物联网设备安装与调试项目一

项目1智慧图书馆系统整体方案设计浙江省课改教材中职计算机系列机械工业出版社Thechapter’sintroduction项目概述 随着科技的发展，我们的生活随之发生日新月异的变化，特别是在网络与智能技术高速发展的驱动下，物联网与智能设备无疑成为了热点，带动了公用设施智能化的快速增长。其中，物联网技术是智能设备重要的核心技术支撑，智慧图书馆则是物联网技术在公用设施中的最好体现方式之一。该项目是基于物联网感知层套件的现实应用场景之一，在国内、外的高校和一些大、中型公共场所已经得到实际应用。智慧图书馆作为物联网感知层的综合实训案例，以物联网应用中的数据采集、智能控制为主，通过利用传感、网络与通信等多种最新的技术，物联网技术实现了物与物、物与人之间的智能化连接与沟通，让用户可以摆脱场所的限制对图书馆的设备进行使用、监控、管理。 本书依托智慧图书馆系统，集成了行业中常见的各种典型传感器，以及执行动作器件，让学生在对传感器的接线连接、安装配置、业务应用等方面的实操训练中，熟悉物联网设备安装与调试的方法与技能。任务一项目背景及意义任务描述通过调查了解当地图书馆或知名高校图书馆中智能化的设备使用情况，了解智慧图书馆系统对于物联网设备安装与调试的学习意义。例如实例：“自助图书馆系统”，如图1-1-1所示。图1-1-1自助图书馆系统任务描述自助图书馆系统采用射频识别技术，读者一卡在手，可自由进出各个借阅室。图书将采用电子数字标签自动化借还书。能更好地提高图书流通管理和典藏管理的工作效率，使得图书馆管理员可以有更多的时间来为读者提供服务，为图书馆行业的发展带来新的时代。任务实施1调查了解当地图书馆或知名高校图书馆中智能化的设备使用情况。2提炼“智慧图书馆”的相关物联网技术3物联网技术在智慧图书馆中的应用 （1）从智能计算角度来看,智慧图书馆=图书馆物联网云计算智能化设备,是通过物联网来实现智慧化的服务和管理。 （2）从数字图书馆服务的角度来看,智慧图书馆是指充分利用ICT技术（它是信息技术与通信技术相融合而形成的一个新的概念和新的技术领域。）,互联网阅览图书资料,预约座位等操作的数字图书馆。 （3）从感知的角度来看,智慧图书馆是感知智慧化和数字图书馆服务智慧化的综合。 智慧图书馆是一个不受空间限制的、但同时能够被切实感知的一种概念。有人曾经说过智慧图书馆将通过物联网实现智慧化的服务和管理，其实还包括云计算、智慧化的一些设备，通过这些来改造我们传统意义上的图书馆。我们说智慧图书馆是有感知的，这种感知指的是深刻的感知、更广泛的互联互通以及在此基础上的智慧化的管理和服务。智慧图书馆就是把任何知识有机的整合在一起，让读者或用户在这个体系之内能够体会到更加贴心的服务。智慧图书馆是一种数字化、网络化、智能化的信息科学为基本手段的，有着更加高效和便利特点的一种图书馆运行模式，它的最本真的追求就是用最绿色的方式和数字化的手段来实现阅读。它是未来新型图书馆的发展模式，能实现广阔的互联以及共享，他以人为本，进行智慧化的管理和服务。智慧图书馆提供的是智慧服务，而智慧服务的最本质特征就是完成实时的增值，让知识服务的内涵得以升华，这对于人类的可持续发展有着极其重要的意义。 智慧化的图书馆应该做到一般图书馆不能够做到的一些事情，一般情况下，智慧图书馆要可以实现在现有的信息技术水平之下对信息资源的全面认知，并且实现安全可靠的、没有错误的信息传递，甚至要在实现了这些内容的基础之上对信息进行加工处理，智能化的处理也是我们对于智慧图书馆的一个稍显苛刻的要求。提炼“智慧图书馆”的相关物联网技术智慧图书馆要实现智能化首先要实现对图书馆相关物品的标识和各类信息的智能采集，而感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器以及传感器网关构成，该层被认为是物联网的核心层。智慧图书馆系统案例集成了行业中常见的各种典型传感器，以及执行动作器件，通过本案例可以让学生在传感器的接线连接、安装配置、业务应用等方面的实操训练中，熟悉传感器技术及数据采集技术在物联网环境领域的应用及开发，零距离实现物联网设备安装与调试的实践。物联网技术在智慧图书馆中的应用1物联网的三层架构图1-1-2综合国内各权威物联网专家的分析，将物联网系统划分为三个层次：感知层、网络层、应用层，并依此概括地描绘物联网的系统架构，如图1-1-2所示。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器以及传感器网关构成。传输层也被称为网络层，解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题，主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路，包括接入网与传输网两种。应用层也可称为处理层，解决的是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。2物联网关键技术在物联网应用中有三项关键技术：（1）传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。（2）RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。