物联网工程实验报告模板.docx

1、物联网工程实验报告模板物联网基础实验报告姓名：刘京学号：201408030126班级：2014级计算机科学与技术班学院：信息管理学院指导教师：张普洋山西财经大学物联网基础实验报告 2017年3月8日实验题目初步认识物联网选课课号N0842140S0-08041-1学 院信息管理学院班 级计算机科学与技术姓 名刘京学 号201408030126理论课教师张普洋上机指导教师张普洋实验目的：使学生在了解与掌握物联网基本架构、物联网关键技术以及物联网发展现状基础上，通过对物联网在各大应用领域的分析，使学生对物联网的应用有真实全面的认识。训练学生运用理论分析解决实际问题的能力，使学生对物联网的发展充满信

2、心。实验内容：目前，物联网领域最主要的挑战仍然是互联网安全。引发安全问题的部分原因主要来自用户轻视安全管理使用规定，同时，大部分初创企业以及设备制造商也不断添加可疑的功能，这些行为将在无形中增加物联网安全风险。未来，随着物联网的进一步普及与发展，这种安全风险将会随之扩大。总体来看，全球物联网将会沿以下十个方向发展。一、物联网将创造全新的商业模式物联网即将创造的商业模式将会满足电子商务市场、垂直市场、横向市场以及消费市场所有的形式。以消费者设备共享使用为代表的新商业模式将会大大降低设备拥有者的成本。与此同时，产品服务包也将是消费者设备共享模式的关键要素之一。这类设备，如亚马逊公司的Alexa声音

3、助手，都可配合Echo、Tap、EchoDot等智能语音助手产品。借助产品服务包，用户可获得识别声音，预定车辆、收听流媒体音乐等相关服务。二、物联网产业将会重新整合全球物联网平台缺少统一的语言，这很容易造成多个物联网设备彼此之间通信受到阻碍，并产生多个竞争性的标准和平台。据估计，全球目前物联网平台多达300多个。从2017年开始，小型平台将逐渐接入全球物联网网络，接入过程将持续几年，在这一过程中，全球顶尖软件提供商将缩减至57家，同时，物联网市场上还将出现几家带有开源代码平台的大型企业代表。三、信息安全是选择IT解决方案的重要依据市场上，多数提供物联网消费设备的公司都在考虑用户的安全问题，全球

4、每天都在发生着多次的DDoS攻击(分布式拒绝服务，DistributedDenialofService)。物联网之所以存在巨大风险，因为它涉及数以亿计的连接设备。2016年10月，名为“Mirai”的物联网僵尸网络病毒袭击了几千个包括监控摄像机和路由器的物联网设备，造成了严重的后果：出现问题的设备提供商波及范围从美国扩至欧洲地区，僵尸网络病毒可经常性扫描网络，确定开放的物联网设备并进行访问。2017年，物联网消费设备中的僵尸病毒将会被激活，可能将有一大批爆炸性新闻会泄露给媒体。与此同时，越来越多的公司都将意识到设备产品中内嵌安全装置的重要性，未来，信息安全是选择IT解决方案的重要依据之一。四、

5、物联网将开启成本实时监控分析物联网拥有一整套信息汇集和分析系统，信息来源自以楼宇或公司为单元各种不同的物联网设备。物联网的价值在于数据分析并合理使用数据。预计，首批物联网分析平台将会在2017年逐渐进入市场。五、物体都将获得“智慧”由消费设备构成的物联网和工业物联网存在着巨大的差异，后者设计的设备主要包括建筑、交通、物流、农业、卫生、石油天然气、电力、公共资源供应等领域的产品。接入工业物联网的设备，如机床等物体目前还都不太“智慧”。2017年，工业产品将逐渐补充新技术，可能将会研发出首批智能产品的软件或电脑用以简单操控这些物体。随着低功耗广域物联网(LPWAN)的普及和发展，接入工业网的设备的

