0 引言

物联网( Internet of Things)技术通过射频识别（RFID），无线传感器网络（WSN）等技术，将具有标识、感知以及智能处理的物体，通过网络通信等技术实现互联的庞大网络体系，可广泛应用于智能医疗、智能交通、智能家居等领域[1-2].物联网技术的硬件部分主要包括了RFID、WSN以及嵌入式技术等[3].

目前国内各地方性高校物联网工程大部分还处于初期探索阶段，实验实践条件相对落后，部分专业性教师偏向理论教学，忽略实践教学的重要性.物联网工程涵盖了计算机科学，网络通信，电子信息等领域，内容较广，学生学习起来相对困难.为了提高学生综合实践能力与学习兴趣，文献[4]提出了一种以智能家居为实例构建的创新性实验环境.创新性实验旨在调动学生的学习积极性、主动性和创造性,激发学生的创新思维和创新意识，创新性实验可扩展性应该较强[5].“互联网+”为大学生组织参与提供了新的理念[6]，论文主要是以“互联网+”、物联网技术以及创新性实验为背景，构建一种针对物联网工程的创新性实验方案，方案具备较强的可扩展性.实训方案的重点在于培养学生从基础实验、设计性实验到创新性实验的进阶过程，培养学生的学习能力、创新能力以及科研探索能力.

1 实训方案的设计

实训方案的设计采用分层的结构，模块化设计，主要包括硬件设计，软件设计以及算法研究三部分，学生可以选择自己感兴趣的部分进行分工设计.

机械产品生产过程建模及可视化 目前，绝大多数教材在讲述机械产品生产过程时，都是以文字或简单框图形式给学生讲解，而对缺少实际经验的学生来讲，一些概念或名词解释空洞乏味，很难将有效信息理解和记住。通过将图1所示机械产品设计及制造过程建模及可视化过程展示给学生，让学生对设计、制造、测试、产品定型等狭义机械设计及制造过程加深理解。

1.1 实训方案的系统架构

实训方案的系统架构如图1所示，该实训方案融合了目前常见的物联网技术，也是物联网工程专业学生需要掌握的几种技术，从感知层分析，该实训方案包括了RFID技术，传感器两大技术，通信技术涵盖了WiFi通信技术，ZigBee通信技术，红外线通信技术，蓝牙4.0通信技术以及RFID通信技术.应用层手持终端采用了人机交互的界面，手机APP控制界面.算法研究主要包括ZigBee组网与ZigBee技术的定位.

图1 实训方案的系统架构

算法整体步骤如下所示.

（1）环境监测类，温湿度传感器采用DHT11，烟雾传感器采用MQ-2，火焰传感器，土壤湿度传感器采用YL-69，光敏传感器，人体红外传感器.

梅先生平静地说：“我始终相信，天才在世界上只是极少部分，大多数人是站在同一水平线上的，差异只是在于刻苦的程度、坚持的时间以及自身的责任感而已。”

图1中的传感器模块主要包括以下两类.

（2）控制类，RFID模块采用RC522实现门禁系统的控制，电机模块实现窗帘的伸缩控制，继电器模块实现灯光与风扇控制.

她凝视着我半微笑着。这样好久。她是在估量我这种举止的动机，上海是个坏地方人与人都用了一种不信任的思想交际着！她也许是正在自己委决不下，雨真的在短时期内不会止吗？人力车真的不会来一辆吗？要不要借着他的伞姑且走起来呢？也许转一个弯就可以有人力车，也许就让他送到了。那不妨事吗？……不妨事。遇见了认识人不会猜疑吗？……但天太晚了，雨并不觉得小一些。

（1）现有实验产品大都采用实验箱的方案，成本高，实验箱方案集成度高，虽然便于实验管理，但是明显的缺陷是缺乏二次硬件开发的能力.论文实训方案采用模块化硬件设计，学生可以根据自己兴趣与硬件开发能力设计相应的模块，学生在自己设计硬件与搭建硬件环境过程中，提高学生的学习兴趣与硬件研发能力，加深学生对各个模块硬件接口的理解.尤其ZigBee模块属于移动自组织的网络，采用模块化设计便于节点移动，如论文开发的定位系统.

