不能反映实时信息的标志牌的人工操作，智能可靠，节约人力。

参考文献

[1]交通部公路科学研究院.公路交通标志和标线设置手册[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]胡玉峰.自动气象站原理与测量方法[M].北京：气象出版社，2004.

[3]王汝林.物联网基础及应用（第一版）[M].北京：清华大学出版社，2011.

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关键词：智能交通；互联网；物联网；不停车收费

智能交通是大家都很关心的问题，因为我们天天面对滚滚车流，这可能是大家在日常生活中天天遇到的问题，我们所有的人都是交通的参与者，我们都是交通方面有发言资格的人。所以交通的问题，大家都会提出自己的看法，都会在自己的角度，对每一个城市的交通，对每一条高速公路的交通，对每一个小区的组织提出自己的看法。这是对一个大的问题不同的角度不同的侧面提出来的。所以交通的问题是一个很难解决很难说清楚的问题。尽管我们的交通有了很大的改善，我们的基础设施、我们的车辆、我们的交通组织有了很大的进步，但是，大家仍然会提出很多不满意的方面。

对于互联网，我一直在关注，很多专家都在讲，把物联网用在交通当中，把所有的汽车都变成可以识别、可以管理的实体，是否就可以解决我们的交通问题了呢？其实，我们当前的交通，是一个需求和供给的矛盾。在这样一个矛盾过程当中，如何去破解它，是我们今天大家共同面对的问题。是否把所有的车辆都放在一个系统当中，是否可控，我们的交通问题就解决了呢？我们设想一个阶段的情况，在我们每天下班的时候，我们的道路上，如果说道路资源已经没有了，如何调节呢？我们有调节的空间和余地吗？所以，今天北京市的交通就面临这样的情况。我们今天的交通，是在现有已有资源的情况下，对各个方向需要进行交通服务的人，在时间和空间上进行相应的分配，所以就有堵车。我们是在现有资源的条件下，怎么更有效地提高基础设施的使用效率，更有效地提高车辆的利用效率，给老百姓提供更好、更方便的出行环境，这才是智能交通要做的事情。

对于当前所遇到的问题，我们要从多个角度来共同解决。对于城市化，对于城市的交通基础设施，我们肯定还是要继续进行建设的。但是，在现有资源有限，资金有限，环境条件有限的条件下，要使已有的基础设施发挥更大的效率，这是我们管理技术要解决的，这是我们今天所面临的很重要的问题。

智能交通在历史上，如果按照1994年第一届世界智能交通大会来说，已经走过了将近18年的历程。现在，智能交通已经在全世界各地有了长足的发展。在不停车收费系统当中，现在最好最大的不停车系统在日本，已经有了4 300万用户，而日本的车辆有6千万到7千万，这在很大程度上解决了日本的收费系统问题。

日本现有动态导航信息系统超过了3千万用户，这也是世界上独一无二的有动态导航的大系统。日本的商业模式比较有特色，而且与它相关的各个行业都得益，老百姓得益，产业界得益。对于智能交通下一步的发展，我们交通运输部正在做新一代的智能发展战略。

新一代的智能发展战略，是在我们国家前一段的工作基础上建立起来的。前一阶段，我们跟踪世界还是比较早的，就像我们说物联网，大家刚有苗头就开始跟踪，中国的跟踪也是从上个世纪90年代末期开始的。那个时候，我们是以跟踪为主。到了“十五”期间，在国家科技项目的支持下，做了一些试点，到了“十一五”期间，有了大规模的应用，有几个典型的系统可以体会到，其中首推第一个北京交通的智能化管理系统，在奥运会期间，保证了整个奥运会的顺利举行。当然，北京也实施了限行措施，确实起到了有效的作用。现在有很多北京居民每天都能够在大街上享受到动态交通信息的服务，比如路侧交通信息显示装置，比如说有一部分有交通信息的导航设备，比如说可以使用交通IC卡乘坐公共汽车。对于有驾照的人来讲，在北京市任何一个有电脑终端的交通或者警察管理部门，都可以办理车务手续。前两天也开始了在邮局办理车务手续的服务。这就是北京的智能交通系统。