6、数量将会大幅增长。六、智能产品的可疑功能目前，可接入物联网的家用设备可谓是五花八门，从电灯、空调、车库门，到咖啡机、牙刷、沙发等，但这些设备中，并不是所有设备的智能功能都拥有大量需求，比如现在智能冰箱与传统冰箱的不同之处也仅仅是多了某些提醒功能。一些生产公司试图要在智能冰箱功能设计中添加冰箱门拍照功能，并发送至主人的智能手机中以提醒主人还需要购买的必需品，但专家们却提出了合理的问题，用一张纸质清单列出必需品是不是会比智能手机接收来自冰箱的“可疑”信息更加可靠?七、物联网初创公司将会迅速发展初创公司将会比大公司更加快速地了解普通人的需求点，大公司从研发IT解决方案到消费者应用方案比小公司需要更多

7、的时间。因此，初创公司在创造物联网消费设备和提供服务方面往往更容易获得成功，2017年，大公司并购初创公司的趋势将会不断继续，特别是与“无人操控”技术相关的技术类公司。八、基于服务组件的物联网产品将会更受关注物联网的服务模式在消费领域和工业领域都在日益普及。例如，德国最大的空压机制造商(KaeserKompressore)引入了宏生态学空间分析软件平台(SAM.4.0)，实时传送气压成型的参数，借助这一平台，公司可不间断分析各种相关数据以便采取预防性措施。这种模式将一改传统上“销售继而遗忘”的思维模式，将产品与服务持久地结合在一起。九、自操控汽车将改变创收模式爱立信消费者实验室的调查显示，65

8、%的受访者更青睐无人驾驶汽车，25%的受访者认为机器人操控汽车更为安全。特斯拉创立者马斯克不久前表示，2017年年底前，让特斯拉汽车在无驾驶员的状态下横穿美国，从洛杉矶行驶到纽约。一些政府官员认为自操控汽车将会对安全造成威胁，因为目前停车的基础设施以及其他交通设施均是按照普通汽车的性能而建设的。自操控汽车不受人的约束(乱停车、破坏道路交通规则)，并导致交通税和罚款金的下降。2015年，纳入纽约市预算的汽车税和罚款金额约为19亿美元。十、物联网助推医疗数字化2016年的医疗市场上已经出现了许多便携式设备可远程监控健康参数以及病人或运动员的体力活动，也出现了可监测血糖水平的无线设备。2017年，无

9、线通信在医疗领域将会得到更广泛的应用和推广，更多的医疗信息将会传向医院和专业医生。实验中遇到的问题与解决的方法及实验体会：通过查阅相关资料初步了解了物联网及发展过程。教师评语成 绩 山西财经大学物联网基础实验报告2017年3月22日实验题目RFID技术应用选课课号N0842140S0-08041-1学 院信息管理学院班 级计算机科学与技术姓 名刘京学 号201408030126理论课教师张普洋上机指导教师张普洋实验目的：1、了解 RFID 的基本概念 2、理解 RFID 系统工作原理 3、了解RFID技术的广泛应用实验内容：RFID原理RFID是射频识别技术，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场

10、或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。RFID较其他技术明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别。射频识别技术改变了条形码依靠“有形”的一维或二维几何图案来提供信息的方式，通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的无形信息。1、RFID系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。（1）、传送器、接收器和微处理器通常都封装在一起，又称为阅读器，阅读器是RFID系统最重要也是最复杂的一个组件。因其工作模式一般是主动向标签询问标识信息，所以有时又被称为询问器（Interrogator）。下图显示不同类型的阅读器。阅读器可以通过标准网口、RS232串口或US

11、B接口同主机相连，通过天线同RFID标签通信。有时为了方便，阅读器和（2）、天线以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器。天线同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信号。阅读器可以连接一个或多个天线，但每次使用时只能激活一个天线。RFID系统的工作频率从低频到微波，这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂。（3）、标签（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入RFID阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的

12、信号（主动式标签）。2、RFID频率是RFID系统的一个很重要的参数指标，它决定了工作原理、通信距离、设备成本、天线形状和应用领域等因素。RFID典型的工作频率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作频率的不同，RFID系统集中在低频、高频和超高频三个区域低频（LF）范围为30kHz-300kHz，RFID典型低频工作频率有125kHz和133kHz两个，该频段的波长大约为2500m。低频标签一般都为无源标签，其工作能量通过电感耦合的方式从阅读器耦合线圈的辐射场中获得，通信范围一般小于1米。除