（2）相比于传统的实训方案，论文的实训方案可扩展性强，模块容易更新，论文采用硬件模块化设计，学生可以自行设计底板连接各个模块，也可以采用杜邦线连接扩展模块，模块重复利用率高，如论文的WiFi（ESP8266）模块，学生可以根据实际情况将该模块替换为NBIOT（窄带物联网）模块，如现在比较成熟且符合NB-IOT协议的BC95模块.

本文以零件配套生产问题为例，研究了针对生产资源的不同属性多角度地选择决策变量来建立优化生产模型的方法，为企业管理者提供更多的生产决策依据，通过实例数据及其求解也验证了三种模型及其优化生产方案的有效性，同时也指出了各自的优缺点．企业管理者可以根据本企业的实际情况合理的选取生产方案．

为了提高学生对算法研究的兴趣，本方案选择了实用性较强的定位算法，整个定位系统里面主要包括两类节点，信标节点与未知节点，为了提高算法的可行性与学生的理解性，定位系统采用无需测距的算法.

1.2 实训方案的硬件设计

硬件设计主要包括网关与ZigBee终端两类节点，网关节点主要由STM32主控芯片与ZigBee协调器构成.

网关节点的硬件构造如图2所示，手持终端节点的主控芯片采用STM32F103RET6，该芯片具有低功耗、低成本、高性能的特点[7].ZigBee FFD节点支持任何拓扑结构，通常作为网络协调器或路由，网关ZigBee FFD作为协调器主要是启动网络以及与STM32串行通信，协调器采用TI开发的CC2530为主控芯片，ZigBee协调器与STM32F103主控芯片采用串行接口通信.网关节点的传感器主要包括烟雾传感器，温湿度传感器以及火焰传感器，用来监控监控室的环境情况或者网关所处工作环境情况.ZigBee节点在网络中主要扮演协调器、路由节点以及终端节点三种角色[8]，协调器负责与网关节点对接，路由节点主要功能是存储与转发数据，终端节点主要功能是采集数据.算法主要是路由算法、定位算法、时间同步等.电源模块主要采用AMS117稳压芯片，电源模块可以提供5V与3.3V两种电压.预警模块主要采用声光预警的方式.WiFi模块采用ESP8266为主控芯片，该模块支持标准的 IEEE802.11 b/g/n 协议，支持 TCP/IP 协议栈功能.

基于以上背景，本文尝试借助SEC一致性分析范式，选取已推行的7套真题，对具体数学学科知识考题，量化分析数学学科知识题与考试大纲标准的一致性，以期完善国家教师资格考试大纲标准，科学分析已有的试题，推动国家教师资格考试的研究和进展.

图2 网关节点硬件构造

ZigBee终端节点（环境监测）的硬件构造如图3所示，根据不同的终端传感器模块不同，主要包括红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、火焰传感器等.算法主要有定位算法，用于定位异常传感器节点的坐标.

图3 ZigBee终端节点（环境监测）

ZigBee终端节点（门禁系统）的硬件构造如图4所示，RFID模块采用RC522，工作频段为 13.56MHz，主要通过 SPI（SDA，SCK，MOSI，MISO）串行外设接口与CC2530芯片连接.

图4 ZigBee终端节点（门禁系统）

ZigBee终端节点（智能开关）的硬件构造如图5所示，智能开关模块主要采用继电器与电机模块，继电器用于控制灯，电机模块用于控制窗帘的自动伸缩.

图5 ZigBee终端节点（智能开关）

1.3 实训方案的软件设计

为了节省ZigBee节点的能耗，系统可以采用查询或事件触发的方式，如图6所示.当用户采用查询指令时，用户发送查询指令，对应ZigBee终端节点收到指令后，才将休眠状态转为触发状态并处理相应指令，如用户可以采用查询指令控制灯、窗帘等的开关状态.当传感器节点检测到异常数据时，如烟雾、火焰等，将及时上报异常数据，并对节点进行定位，否则节点不上报数据节约能耗，当非法闯入的时候可以实现门禁报警功能.用户需要调用当前与历史数据的时候，可以通过按键或者无线遥控的方式查询数据.

