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在物联网的网络结构中，包括四个层次：
最底层是传感器网络层，即以传感器、RFID以及各种手机、PDA等机器终端为主，完成对底层信息的全面感知和采集功能;
第二层是传输网络层，即通过现有的互联网、广电网络、无线通信网等网络，实现数据的汇聚和传输功能;
第三层是中间件层，通过构建中间件来屏蔽各类传输网络的差异性，为上层应用提供统一的数据调用接口，同时对传输网络层汇聚上来的信息进行理解、推理和决策;
最上层是应用和服务层，即通过对调用数据的处理和解决方案来管理和控制手机、PC等终端设备，实现人们所需要的应用服务;或者与行业专业技术深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。
传感器技术
传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其它装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。根据传感器工作原理，可将其分为三大类：
（1）物理传感器
物理传感器应用某些物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，将被测信号量的物理量转换成便于处理的电信号。
（2）化学传感器
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
（3）其它
物联网的用途
联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。文献[6]-[11]列举了物联网技术在各行各业中的应用。
国际电信联盟于2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。亿博物流咨询生动的介绍物联网在物流领域内的应用，例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配;当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大叫“你扔疼我了”，或者说“亲爱的，请你不要太野蛮，可以吗？”
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长的时间。
物联网的发展趋势
物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。
物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。
物联网需要信息高速公路的建立，移动互联网的高速发展以及固话宽带的普及是物联网海量信息传输交互的基础。依靠网络技术，物联网将生产要素和供应链进行深度重组，成为信息化带动工业化的现实载体。据业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的产值，它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点。
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下面笔者从两方面对面向智能电网的物联网应用方案进行探究，一方面为面向智能用电的物联网解决方案；另一方面为面向智能电网生产环节的传感器网络应用方案。
2.1面向智能用电的物联网解决方案
基于传统模式的用户当中，其智能用电物联网应用主要的连接对象为用户的智能双向电表。对于电网企业来说，主要是以用电性质和场合的差异性为依据，进而选取不同功能的智能双向电表，对用户进行电能计量及有关电能质量的监测等应用。在智能双向电表终端设备的运用下，能够实现对用户用电信息的统一性采集。智能电表是以传感器网络及现场总线等为渠道，然后在传输网及电力接入网的作用下，把电表数据传输到与之相关的应用平台，比如用电信息采集平台等。除此之外，基于智能用电过程中，电动汽车充电系统的应用也是非常重要的。该系统的主要应用内容主要体现在：其一，充电站设施的监测部分，涵盖了充电状态检测、视频检测及安防监测等。其二，传感器及RFID系统的设置，通过有效设置，能够对电动汽车运行情况及动力电池使用情况实现实时感知。
2.2面向智能电网生产环节的传感器网络应用方案
对于面向智能电网的物联网应用，主要的目的是使电力系统生成环节的信息化得到有效提高，同时提高自动化程度。要想使此类应用得到有效实现，需要依靠物联网末端的无线传感器网络，应用场景涵盖了变电站一次设备及二次设备以及高压输电线路等；在对设备运行情况及相关线路的运行情况进行感知及预测的基础上，使电网的安全水平得到有效提高，进一步使电网的运行成本降低。如图1所示，为一种适合用在智能电网生产过程环节的传感网络结构。当中，无线传感器网络通过对感知延伸终端各路信息的充分利用，把采集到的数据汇聚到网关节点上，然后由网关节点把分类预处理之后的数据信息传输到接入网当中，进一步实现进入电力通信核心网的统一性。数据在通过分析处理之后，在ICT平台的基础上，将相关指令发出，并以同样的方法逆向往终端网络节点上传输，从而使对全网的实时监测及故障处理能够得到充分实现。
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2物流数据平台的搭建及功能分析