13、金属材料影响外，低频信号一般能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。高频（HF）范围为3MHz-30MHz，RFID典型工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22米，通信距离一般也小于1米。该频率的标签不再需要线圈绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作标签内的天线，采用电感耦合的方式从阅读器辐射场获取能量。超高频（UHF）范围为300MHz-3GHz，3GHz以上为微波范围。采用超高频和微波的RFID系统一般统称为超高频RFID系统，典型的工作频率为：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，频率波长大概在30厘米左右。严格意义上，2.45GHz和5.8GHz

14、属于微波范围。超高频标签可以是有源标签与无源标签两种，通过电磁耦合方式同阅读器通信。通信距离一般大于1米，典型情况为4-6米，最大可超过10米。实验中遇到的问题与解决的方法及实验体会：通过上查阅相关资料了解了RFID的分类和工作原理，对此有了一定的了解。教师评语成 绩山西财经大学物联网基础实验报告 2017年4月5日实验题目传感器技术应用（微型传感器）选课课号N0842140S0-08041-1学 院信息管理学院班 级计算机科学与技术姓 名刘京学 号201408030126理论课教师张普洋上机指导教师张普洋实验目的：1. 了解各种传感器的特点 2. 理解各种类型传感器的工作原理3. 了解无线传

15、感器网络的组建过程实验内容：微型传感器21世纪是信息的世纪，在生活节奏快捷以及科技发达的今天，人们希望通过各类网络的接入，在无人干预的情况下，实现物与物物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。面对各种各样海量的信息，不仅需要传感器能捕捉、识别各种物理信息，还需要网络层对收集到的数据分类和管理，更需要一个强大的数据处理中心。为了这些应对问题，物联网(InternetofThings)的概念应运而生。物联网是继计算机、互联网的应用与普及之后，蓬勃兴起的世界信息技术革命的第三次浪潮，是二十世纪人类社会以信息技术应用为核心的技术。物联网的体系构架主要有三层：应用层、网络层和感知层，

16、而传感器作为物联网采集信息的终端工具，就如同是物联网的“眼睛”“鼻子”和“耳朵”，是感知层的关键技术，在物联网的发展过程中，传感器技术已成为其最重要的支柱技术之一。（一）微型传感器不仅仅指传感器的体积小、质量轻。就单一的传感器而言，微传感器是指尺寸微小的传感器，如敏感元件的尺寸从微米级到毫米级、甚至达到纳米级，主要采用精密加工、微电子以及微机电系统技术，实现传感器尺寸的缩小；就集成的传感器而言，微传感器是指将微小的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上而形成的集成传感器；就传感器系统而言，微传感器是指传感系统中不但包括微传感器，还包括微执行器，可以独立工作，甚至由多个微传感器组成传

17、感器网络，或者可实现异地联网。（二）去年我国物联网产业规模已达3650亿元，传感器是其中需求量最大、最基础的环节。目前，我国在智能传感器的设计、加工、制造方面与国外差距较大，尤其是高端需求80%以上依赖进口。“物联网产业对传感器提出了微型化、高精度、高可靠性、低功耗等更高技术要求”,我国的传感器必须在国产化、应用和技术上实现突破，才能实现物联网产业提速发展。就市场占有率来讲，微型传感器是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件，目前，微型传感器已在汽车应用和提高员工效率等方面积累了良好的应用经验。其次，由于微型传感器具有体积小、功能新、便于大批量生产、单件成本低等优势，其未来市场前景也非常光明。

18、（三）发展趋势（微型化）由于信息时代信息量激增，要求传感器能捕捉处理海量的信息的能力日益加强；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式，而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。当前微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响。传感器体积越来越小，功能越来越强大归功于当前计算机技术、辅助设计(CAD)技术和集成电路技术、微机电系统(MEMS)技术的快速