图6 系统软件设计流程图

1.4 算法研究

（3）相比于现有的实训产品，论文实训方案最大区别在于涵盖的知识面较广，论文实训方案涵盖了传感器技术，无线传感器网络，物联网M2M技术，ZigBee技术，无线短距离通信技术，嵌入式技术以及应用层软件开发等，实训方案涵盖了物联网的感知层、网络层以及应用层.学生可以根据自身擅长的课程选择相应的方向，采用组队项目合作的方式完成整体系统的搭建，培养学生的项目合作精神，学生通过实践加深理解物联网的底层硬件设计，底层接口驱动到应用层的软件开发.

用户应当能够说明可视化发现模式的期望形式，如规则、表、图表、判断树、立方体、图或报告。上卷和下钻操作也应当能够用于多个抽象层的模式观察。这实际上就是对多边矩阵剖面广义交叉乘积的运算方法的选择问题。

图1 中的ZigBee RFD节点为ZigBee联盟定义的精简功能节点，RFD节点做为终端节点采集用户所需要的数据，该节点不具备路由功能.ZigBee FFD节点为ZigBee联盟定义的全功能节点，支持任何拓扑结构，可以作为ZigBee网络中的协调器或者路由器，协调器主要负责启动网络与管理网络，路由节点主要负责路由功能，即存储与转发RFD节点传输过来的数据，通过FFD节点多跳的方式可以构建一个大规模的ZigBee网络.

Step1:在定位区域内布置信标节点，信标节点采用相同的发送功率，采集各个信标节点之间的信号强度Sij汇总到手持终端，手持终端建立指纹库.

Step2:未知节点获取与各个信标节点的接收信号强度θij.

Step3:终端匹配未知节点获取的信号强度向量与指纹库匹配，采用模糊最大最小贴近度匹配[9]，选择贴近度最大的K个信标节点.

Step4:通过选取出的K个信标节点采用论文作者前期研究的加权质心计算未知节点坐标[10].

Step5:终端将计算出来的坐标发送给未知节点.

通过式（1）计算网络中信标节点之间的信号强度，式（1）中Sij表示第i个信标节点接收到第j个信标节点的信号强度.通过同样的方式可以计算出未知节点i接收到网络中信标节点 j的信号强度 θij（i=1,2,…,m; j=1,2,…,n），通过式（2）模糊最大最小贴近度[9]计算未知节点与信标节点的贴近度，选择K个贴近度最大的信标节点作为未知节点的定位信标节点，通过式（3）计算未知节点的坐标（x,y），式（3）中（xi，yi）表示选择出K个信标节点的坐标，wi表示对应信标节点的权重，计算方法如式（4）所示，式（4）可以看出当未知节点接收到对应信标节点的信号越大，表明与该信标节点越近，加权质心中的权重值越大.

学生可以根据自身学习情况选择相应的算法研究，并对算法的功耗、精度以及复杂度等参数进行分析，提高学生的创新研发能力.

论文实训方案与现有实验产品的区别与创新点主要包括以下三点.

图7 物联网综合实训系统功能模块图

2 实训实验环节的设计

实训实验环节主要包括三大实验，实验一硬件的设计、实验二软件的设计、实验三算法的设计.整体功能模块如图7所示.

论文实训方案涵盖了传感器技术，无线传感器网络，物联网M2M技术，ZigBee技术，无线短距离通信技术，嵌入式技术以及应用层软件开发等物联网工程的专业核心课程，实训方案涵盖了物联网的感知层、网络层以及应用层.学生可以根据自身学习兴趣选择相应的实验进行设计，以创新性实验为向导，培养大学生的学习积极性与科研探索精神，培养具有创新精神的人才.学生能够从理论与实践开发上掌握物联网的体系结构.综合实验采用模块化设计，培养学生的项目合作精神.

