物联网在校园网中应用设想初探.pdf

第 5期 ( 总 第 1 7 4期 ) 2 0 1 2年 l O月 机 械 工 程 与自 动 化 MECH ANI CAL ENGI NEE RI NG AUTOMATI ON No 5 Oc t 文章编号 ： 1 6 7 2 6 4 1 3 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 1 9 1 0 2 物联 网在校 园网中应用设想初探 聂 影 双 ( 广 州南洋理工职业学院 ，广东 广州 5 1 0 9 2 5 ) 摘要 ：基 于光机 电一体 化实验中对传感器 的认识 ，结合 当前科技最前 沿的物联 网技 术应 用趋 势探 索构建 一 套将物联 网应 用于校 园之 中的可行性方案 ，以期为未来 的校 园管理提供 可借 鉴的模 式。 关键词 ：传感器 ；校 园网；物料分拣 ；物联网 ；应用 中图分类号 ：T P 3 9 3 1 8 文献标识码 ：B 0 引 言 2 0 1 i 年 ， 笔 者所在 部 门引 进 了光 机 电 一体 化 实 验 室。它主要承担由 P L C编程 的机械手的物料分拣实 验 ， 其 主要 内容涉及 到 P L C的编 写 、 梯 形 图 的绘 制 、 气 动液压控制、 三菱变频器的使用 、 交流 直流 电机的运 转 以及传感器技术应用等 内容。基于 2 0 1 1年下半年 的实 训工 作 ， 通过 长期 在 各 实 验 和 实训 室 中进 行 反 复 验证 ， 笔 者总 结 出一 套初 步 的构想 ， 使 其运 用 于现代 化 的校 园管 理 中 。 1 物 料 分拣 实验原 理 物料分拣的原理较为简单 ： 物料槽里有黑 、 白、 金 属 3种不 同材 质 的物 料 ， 通 过 机 械 手 的 夹取 、 收 臂 、 上 升、 转移、 下降、 伸臂 、 放夹等动作将物料输送到由直流 电机带动的皮带轮流水线上 ， 然后 物料在皮带上匀速 前进。在流水线 的上方装有 3个传感器 ， 前一个为 电 容式传感器， 它可感应物料的材料属性 ， 区分金属和非 金属 ， 当金属物料通过该传感器时， 传感器将发送一个 电信号给 P L C， 当 P L C接到该信号后 ， 立 即命令气压 装 置 开启 ， 第一 个推 手 在 气 压 的 作 用 下 ， 将 物 料 推 下 ， 滑向事先放好的物料槽 ； 后面两个是光纤传感器 ， 通过 调 节 2个 光纤传 感 器对 黑 、 白光线 的不 同感 应能 力 ， 从 而分拣 出黑、 白两种不同的物料。 物 料分拣 实验原理 框 图如 图 1 所 示 。图 l中 ， 5个 传感器是整个机械手的核心部分 ， 它相当于机器人的眼 睛 ， 通过它观察整个运作流程 ， 它们的作用分别如下： ( 1 )物料感应传感器 ：它 位于原 料槽上方 ， 用 于 检测槽中是 否存在物料， 如果存 在， 则发 送信号启 动 2 4 V 直 流电机 转 动 ， 电机 一 端 连 接 一 个 曲型 铁 片 ， 由 电机 带 动逆 时针旋 转 ， 从 而推 动槽 中物 料到端 口 。 ( 2 )机械手摆动到位传感器 ： 它位 于皮带轮流水 线上端 ， 当机械手臂摆动时 ， 传感器检测到信号 ， 立 即 发送信号使变频器带动的交流电机顺时针转动 ， 使物 料 在皮 带上 运行 。 ( 3 )电容传感器 ： 用于区分金属和非金属物料 ， 如 果是金属， 就发送信号给 P L C， 然后 由 P L C下命令给 气 缸 ， 开 启 阀 门推 动金 属物 料到相 应 的物料 槽 。 ( 4 )光纤 传感 器 1和 2 ： 均 用 于颜 色 识 别 ， 可通 过 调节光 纤传 感器 的灵 敏度来 控制 其感 应状态 。将 白色 物料靠近光纤传感器 1 时 ， 传感器 1 上会有信号感应， 旋转上方旋钮， 可使信号感应达到最强。 