19、发展。实验中遇到的问题与解决的方法及实验体会：上机查找资料了解到微型传感器的应用和发展。教师评语成 绩山西财经大学物联网基础实验报告2017年5月3日实验题目智能设备与嵌入式技术应用（智能机器人）选课课号N0842140S0-08041-1学 院信息管理学院班 级计算机科学与技术姓 名刘京学 号201408030126理论课教师张普洋上机指导教师张普洋实验目的：1. 了解嵌入式技术的发展现状2. 理解智能设备的工作原理3. 了解可穿戴式设备在物联网中的应用实验内容：智能机器人是一个在感知、思维、效应方面全面，模拟人的机器系统，外形不一定像人。智能机器人它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中

20、央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术，研究他们相互之间的关系。还可以在有害的环境中替人从事危险的工作、上天下海、战场作业等方面大显身手。智能机器人研究意义随着科学技术突飞猛进的发展，科技产品日益成为我们生活中几乎无时不在的、无处不在、无所不在的客观存在，而智能机器人就是机械技术、电子技术、信息技术有机结合的产物。智能机器人学所涉及的学科范围有：力学、机器人拓扑学、机械学、电子学与微电子学、控制论

21、、计算机、生物学、人工智能、系统工程等。这些多学科领域知识的交叉和融合是智能机器人技术得以发展、拓宽和延伸的基础，也是学习和运用智能机器人技术的基础。随着智能机器人技术的不断向新的领域拓展，其学科范围亦将更加宽阔，同时智能机器人将不同的学科知识综合，使得人们在学习和研究的过程中综合各个学科。智能机器人在人类的生活和工业生产中将会发挥很大的作用，例如智能机器人在农业、医学、航天、甚至军事上的应用，智能机器人的出现将会解放很大一部分的劳动力，使得人们可以更好的完成既定的工作，完成人无法完成的高风险的任务。在医学上可以做更加复杂的医疗手术，更好的医治病患，以最大限度的减小手术带来的不良反应。智能机器

22、人将会创造更大的社会价值。智能机器人基本要素大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态;感觉要素包括能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器。这些要素实质上就是相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。二是运动要素，对外界做出反应性动作;对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。

23、在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。智能机器人技术要求一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化(大脑中的信息存储形式)的概念逻辑信息。二、智能运算过程，输入信息刺激自我学习、信息

24、检索、逻辑判断、决策，并产生相应反应。三、控制过程，将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息。实用机器人在第三个方面做得比较多，而识别和智能运算是很弱的，尤其是概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果，这正是人工智能要重点解决的问题。智能机器人技术背景机器人是非常典型的机电一体化的系统，特别是智能机器人。智能化是机电一体化的技术和产品发展的最主要方向，智能技术的综合应用也使得机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与智力的延伸。智能技术与传动系统结合已经产生了一系列的硕果，如智能机器人。而智能技术又是一个很宽泛的技术集成体，包括了很多技术和研究方向，如智能信息获取技术

25、，海量信息处理技术与方法，智能检索，机器学习，专家系统技术，人工神经网络，声音、图像、图形、文字及语言处理、虚拟现实技术与系统、多媒体技术，机器翻译，情感计算，语言识别与合成技术，手写体、印刷体汉字识别技术，传感信息处理与可视化，智能控制理论与技术，智能机器人技术，生物特征识别技术(人脸识别、虹膜识别、指纹识别、步态识别等)等。在众多的智能技术及其分支中，我们认为在机电一体化系统与产品中能够发挥重要作用和可以带动整个行业发展的主要技术有：智能传感技术、智能信息处理技术、模式识别技术、智能机器人技术、智能机机交互技术、智能控制技术、智能设计与智能机械机构。实验中遇到的问题与解决的方法及实验体会：

26、随着科学技术的日新月异，机器人的发展肯定会上一个新的台阶，对解决人类无法完成的、不好完成的、不愿完成的危险作业会发挥着越来越多的作用，机器人更好地服务与社会服务于人类的梦想会更快实现。教师评语成 绩山西财经大学物联网基础实验报告 2017年5月31日实验题目物联网应用案例分析（智能家居）选课课号N0842140S0-08041-1学 院信息管理学院班 级计算机科学与技术姓 名刘京学 号201408030126理论课教师张普洋上机指导教师张普洋实验目的：1.认识物联网对工作和生活带来的影响; 2.讨论物联网应用案例及其未来发展前景实验内容：一、智能家居家居智能化，即将舒适、安全、方便、节能加入我