（3）嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。能力拓展1列举生活中常见的物联网技术应用场景？________________、________________、________________、________________、________________、________________、________________、________________、2根据物联网的三层架构，考察当地的图书馆中所应用的物联网技术，并按物联网三层架构进行归类。感知层：________________________________________________________________________________________________网络层：________________________________________________________________________________________________应用层：________________________________________________________________________________________________任务二需求分析任务描述通过完成本次任务，我们要了解本书所要完成的智慧图书馆的相关功能需求。如图1-2-1所示，智慧图书馆可分为如下的几个区域模块：图书馆大厅、还书区与查询区、服务台、网络中心、保安室、办公室、阅览区、图书区。各个区域需满足的功能需求为：身份识别、区域人员统计、借还书功能、图书防盗、保安的功能、安防功能等。图1-2-1（a）图书馆一层立体图图1-2-1（b）图书馆二层立体图任务实施根据某市考察到的智慧图书馆的功能，我们可以归纳出智慧图书馆的基本功能。1身份识别2区域人员统计3图书借阅功能4图书防盗功能5保安的功能6安防功能任务实施7图书馆环境监测功能知识提炼需求分析需求分析主要包括三个内容：市场需求分析、技术需求分析、安全需求分析。1．市场需求分析智慧图书馆项目市场需要分析，是指对市场和消费者进行需求调研、分析和数据整理，了解市场和消费者对该应用的需求程度，并以此作为项目开发的决策依据。此外还需要客观地分析和评价客户的项目价值体系以及可以预期的投资价值体系，尽可能地给出定量的分析表格。2．技术需求分析技术需求分析主要包括业务流程需求、产品特征与环境适应性需求系统集成需求、业务系统对接需求、系统升级的需求、测试评估需求分标系统维护需求、环境和行业条件及标准需求等方面。3．安全需要分析信息安全是智慧图书馆项目的重要组成部分，和其他的物联网工程一样，智慧图书馆的安全也包括：读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵赖性、通讯层安全、数据完整性、随时可以用性等方面。不同的项目，一样的安全，在需求分析时，一定要充分考虑网络安全、系统稳定和信息保护等方面存在的问题。能力拓展综上所述，现有一个“智能家居”项目，请根据所认知的智能家居的功能，进行智能家居需求分析。任务三功能设计任务描述通过完成本次任务，我们要了解本书所要完成的智慧图书馆的相关功能需求。智慧图书馆可分为如下的几个区域模块：图书馆大厅、还书区与查询区、服务台、网络中心、保安室、办公室、阅览区、图书区。根据区域分析设计相应的功能。任务实施1设计图书馆区域模块2网络中心功能设计3办公室功能设计4阅览区功能设置5藏书区与服务台功能设置6大厅区功能设置1设计图书馆区域模块图1-3-1智慧图书馆区域模块分布图如图1-3-1所示，为本智慧图书馆的实际区域模块分布图，本图书馆共两层，包含大厅区、还书区、查询区、保安室、办公室、服务台、网络中心、阅览区、藏书区等区域。2网络中心功能设计（1）网络中心的作用通常来说，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。网络层是物联网的神经中枢和大脑，网络中心的主要作用是把下层（感知层）设备接入互联网，提供上层服务使用。网络层包括融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等，涉及的关键技术包括因特网、移动通信、云计算和igbee技术等。所需设备：服务器、串口服务器、路由器、ADAM4017模拟量采集器、ADAM4150数字量采集器。（2）网络中心的权限为：只允许图书馆网络管理员和馆长刷卡进入。所需设备：超高频中距离一体机、超高频标签。（3）监控功能：通过系统软件监控图书馆各区域的情况、查看当前各设备的网络情况。所需设备：服务器、串口服务器、路由器、网络摄像头。3办公室功能设计智慧图书馆的办公区是图书馆工作人员办公的场所，为了使图书馆工作人员有更加舒适、安全的办公环境，办公室的功能设计如下：（1）办公区内照明灯实现根据光线亮暗自动调节开关可采用的设备：光照传感器、LED照明灯、继电器、模拟量采集器、数字量采集器。LED灯用于办公室室内照明，光照传感器用于检测办公室区域光线的强弱情况，并将检测到的数据发送给ADAM4017，ADAM4017处理完数据后经RS485——RS232转换头，将数据传送给计算机，并实时分析当前光照强度，进而通过ADAM4150控制开启几盏照明灯。