物 料 感 应 传 感 器_+ _ 一电 机 及 下 料 气 缸 i 机械 感器 到位 l 卜 可 气 缸 卜 -_ 编 电 容 传 感 器 程 气 卜 _ 气 控 体 制 压 l 器 气 缸 s 卜 _ 缩 光 纤 传 感 器 卜 _ 机 f 气 卜 _ 光 纤 传 感 器 。 一 图 1 PL C 编 程 下 的 物料 分拣 实验 原理 框 图 2 由传 感器 的应 用展 开的 设想 2 1 传 感 器在物 联 网 中的应 用 基于传感器技术 的物联 网又称 为无线传感网络 ( Wi r e l e s s S e n s o r Ne t wo r k ， WS N) ， 无线传感 网络 以 各种方式在被感知对象内部或者附近部署节点 ， 通过 自组 织方 式实 时感 知 、 采 集 和 处理 网络 覆 盖 区域 中的 信息 ， 并通过多跳网络将数据经接 收器传送到远程控 制中心进行操控。基于传感器技术 的物联网主要应用 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 4 0 9 修 回日期 ：2 0 1 2 0 ,t 一 3 0 作 者简介 ：聂影 ( 1 9 8 8 一 ) ，女 ，湖北荆门人 ，助教 ，在读硕士研究生 ，主要研究方向 ：电子信息 自动化 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 2 机 械 工 程 与自 动 化 2 O l 2 年 第 5期 于采集 类 的业务 网_ 1 。 所 谓物 联 网 ， 就 是 通 过 射 频识 别 ( R F I D) 、 红外 感 应器、 全球定位系统( G P S ) 、 激光扫描器、 环境传感器 、 图像传感器等信息传感设备 ， 按约定的协议 ， 把任何物 品与互联网连接起来 ， 进行信息转换和传递 ， 以实现智 能化识别 、 定位 、 跟踪 、 监控和管理的一种 网络 2 。它 包括传感器 网络、 传输层网络 、 应用层 网络 3个部分。 可以设想 把传感 器接 收到的信号通 过无线 网络 ( 如 G P R S 、 蓝 牙 、 红 外 等) 发 送 到 电脑 终端 ， 再 进 行 一定 的 整合 ， 就能便于人们对数据进行读取 、 管理和调控 。图 2为物联 网体系架 构 。 I n t e r n e t 、 G P R S 、 Zi g B e e 、 Bl u e t o o t h 、 Wi r e l e s s 、 S e n s o r 、 N e t wo r k 用 户 接 收 终 端 一 手 机 、 电 脑 等 一 l传感网 l J I物联网 l J l泛在网 l J I I J ，1 图 2 物联 网体系架构 2 2 物 联 网在 南洋校 园 中的应 用设想 2 2 1 物联 网在 教务处 的应用 每天 上课 ， 教 务人 员 都 要 检查 班 级 的到课 率 。虽 然事情看起来简单 ， 但实 际过程中却非常烦琐 。科技 发达的今天 ， 完全可用机器来完成这项工作， 最直接的 办法 便是 在每 个 教室 门 口安装 一个 摄像 头 。但摄 像 头 只能 观察 学生 进入 教室 的图像 ， 并 不能统 计人数 ， 若 在 每个教室 门口安装一个人体 图像传感器 ， 则每经过一 个人就发送一个脉冲给计数器， 计数器累计加 1 ， 然后 再将 累计 的人 数 反馈 给 电脑终 端 。 此外 ， 还 可使 用 蓝 牙检 查 到 课率 。几乎 每 个 学 生 手机上都有蓝牙设备， 让他们在进门之初开启蓝牙 ， 然 后在教学楼某个角落安装蓝牙接收设备 ， 将蓝牙分布 图反 映 给管理 软件 ， 显示 出蓝 牙分 布的拓 扑结构 ， 再 对 蓝牙 个数 进行 统计 。而 且还可 以要 求学 生将 自己的蓝 牙设备实名制 ， 可便捷地记录到课率。由此可见， 通过 利用身边的高科技产品， 可以使得我们的生活和工作 异常 地便 利 。 2 2 2 物联 网在 后勤处 中的应 用 大学 由于是 流动教 室 ， 经 常是 一 、 二节 有课 ， 三 、 四 节就没 课 。