国家十三五规划中提出“中国制造+物联网”，给高技能应用型人才培养提出了新要求，强化动手能力培养是其中的重点。传统的电子信息类专业实训设备功能单一、项目枯燥，缺乏吸引力，不利于学生动手能力的培养。为此，结合现代传感技术、物联网技术及微处理器技术，以空气质量的多个监测参数为对象，开发了基于空气质量在线监测的综合实训平台。通过具体的项目化设计，为传感器技术应用、物联网技术应用、单片机技术应用等课程实现理实一体化教学，为更好地培养高技能应用型人才创造条件。

1　实训平台的组成

本实训平台由若干个传感器节点、汇聚节点和中心平台构成，如图1所示。各传感器节点实时检测1～2个空气质量监测因子，保存并通过Zigbee模块发送给汇聚节点，汇聚节点负责汇总、保存、显示、报警等，再通过有线或无线的方式上传给中心平台，便于进一步呈现。

  

图1　实训平台总架构

2　传感器节点设计

选择最具代表性的几种传感器，以PM2.5、温湿度、光照、噪音、风速等为对象进行传感器节点关键技术的探讨。各传感器节点以STC系列单片机为核心[1]，STC单片机系51系列单片机，其资源丰富、应用广泛，且容易入门，非常适用于高职微处理器方面的教学。

2.1　PM2.5检测传感器节点设计

PM2.5检测传感器节点由STC12C5A60S2单片机、PM2.5传感器、液晶LCD1602、按键、RS232模块、无线模块、电源等组成，如图2所示。

数值计算和实验结果与第2节中的理论分析相符合，由于少模光纤的模场面积大于单模光纤，且传输的正交模式多于单模光纤，在干扰因素恒定的情况下使用少模光纤接收可以显著提高光耦合效率，因此采用少模光纤进行信号光接收可以提高接收端的信噪比，增强链路的稳定性，改善接收端性能.容易推测，提高模式数量，如采用四模光纤，能够进一步增加系统的鲁棒性，但相应的在空间光通信系统中也必须换用基于四模光纤的EDFA和波分多路复用(Wavelength Division Multiplex，WDM)等.

  

图2　PM2.5检测传感器节点的构成

（1）RS232模块主要用于在线下载程序和调试用，具体电路参见文献[1]。

（2）液晶选用LCD1602，按键选用矩阵键盘，通过按键和液晶进行人机交互及实时数据的显示。

（3）无线模块选用DL-22型无线串口模块，如图3所示。

（1）制定完整的签证变更管理制度，一单一签，同一个变更内容，必须在一个签证单中完成；同一个变更单中，涉及到不同专业的，需一并上报，防止不同专业中交叉重复工作项。

  

图3　DL-22无线串口模块

其中：无线模块与传感器节点相同，实时时钟选择DS1302。为直观显示数据，液晶显示屏选择带触摸功能的TFT串口屏。汇聚节点需3个独立串口，故处理器控制模块选择STC15W4K48S4单片机。

（4）PM2.5传感器选用ZPH01[2]红外粉尘传感器，该传感器能测出空气中直径小于2.5滋m的PM2.5颗粒浓度，具体应用电路如图4。

本节点选用GY-30光照传感器。GY-30光照传感器采用IIC接口与单片机进行连接，能测量1-65535勒克斯宽范围的光照值。通过该传感器的应用教学，使学生掌握IIC总线的编程方法。

  

图4　ZPH01型PM2.5传感器应用电路

图4中，1为接地管脚，3为电压管脚，5为控制脚，通过接地，设置为串口工作模式。在串口工作模式下，2为TXD、4为RXD，该传感器每1 s发送1次PM2.5实测值，协议格式如表1所示。

3.活动之间相融合—在活动过程中体现“1+N”的融合。运用绘本教学的“1+N”模式，在教学方案设计过程中要使两个部分自然融合在一起，很自然地再现读本的内容，又能对新领域的目标有所达成与落实，如何将两部分很自然的融合在一起是我们实践中不断在探究的问题。

8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据

2.2　温湿度检测传感器节点设计

温湿度检测传感器节点的组成框图参见图2，其传感器采用的是1线制温湿度传感器DHT11，如图5所示。其中，1脚为电源供电3.55～5 V；2脚为输出out，与单片机的1个IO口相连，实现1线制通讯；3脚为电源负极。

 

表1　ZPH01型PM2.5传感器通信协议格式

  