3 实训方案的系统测试

图8为STM32与CC2530硬件节点的PCB底板，学生可以根据实际情况设计成单层板，双层板等.

图9为设计完成的网关实物图，图9左边为ZigBee协调器实物图，右边为STM32实物图，ZigBee协调器与STM32F103主控芯片采用串行接口通信.

图10为网关节点人机交互界面，图10中的控制室环境情况主要是关于控制室的环境参数情况分析，节点环境情况主要是关于ZigBee终端节点的环境参数，包括各类传感器、电机模块、RFID模块等参数，时间设置主要是设置时钟信息，无线设置主要是设置红外线、蓝牙4.0、WiFi等技术.

结合数学学科特点，旨在探析数学课堂留白的内涵、理论基础与教学价值，并对当下数学教学实践中存在的问题进行反思，以期提升数学课堂教学的效能，促进学生核心素养的发展．

图11是ZigBee终端节点采集到的温湿度数据参数，其它传感器终端节点结果图类似，当传感器监测到数据异常时会自动上报网关提醒用户.

图12为门禁系统，当监测到的RFID ID号与数据库ID号匹配时，显示卡号正确，门禁解除，否则上报网关提醒非法闯入.

本文通过对样品中氯化物种类进行分析，选用氧弹燃烧法、艾士卡法[13]、水萃取法和 XRF法[14]分别对样品中的Cl含量进行量化。通过对上述不同方法测出的结果进行对比分析，提出一种较为适合且更能准确地量化城市固体废弃物中 Cl含量的方法，以期弥补当前的 Cl测定方法的不足，提高 Cl含量测定的准确性。

企业在招聘中，最看重应聘者的专业技能。如图4所示，企业在招聘外籍员工时看重的各方面条件,按1到7打分,7为最看重,1为最不看重。“专业技能”得分最高，平均分6.21，其次是“跨文化团队协作能力”得分，平均分为5.54。除此之外，企业对应聘者的“中文沟通能力”也提出了较高要求，平均得分4.79。

图13为当相应的终端节点传感器采集到异常数据的时候，手机APP会提醒用户数据异常.

图8 STM32与ZigBee底板

图9 网关实物图

图10 网关节点人机交互界面

图11 ZigBee RFD节点（DHT11）

图12 门禁系统界面

图13 手机APP监测到异常数据提醒

图14 ZigBee定位网络控制界面

图14 为定位界面图，四个黄色节点为信标节点，中间红色节点为待定位节点，当待定位节点在四个信标节点的区域内移动的时候，待定位节点可以显示计算坐标.

4 结论

论文针对地方性本科院校学生的特点，结合新兴的物联网工程专业，提出一套实践性、可扩展性较强的物联网技术实训方案，该方案的设计涵盖了物联网技术的感知层、网络层与应用层技术，实训方案采用模块化设计，包括了硬件模块的设计，软件的开发以及定位算法的研究，学生可以根据自身情况选择相应的模块设计，实训方案可以根据实际情况扩展模块，开发相应的应用.

术前检查出3例已有下肢血栓患者外院会诊后其中2例安装过滤网后再行手术，1例给予溶栓治疗缓解后再手术，其余患者均行手术。通过相应预防措施及护理，术后无1例患者发生DVT和肺栓死等严重并发症。

参考文献：

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[2] L. Atzori, A. Iera, and G. Morabito. From "smart objects"to "social objects" : The next evolutionary step of the Internet of Things[J]. IEEE Communications Magazine,2014,52(1):97-105.

[3] 钱志鸿,王义君.物联网技术与应用研究[J].电子学报,2012,40(5):1023-1029.

[4] 杨丹,吴建胜,王刚,等.物联网技术及应用实验教学环境构建[J].实验室研究与探索,2016,35(6):211-213.

[5] 白璐,田晓柱,牛炳韬,等.大学生创新性实验对创新型人才培养的研究[J].实验室研究与探索,2015,34(4):161-164.

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