“十一五”期间，在上海世博会和广州的亚运会都有智能交通大型活动。上海世博会上持续了180多天。有7千多万人次参加，世博会期间是没有进行交通限行的。动态的交通服务、动态的交通组织、良好的换乘服务，为上海世博会的举办提供了一次重要的支撑，这是一个非常典型的智能交通的应用。

在“十一五”期间，我们国家还举办了大型的智能开发项目，包括有联网不停车收费系统。在这个过程中，我们开发了全部自主知识产权的中国不停车收费系统，而且了系列国家标准和行业应有规范。在2008年，抢在奥运会之前，我们正式向社会提供服务。这项工作实施几年来，取得了非常好的效果。截至2011年，已经有22个省开通了不停车收费系统。全国到现在已经有各类不停车收费业务。这是我们国家在智能交通领域唯一的大规模智能交通系统。为我们建立全国覆盖网的超高速区域局域网，以及所有道路的数据交换系统提供了非常有效的条件。

智能交通已经走过了很多年，但是最初不叫这个词，真正用这个词是1994年。实际上，上世纪90年代末对智能进行了结构体系设计。我们交通部当时是在2005年的时候专门翻译了资料，我们制定“九五”计划的时候，智能交通就是其中的一项计划内容。大家可以看到，当时已经考虑到通信的问题，考虑到车辆的识别问题，考虑路和车之间的数据交换问题，考虑了车和车之间的数据交换问题。所以，我可以告诉大家，把这些东西用在交通系统里，进行完整的设计，在国际智能交通界是从上世纪90年代末开始的。

我国在这个领域当中，长期坚持车路系统或者车车系统的研究，现在已经接近实用。真正国际上做到什么程度了，我们给大家介绍一点东西。从上世纪90年代提出来智能车路系统，到智能车辆系统，到车路集成系统，美国通过了十多年来走过这样的路程，在2008年的时候，就进行了车路和车车合作系统的实验。

在去年奥兰多举办的世界智能交通大会上，就专门对车和车之间的数据交互，也可以说是我们大家说的车联网进行了大规模的实验，但是这个实验演示告诉大家，可不是一个厂商在做，是我们大家能够见到的所有的汽车厂商，通用、福特、尼桑、奔驰，大家都在一个平台上做。欧洲的车路合作系统，也已经进入到了现场实验，他们的实验是2008年开始的，现在正在进行第三阶段，其实第三阶段已经快结束了。在这个领域里，不是解决交通拥堵，而是解决道路安全的问题。整个事故发生率下降了60%～70%。所以大家共同做这个产业。结果到去年，在日本7 000～8 000 km的高速公路上，所有的布局已经接近完毕。为这个专门设计的车载设备，全部实现了产业化，并计划在五年内再发展1千万用户，也就是在原来3千多万用户的基础上再发展1千万的用户。这个车载导航安全辅助驾驶，不停车收费都可以提供，在车前装或后装，都已经接受了。现在正在进行的是加强车和车的属地交互，还有用于智能交通的无线交通系统。我们对国外智能交通的发展，要有一个基本的结论，对缓解交通拥堵是有用的，但是，作用是有限的。由于对安全作用突出，所以我们现在各大汽车厂商，包括欧美日的政府都在集中攻这部分，这部分还与一个很重要的就是经常谈的商业模式有关系，和车辆结合在一起，是向政府宣传的卖点，也是向消费者宣传的卖点。当然，环保也是最近的重点。在发达国家，信息领域和交通领域对智能的看法并不一样，这一点在日本有两套做法。在欧洲，欧盟委员会的信息部门和交通部门也有两个看法。

事实上，我们的不停车收费系统已经覆盖到成都了，为了实现像日本一样，打了一个很好的基础。我们也实现了我们的产业化。我们都是自己的知识产权，国际上的芯片厂商按照我们的标准生产芯片，这是我们智能交通非常赞赏的项目。北京市的情况是好的，节能减排的效果很显著，解决拥堵也有一定的成效。

今后，我们的发展战略主要体现在以下几个方面：

首先是发展方向和路径的转变。前十年围绕小汽车做了很多的工作。以管理领域服务为主，以小汽车服务为主，效率优先，借鉴国外、技术跟踪，发展由技术引领为主。未来十年，我们将为出行者服务为主，为公共交通服务为主，效能、安全、生态并重，自主发展。