字段组成　数值1字节起始位　0xFF 1字节检测类型名称编码　0x18 1字节单位低脉冲率　0x00 1字节低脉冲率整数部分　0x00-0x63 1字节低脉冲率小数部分　0x00-0x63 1字节预留　0x00 1字节模式　0x01 1字节预留　0x00 1字节和校验　0x00-0x63

  

图5　DHTII温湿度传感器

该传感器一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式为：

当晚他刚进家门，就听赶回家的父亲埋怨继母：“云天迟交学费打什么紧，你不怕耽搁了小儿子治病？”继母嗫嚅：“没想到有这么严重。当时我只想云天的学费迟交好几天了，我怕他在同学面前没面子。”原来徐云天走不久，弟弟疼得直打滚。家里没钱，廉小花揣上金项链贱卖抱小儿子去医院，原来徐天任得急性阑尾炎，已穿孔，再晚半小时，会有生命危险。

我国医学研究生目前存在的主要问题是缺乏创新能力，在医学科学研究中，仅是证实他人研究结果的正确性或是停留在实验现象的表面，没有对进一步机制的深入探讨。而对于研究生这种缺乏创新能力的现象，主要原因在于对文献检索及应用在科学创新中的重要性认识不足，高等教育机构在这方面也缺乏足够的重视。薄弱的文献信息检索与利用能力导致科研工作者无法站在科学的前沿，更加无法进行科研创新。

节点选用STC12C5A60S2，具有2个独立串口。串口1通过跳线与RS232模块及无线模块连接，下载程序时跳到RS232模块，组网时跳到无线模块，而串口2和ZPH01型PM2.5传感器连接，实现实时通讯。通过单片机对协议的解析，得到低脉冲率，而低脉冲率和浓度呈线性关系，易计算出PM2.5的浓度值。

+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据

+8bit校验和

通过该传感器的应用训练，可帮助学生掌握1线制的编程。

2.3　光照检测传感器节点设计

综合实训平台的软件设计包括各传感器节点、汇聚节点及中心平台的软件设计三部分。

在本节点设计中，除上述节点中所具有的RS232模块、无线模块、液晶按键外，采用了光照传感器，并结合智能家居、温室大棚中对光照的控制应用，增加了电机控制电路，以控制电机的正反转，实现窗帘的开关。窗帘开关位置由限位传感器检测，也可通过遥控模块进行控制。

（1）光照传感器

评定两组术后髋关节的恢复情况,采用Harris髋关节评分法,满分100分,90分以上为优、80-89分为良、70-79分为中,70分以下为差。

（3）限位传感器

选择在2013年1月到2017年1月这个时间范围内,在我院接受治疗的呼吸道传染病患儿,一共有710例患儿,他们所生的疾病包括麻疹、流行性腮腺炎和水痘等一系列相关病症,其中有380例患儿患有严重的麻疹,有150例患儿患有流行性腮腺炎,有180例患儿患有水痘,其中在所有患儿中有250例患儿为本省户籍,有460例患儿为外省户籍。

电机控制模块选用L298N H桥，通过和单片机的IO口线连接，实现电机的正反转。

（2）电机控制模块

限位传感器采用接近开关，在窗帘的限位位置上缝一小铁片，易实现检测。

（4）遥控模块

遥控模块采用PT2262/2272组成一个发射、一个接收的模块组，其中，PT2262为编码电路，PT2272为译码电路。将PT2272译码电路的输出口线D0、D1、D2、D3和单片机的口线连接，便可实现远程遥控，应用中须注意PT2262/2272的地址匹配。

  

图6　光照检测传感器节点组成

2.4　噪音检测传感器节点设计

噪音检测传感器节点的设计，除上述的按键、显示、通讯外，主要不同处在于噪音传感器的制作。噪音传感器的制作以麦克风作为检测元件，通过运放进行信号的放大。为提高检测精度，在传感器设计时，利用单独稳压提供可靠的电源，避免电源纹波的干扰，同时需要高精度的噪音仪器进行输出信号电压值和噪音值之间的定量。然后，将该信号连接到单片机的AD口，进行采集即可。

该传感器节点的设计，既实现了噪音的检测，也为模电实训和AD实训提供了一种方法。

2.5　风速检测传感器节点设计

风速检测传感器节点的主要构成可参考其他节点，不同处在于选用的是传统三风杯结构的风速传感器。该传感器由风力旋转组件和一个直流发动机构成，当风驱动旋转组件时，带动小直流发电机产生直流电压，风速与该直流电压成正比，通过将该电压信号连接到单片机的AD口，进行采集计算即可得到相应的风速。为提高测量的准确性，对风速和电压数据，采用分段线性化进行计算处理。