课上 完后 往往 “ 人 去楼 空 ” ， 但 有 时学 生 会 忘记关灯、 风扇等电气设备。利用物联网设备 ， 我们可 以直接编写程序 ， 由系统检测后进行相应的操作 。 2 2 3物联 网在 学生生 活 中的应用 在学生生活中， 常常出现由于突然 的天气变化而 使晾晒的衣物无法及时收回等小烦恼 ， 对此我们可以 利用传 感器 来帮 助解决 。 以物 联 网控制下 的 自动伸缩 晾衣杆流程如图 3所示， 我们可 以看到加入传感器之 后 ， 可以实 现晾衣 杆上 的衣服 自动 收取 ， 而 且还 可 以和 人互 动 ， 实 在是非 常“ 亲民化 的设 计 ” 。 物 无 湿 联 线 下 度 网 电 雨 传 管 发 感 理 送 器 皿 消 台 息 自 动 伸 缩 晾 衣 杆 收 缩 图 3 物联网控制下的 自动伸缩晾衣杆流程图 除此以外， 我们还可以将物联 网设 备运用于教学 反馈 、 远程数据采集、 远程健康管理、 智能校 园安保等 等方面， 将这所有系统的信息都收集起来 ， 反馈到一个 系统平 台上， 以便于整体管理 。对于有冲突的事件 ， 我 们还 可 以设 置优 先级 次序 ， 规 定哪 件事情 先做 ， 哪件 事 情后做。或者可 以利用双工传输方式 ， 如 TD MA( 时 分复用) 、 c D MA( 码分多址) 等， 实现多事件同时处理。 3 小结 以上所有方案都还仅仅停 留在设想阶段。要想实 现， 还需要核算付 出的成本和代价 ， 但是 ， 物联 网时代 是未来 现代 化 管理 的趋 势 。 参 考 文 献 ： 1- 1 3 关辉 物联 网在高 校教学 和管理 中的应 用和探讨 J 软 件 导 刊 ， 2 0 1 l ， l l ( 1 0 ) ： 1 4 2 1 4 4 2 张春红 ， 夏海 轮 物联 网技术与应用 M 北 京 ： 人 民邮电 出版 社 2 0 1 1 I d e a a b o u t I n t e r n e t 0 f Thi ng s App l i c a t i o n i n Ca mp u s NI E Yi ng ( Gu a n g z h o u Na n y a ng Co l l e g e ，Gu a n gz h o u 5 1 0 9 2 5，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：B y u n d e r s t a n d i n g t h e s e n s o r s i n t h e p h o t o e l e c t r o n ma c h i n e r y i n t e g r a t i o n e x p e r i me n t ，a n d c o mb i n i n g t h e c u r r e n t a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y o f t h e n t e r n e t o f t h i n g s 。t h e p a p e r g i v e s a s c h e me o f b u i l d i n g t h e l n t e r n e t o f t h i n g s i n t h e c a mp u s。t O i m p r o v e t h e s c h o o l m a na g e m e nt Ke y wo r d s ：s e n s o r s ；c a mp u s n e t wo r k；ma t e r i a l s o r t i n g；t h e I n t e r n e t o f t h i n g s ；a p p l i c a t i o n 下收 一 广 _ r _ ， 否 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m