27、们的生活方式，能够自动控制、远程控制系统如照明用具、取暖、空调、娱乐部分、安全体系、通信、水系统等系统，让这些系统更加容易使用。自动化的家，真正的让自己的家为自己服务，节约时间，简化生活。比如可以简单的自动控制等，在拂晓时陆续关闭不需要开的灯，当打开车库大门或黄昏时分站在家门口，灯光自动亮起，通过远程控制、自动照明、取暖、空调控制和窗帘控制等，让家中的能源最大限度的节约起来，便利舒心。1，相关现状分析1.1国内现状智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市,场推广普及的进一步落实，培养起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产

28、业前景光明。正因为如此，国内优秀的智能家居生活企业越来越重视对行业市场的研究，一大批优秀的智能家居品牌迅速崛起，逐渐成为智能家居产业中的翘楚。截止2013年，全球范围内信息技术创新不断加快，信息领域新产品、新服务、新业态大量涌现，不断发新的消费需求，成为日益活跃的消费热点。我国市场规模庞大，正处于居民消费升级和信息化、工业化、城镇化、农业现代化加快融合发展的阶段，信息消费有良好的发展基础和巨大发展潜力。1.2发展机遇智慧家居是今后家居领域的必然趋势。根据中国智能家居设备行业发展环境与市场需求预测分析报告前瞻分析，目前我国智能家居产品与技术的百花齐放，市场开始明显出现低、中、高不同档次的分水岭，

29、行业进入快速成长期。智能家居最初的发展主要以灯光遥控控制、电器远程控制和电动窗帘控制为主，随着行业的发展；智能控制的功能越来越多，控制对象不断扩展，不断延伸到家庭安防报警、背景音乐、可视对讲、门禁指纹控制等领域，市场发展前景诱人。2，设计理念智能家居能够提供舒适安全、高品位的生活空间，帮助家庭与外部保持信息交流通常，优化人们生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，为各种能源费用节约资金。从客户的利益出发，应该想法设法以最少的投入、最简便的实现途径来提供最高质量的生活，最重要的就是以实用、适用为核心二、技术方案作为一个标准的智能家居，前提条件是任何一个普通消费者都能够非常快捷地自行

30、安装部署甚至扩展应用，而不需要专业的人员上门安装。家居系统需要以下设备：1无线网关2无线智能调光开关3无线温湿度传感器4无线智能插座5无线红外转发器6无线门铃7无线门磁、窗磁8太阳能无线智能阀门9无线床头睡眠按钮四、应用前景基于ZigBee技术的物联网智能家居系统，也可以根据自身的需要自由组合或者DIY，消费者可以自己安装，操作简单快速，让用户体验流畅，自然，人性化。智能家居可以成为智能小区的一部分，也可以独立安装。这样让用户感到的不是繁琐和昂贵，真正让用户操作的其实只有很少一部分，通过简易的操作真正做到节能智能。在越来越注重生活质量的现在，智能家居的优势非常大。五、总结智能家居的提出以及相关产品的推出，提高了人们生活的质量。可以说很多人们的想法已经实现了，只是推广度不够强而已，智能家居是很神奇，但是能够做到服务大众的水平，感觉还是有很长的路要走的。将这些智能控制整合起来，做到不冲突，可更新，简易化，实现节能适用，不断提高性能，也许就是我们要走的路，就像电脑的发展一样，一开始很少人用，或许不知道有这种东西存在，但随着技术的发展，大众的普及，价格不断亲民，性能不断优化，越来越多的人都会使用，未来的世界发展就像科幻片中前沿高端的科技一样，都会实现。实验中遇到的问题与解决的方法及实验体会：通过智能家居案列分析，深刻了解到物联网的发展带来的好处，同时也面临着许多挑战。教师评语成 绩