交通运输部对下一阶段的工作做了总的安排。下一阶段，我们新一代的智能交通系统有什么特点呢？我想，主要有以下这么几个特点：第一是以新一代信息技术作为支撑；第二，是信息采集要到更高的阶段；第三，要更符合人的应用需求。

与前一段ITS发展相比较，具体的说，我们的技术要做很大的改变。

在技术攻关上，交通数据实时获取以及车路信息交互技术，交通数据处理技术，智能交通节能减排技术，这都是从交通的角度来讲的。

在集成应用上，公共交通服务和城市交通协调管理，交通运行角度与应急处置，出行便利化和信息服务，以及货物运输组织与优化等。

支持战略新兴产业，我们要营造产业发展的环境，推动重点领域产业的发展。

当然，还要考虑智能交通标准化，这和我们目前关注物联网的问题都有密切的关系。

最后，简单说一下新一代智能交通的开发与物联网的关系。

首先，物联网的技术和来源是什么呢？是它的技术、传感器、传输、处理。

智能交通是集成应用的系统，我们关注的是技术，而不是概念。从我们的角度来看，物联网是一个概念，是在信息不断发展中产生的。其实，它也在不断的变化。作为我们现在的系统，物联网依靠信息技术采集识别和传输处理，包括移动通信，我们就问这个技术是物联网特有的技术还是通用技术？我们认为是通用技术。

当然，从智能交通来说什么都要用，有用的就用。随着相关技术的快速发展，物联网的内涵和外延也在不断的变化，但是，我们一定要研究物联网要开发的系统和原有的应用系统有什么区别。

物联网所用的技术可能比物联网本身还要快，比如传感器。这怎么处理呢？作为智能交通，就会提出一个疑问，我是传感器的应用还是物联网的应用？这个问题可以不回答，为什么呢？因为只要能用上就可以。

有关发达国家和物联网相关的东西，比如现在大家都在谈的Telematics，它不是新东西。1997年，在北京举办的第一届智能交通研讨会上就提到过。实际上，Telematics这个词还有别的东西，什么意思呢？大家自己去理解。

智能交通当中大量地利用了传感器通信技术。在这个领域里，发达国家已经接近于实用化。日本从本国实际情况出发制定V2V、V2标准。从2009年开始到2011年，欧美日三家建立了战略三角关系，他们分别签订了协议，就是在通信领域，为什么呢？日本卖车到欧洲怎么办？欧洲卖车到日本怎么办？他们已经建立了车路合作的联盟。这就是去年刚刚成立的CAMP联盟，把汽车厂商也加入进去了。这就提出来了，我们怎么办？我们如何布局？

第一，按照智能交通领域体系化的安排来安排我们的工作；

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[关键词]无线门铃；避障；单片机；nRF24L01；超声波测距；

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0112-02

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

随着科技的发展，尤其是云计算、物联网的出现，智能家居的概念在各大媒体上频繁出现，进入大众的视野。在我国，智能家居的概念在十余年前引入，并推向市场。随着社会的发展、经济水平的提高，人们对家居质量的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化、智能化，对智能家居系统的渴求也越来越强烈，对智能家居系统功能多样性，便利性及特殊用途的要求也越来越高。其中，门铃系统作为智能家居系统必不可少的一部分，其研究与发展的重要性不言而喻[1]。

2010年第六次全国人口普查显示，我国60岁以上人口占13.26%，比2000年上升2.93个百分点，我国老龄化进程逐步加快。目前，中国已经成为世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。据联合国统计，到本世纪中期，中国将有近5亿人口超过60岁，而这个数字将超过美国人口总数。中国养老行业是关系到每一个人切身利益的现实问题，也引起了全社会的广泛关注。中国也逐渐成为全球老龄产业市场潜力最大的国家之一。此外，在我国，无论是城市还是农村，普遍存在着夫妻双方都工作而由老人单独在家照顾小孩的现象。因此，针对老年人的智能家居产品设计将成为科技创新的热门方向之一。

1.2 论文研究的主要内容和创新点

针对无线智能门铃及门铃提醒系统与视听障碍老年人群的人C交互特点，本论文主要研究智能门铃的无线控制系统及手持设备化提醒系统的方案设计，针对视听障碍老年人群的人机交互方案设计，室内行走避障报警系统等方面。