3　汇聚节点设计

汇聚节点的作用是，实现各传感器节点采集数据的汇总、显示、保存和查询，并将数据传送到平台，由平台进一步处理。本实训平台的汇聚节点硬件结构如图7所示[3]。

  

图7　汇聚节点硬件结构

DL-22模块以CC2530单片机为核心，通过TTL电平直接和本系统单片机的RXD、TXD进行连接，实现无线透传，支持串口双向同时收发，并可通过单个按键对模块的通道、波特率、点对点模式或广播模式进行配置，便于应用。该模块还可基于CC2530的Zigbee技术进行二次开发，有助于物联网专业学生实训。

4　软件设计

光照检测传感器节点的组成如图6所示。

传感器节点的软件设计主要包括：显示、按键的编程，结合传感器的接口要求进行AD、I2C、单总线等的编程、通讯编程等。

汇聚节点的编程包括：TFT的操作显示编程、串口通信编程、时钟编程等，其主程序如图8。

王树林出了电梯，手机已然开启。并没有再次出现短信。他快步地朝小区大门而去，雨未停，空气清凉。一路上思磨着那两个问号的意义，犹豫着是否要回拨一个电话。他和伍亦苒有过设定，他们的交往过程追寻的就是快乐。花堪折时直须折，莫待花落空折枝。任何一方没有任何消息的时候一定有诸多不便，换句话说，另一方无须抱怨和勉强，他们都以不破坏现实状态为最高出发点。

青辰用刀柄敲下一块石头，远远地投入洞中，静观半晌，没见洞内动静，心知岩鹰未在洞中，朝着唐玉烟做了个手势，二人一左一右，拽着绳索，朝着鹰穴接近。

中心平台软件设计可采用JAVA、C#等流行语言进行编程，后台数据库选择SQL，主要包括：采用SerialPort控件与汇聚节点间的通讯软件模块，对所接收的协议进行解析的软件模块，实现数据保存和呈现、记录查询等功能的软件模块。系统设置登录界面，可通过不同的用户权限查看不同的内容，数据采用列表+图表进行呈现。实训时，可通过设置数据库、通讯、登录、查询、实时数据显示等任务，帮助学生掌握相应技能。

在通讯方面，关键要进行通信协议的制定。本实训平台提供的DEMO，其汇聚节点和传感器节点之间的通讯，采用汇聚节点查询方式，避免各传感器节点同时发送数据的冲突，其协议格式如下：

汇聚节点发送：引导位0xFE，命令代号0xA1，节点地址代码01-255，异或校验码。

传感器节点回复：引导位0xFE，命令代号0xB1，数据的ACCII码4字节，异或校验码。

  

图8　汇聚节点主程序流程

5　结束语

本实训平台以各种大气参数监测为对象，采用单片机和Zigee技术进行传感器节点设计、模块选择与软件设计。使用此实训平台进行项目化实训，可实现传感器技术、物联网技术、单片机技术应用等课程的一体化教学。教学实践证明，该平台功能强，知识点丰富，具有趣味性和扩展性，可为高职信息工程化专业电子应用技能型人才的培养提供一种有效的训练工具，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1]束慧.单片机应用与实践教程[M].北京：人民邮电出版社，2014：50-180.

9月23日，东营市东营区人大机关组织各委室主要负责同志开展2018年度述责述廉和民主评议工作。这对教育督促广大党员干部自觉加强理论学习、提高党性修养，增强“四个意识”、补足精神之“钙”，坚守政治信仰、站稳政治立场，狠抓工作落实、强化责任担当，以信念、品行、实干立身，确保工作成效起到了良好作用。

有了岗位就要有流程，专人专岗，按照流程规范进行，就会减少出错的几率，我们规范了各级的业务流程，分为常规作业业务流程、应急作业业务流程、重大活动保障作业业务流程等。

[2]济南智泽贸易有限公司.ZPH01粉尘传感器使用说明书[EB/OL].[2017-12-21].http://www.zhize.com.cn/.

[16] R.Dozy et M.J.De Goeje，Description De L'Afrique Et De L'Espagne.imprimeur de Université[M].1866,P10.

[3]束慧，陈豪华，施佺.基于物联网技术的工业污染总量控制系统的设计[J].南通职业大学学报，2016，30（3）：72-77.