（2）办公区大门实现有人自动开门，并进行实时视频监控可采用的设备：超高频中间离一体机、高清网络摄像头。超高频中间离一体机用于进行靠近办公室门的人的身份识别，将超高频RFID安装在工位上，当有持卡人靠近图书馆办公区大门时，RFID超高频会识别到其所带的卡，进而判断其权限，计算机根据软件设置的程序功能，自动判断是否打开图书馆大厅大门，并开启摄像头进行实时视频监控。3办公室功能设计（3）实时检测办公室区内火警情况可采用的设备：火焰传感器、烟雾传感器、报警灯、LED广告屏、数字量采集器。火焰传感器可用于检测物质燃烧所产生的紫外线来探测火灾，烟雾传感器通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范，使用火焰、烟雾传感器能及时检测到办公区域内发生的明火或者烟雾，检测信号输送给到ADAM4150，并传输到计算机，计算机再根据软件设置的功能控制ADAM4150开启报警灯报警、将火警信息推送到LED广告屏，实现实时检测报警。（4）根据室内温度实施调节办公区内中央空调的开关可采用的设备：温湿度传感器、风扇（代替空调）、模拟量采集器、数字量采集器。温湿度传感器用于检测室内的温湿度大小，并将检测到的数据转换为电流信号输送到ADAM4017，并传输到计算机，计算机再根据软件设置的功能控制ADAM4150数字量采集器，进行调节办公区内中央空调的开关（用风扇代替）。4阅览区功能设置阅览区主要提供场所供读者阅读书籍报刊，为了使读者有更加舒适、安全的阅读环境，阅览区的功能设计如下：（1）人员统计：当读者刷卡进入，根据持卡人的身份进行识别，如果是读者，刷卡进入后，人员统计加1，出去后，人员统计减1，管理人员进入阅览区，不统计当前人数。阅览区的人员数量实时显示在LED屏上。所需设备：超高频中间离一体机、高清网络摄像头、LED广告屏。（2）光照传感器可自动检测阅览室当前环境的光照强度，光线暗时，可自动打开照明灯。可采用的设备：光照传感器、LED照明灯、继电器、模拟量采集器、数字量采集器。LED灯用于办公室室内照明，光照传感器用于检测办公室区域光线的强弱情况，并将检测到的数据发送给ADAM4017，ADAM4017处理完数据后经RS485——RS232转换头，将数据传送给计算机，并实时分析当前光照强度，进而通过ADAM4150控制开启几盏照明灯。4阅览区功能设置（3）空气质量传感器和二氧化碳传感器检测当前环境的空气质量情况，空气质量差的时候，自动打开排气扇进行换气。可采用的设备：空气质量传感器、二氧化碳传感器、风扇、继电器、模拟量采集器、数字量采集器。（4）检测阅览区是否有人吸烟或者发生火灾，并自动进行报警。可采用的设备：火焰传感器、烟雾传感器、报警灯、LED广告屏、数字量采集器。（5）摄像头监控该区域的情况可采用的设备：高清网络摄像头、路由器。5藏书区与服务台功能设置智慧图书馆的藏书区与服务台是图书馆基本功能的场所，对藏书区与服务台的功能设计如下：（1）图书防盗系统功能首先采取身份识别功能对进入藏书区的人员进行身份识别并记录进入藏书区人员的身份，同时网络摄像头实时监控。其次，每本图书都有RFID标签识别，未经服务台办理过借出手续的书本，一旦拿出图书馆，则会触发报警。可采用的设备：超高频中间离一体机、网络摄像头。（2）服务台功能设置服务台主要完成读者借阅、续借图书、还书、借书成功后打印借书相关信息的小票。6大厅区功能设置智慧图书馆的藏书区与服务台是图书馆基本功能的场所，对藏书区与服务台的功能设计如下：（1）图书防盗系统功能首先采取身份识别功能对进入藏书区的人员进行身份识别并记录进入藏书区人员的身份，同时网络摄像头实时监控。其次，每本图书都有RFID标签识别，未经服务台办理过借出手续的书本，一旦拿出图书馆，则会触发报警。可采用的设备：超高频中间离一体机、网络摄像头。（2）服务台功能设置服务台主要完成读者借阅、续借图书、还书、借书成功后打印借书相关信息的小票。6大厅区功能设置（3）大厅环境及安防使用传感器监测大厅的温湿度、空气质量、CO2浓度等，如果超出一定范围，则开启相应的空调模式，风扇等设备，以维持大厅的舒适环境。同时，检测大厅是否有人吸烟或者发生火灾，并自动进行报警。可采用的设备：温湿度传感器、空气质量传感器、CO2传感器、烟雾传感器、火焰传感器、ADAM4150数字量采集器、ADAM4017模拟量采集器。（4）LED屏显示提示LED可显示当前时间、温度、阅览区的可用空位数等信息，展示端还应显示欢迎界面，增加处LED屏显示的消息外，滚动显示图书馆的一些活动通知、新书等信息。可采用的设备：LED广告屏、串口服务器。6大厅区功能设置（5）绿色植物区使用土壤水分温湿度传感器检测绿色植物的土壤水分温湿度情况，当土壤水分湿度低于设定值时给植物进行加湿操作，检测的值及操作状态实时显示在展示端。可采用的设备：土壤水分温湿度传感器、水箱、雾化器、水温传感器、加热棒、液位传感器、智能插座、igBee协调器、igBee四输入量采集器、ADAM4150数字量采集器。（6）自助还书区该区域可实现自助还书、图书查询与借阅等功能。可采用的设备：超高频中距离一体机、超高频标签、电子扫描枪。知识提炼1局域网局域网（LocalAreaNetwor，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。