（1）无线控制系统及手持设备化提醒系统的方案设计

无线控制系统是无线传输技术与单片机控制技术的结合，其将门上发送端接收到的按键信号转化为无线信号，通过特定的无线网络传送给门铃接收端，这就使得门铃系统脱离了各种线缆的羁绊，降低布线成本，也为加入智能家居无线组网提供基础。

门铃提醒系统手持设备是在无线控制系统的基础上，对门铃提醒系统采用锂电池供电，缩小系统尺寸，实现手持设备化。手持设备的可移动特点会大大提高整个门铃系统的灵活性和便利性。

（2）针对视听障碍老年人群的人机交互方案设计

传统门铃系统来客提醒一般形式为电子铃声，语音对话或视频监控，而视听障碍人群一般不便于接收此类信息。因此本研究中门铃系统在保留原有固定式提醒形式外，增加了可移动手持设备上的来客振动提醒形式，更加直观地将信息呈现给视听障碍人群，实现完美的人机交互。

（3）室内行走避障报警系统的实现

考虑到视听障碍老年人群在接收到来客提醒后前去开门的过程中，会遇到室内桌椅等各种障碍物，而这会影响老年人行走的便利性及安全性。因此，本研究汲取了目前极为热门的汽车自动驾驶的概念，在门铃提醒系统手持设备上集成了实时障碍检测及报警系统，通过与来客振动提醒不同的振动形式来提醒用户注意前方障碍。

第二章 系统的总体设计

2.1 系统硬件平台的设计

本系统硬件平台的设计如图2-1所示，整个门铃系统分为门铃发送端和手持接收端，两部分都以STC12C5A60S2单片机最小系统板为控制核心。其中门铃发送端搭载门铃按键和无线发送模块、蜂鸣器，供电系统可以是市电或电池；手持接收端搭载无线接收模块、接收确认按键、直流振动电机、蜂鸣器、TFT（Thin Film Transisitor）液晶显示屏、超声波测距模块、障碍报警距离调节按键组等，供电系统采用可充电锂电池。

2.2 系统软件模块的设计

本系统软件部分主要分为无线传输模块、超声波测距报警模块、人机交互界面模块等。

无线传输模块实现两个2.4G射频收发模块nRF24L01之间的数据传输功能；

超声波测距报警模块包括超声波测距模块HC-SR04的触发与接收，回馈数据的处理，障碍报警距离的调节；

人机交互界面模块包括门铃按键和应答按键的检测及与无线信号的转换，提醒系统振动功能的控制，测距显示以及液晶屏上其他友好性界面设计。

第三章 超声波测距障碍物报警系统实现

3.1 超声波测距模块HC-SR04介绍

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高达3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。模块共有4个引脚，VCC供5V电源，GND接地，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。

超声波测距模块基本工作原理：

（1）采用I/O口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号；

（2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；

（3）有信号返回时，通过I/O口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测量距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。

3.2 障碍物报警距离设置

为了适应身体健康状况不同的老年人以及不同的家居环境，本研究设计了障碍物报警距离的用户设置功能。设置功能硬件电路实现如图3-1所示，

系统通过Adjust_Key选择进入或者退出用户设置模式，若M入用户设置模式，则由left和right按键选择障碍物报警距离（cm）的百位、十位、个位，再由up和down按键对选中位数的数值进行增减操作。系统将障碍物报警距离初始值设为50cm，用户在此基础上进行操作。

总结与展望

针对现实生活中视听障碍老年人群应答门铃障碍及室内行走安全问题，本文结合单片机控制技术、短距离无线网络技术和超声波测距技术，设计并实现了一种手持无线智能避障门铃系统，打破传统门铃提醒系统空间局限性，增加对老年人的安全性，给人们的生活带来便利，系统还额外集成了广场舞一键召集功能，该功能由一个主机和多个从机组成，主从机关系可设置，主机由舞团团长或召集人担任，其他团员为从机。当主机发送召集信息后，从机接收信息并由团员确认，从机将确认信息发送回主机。当老人出门时，手持设备可开启避障功能，实现了视听障碍老年人群参加健身和社交活动的便捷性，保障了老年人的身心健康。

参考文献

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[2] 姚远.基于SIP的智能远程可视门铃系统的设计与实现.华南理工大学，2015.

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[4] 韦积慧.基于nRF24L01的无线网络设计与实现.吉林大学，2012.