1）RFID技术概述。RFID是指通过无线射频技术实现任何环境条件下的信息自动识别，由于RFID技术无需人工操作，无需实体接触，因此，特别适合一些恶劣环境条件下物流作业。在物流中RFID利用一个唯一电子标签来标志唯一的实体，该实体在物流业务流程中生成的相关信息将被记录在数据容器中，通过网络查询该实体电子标签的编码可以获取实体的相关物流信息[4]。RFID技术本身的特征决定了它在物流采购、存储、运输、配送等各个环节都比人工信息录入和条码识别技术更具优势，如RFID可以读取不可见的货物标签，可以不在精确对位下实现快速读取，可以同时实现对多个货物标签的信息读取、写入和修改，同时在数据防伪和数据安全中还有很多优良表现[5]。
2）物流数据平台的搭建。物流数据平台的最终用户是企业，因此在设计和搭建平台之前需要结合连锁经营企业的领导、管理人员、基层员工的意见，根据企业管理的实际需求，确定物流数据平台要达到的目标和基本内容。在数据平台之后的运行中企业还能根据实际情况和环境的变化，调整系统所要实现的目标，增减平台涵盖的内容。这项工作需要企业各部门相互协作，共同完成，并最终形成方案。一般的连锁经营企业基于RFID技术的物流数据管理平台结。整个平台分成3层结构，第一层为连锁经营企业相关物流信息的采集端，主要负责对企业所有的物流信息和数据进行基础采集，如商品的出入库信息、商品的仓储信息等；第二层为企业网络中心的数据服务器，前端数据采集结果汇总到服务器上，企业各门店和各相关部门均可进行信息查询，各连锁经营门店可以从数据库中查询到每种商品的实时库存，从而调整和确定本店订货的种类和数量；第三层为连锁经营企业各门店的物流信息管理平台，主要负责向企业的数据库提供商品的销售信息、订货信息以及其他相关的物流信息。
3）数据平台的功能及流程。①完成电子标签与商品的绑定工作。连锁经营企业在对商品进行入库操作前，必须为每件商品张贴电子标签（电子标签主要采用13.56MHz的纸质标签，价格便宜，成本低），同时将电子标签与商品的对应信息存入数据库，之后便可对商品实体进行入库操作。电子标签的应用能够使企业总店和各连锁门店准确地掌握各类商品库存量，提高采购、订货和配送效率。②各连锁门店的订货。各门店可以实时查询总店数据库信息，根据门店的实际销售情况提出订货请求，生成订货单上传至总店物流数据平台。③总店配发货。总店接受并审核各门店的订货单，将相关配货和发货信息通知总店仓库，同时将生成的配货单发送至各连锁门店，等待确认。④各连锁门店收到配货单，等待商品入库上架。门店订货成功后会获得总店发出的配货单，这时门店就可以等待所订货物按时送达门店，并进行入库和上架操作。收到总店配送的货物后应该及时对总店的配货单进行确认。⑤各连锁门店还应定期将门店的销售情况上传至总店数据库，总店数据库可以根据各门店的销售情况处理调货、退货等情况，还能够根据某种商品的销售量制定相应的促销计划等。
4）应用RFID技术的优势分析。①优化生产环节。各连锁门店每日将销售情况汇总后上传给总公司，总公司可以随时掌握商品的销售情况。对于销售良好的商品可以追加生产，防止断货而产生的损失，降低边际成本，增加边际收益，使企业找到具有自身特色的、销量稳定产品。对于销量不佳的商品就要调整生产策略，防止积压占用资金。在连锁经营企业中合理规划资金的使用。②及时调配货物。连锁经营企业遍布范围广，同一种商品在不同的地方销售情况不同，有的店可能滞销，有的店可能畅销，这时总公司可以根据每日的销售数据将滞销店的商品调配到畅销店，这样做虽然增加了物流成本，但可以减少库存。当然如果物流成本大于滞销店减价销售的损失，则可以在滞销店进行减价销售。③降低销售成本。连锁经营企业总店及各门店的库房管理、物流、盘点、销售等工作环节采用了RFID技术后，可以快速采集商品信息，在各个环节提高数据采集速度，节约了人力成本，原来由多个人完成的工作，现在少数几个人就可以做好了，例如在销售时只要将商品用读卡器扫描一下，商品信息就显示出来了，营业员只需按照系统显示的金额收款，完成之后保存数据就可以了。④货物防损。连锁经营企业可以在门口安装读写器，当未销售的商品离开店面时，系统会进行报警，这样可以防止商品丢失，其形式类似超市商品的磁扣或图书馆书籍管理模式。⑤防伪。品牌商品被仿制会严重损害企业的品牌利益，为保护自己的利益，企业想了很多办法，但都难以从根本上解决问题。现在企业商品主要采用条码技术进行识别，条码可以随意打印复制，但在品牌商品中采用电子标签来代替商品条码，每件商品就有了唯一的商品识别编码，类似于商品的身份证，这样就防止了商品被仿冒。⑥防止商品过期销售。电子标签中可存储一定的信息，当然可以存储商品的生产日期和保质期，企业管理部门通过商品的日均销量、库存量、保质期等信息可以分析出商品能否在保质期内销售完成，如果不能，系统可以进行预警，及时提醒企业做出相应的处理。
3RFID技术应用的可行性及必要性
采用连锁经营模式的企业通过长期为客户提供某种品牌商品来获利，其消费群体比较固定，产品的附加值较高。连锁经营企业在发展初期一般注重销售等环节，累积忠实客户，但当企业的盈利达到峰值的时候，企业内部的管理的就显得尤为重要。每个管理者都期望随时掌握自己企业的商品生产了多少，卖出了多少，那个卖的好，有没有商品积压，利润有多少等，利用这些数据和信息来决定企业的生产、销售计划，制定未来的发展战略，而利用RFID技术的数据管理系统完全可以解决上述问题。而从成本上来考虑，利用RFID技术后连锁经营企业总店需要增加服务器、RFID技术中间件和相应软件，以此来搭建一个完整的基于RFID技术的物流数据管理平台。但对各连锁分店来说只需增加一个读卡器和一套软件即可，读卡器价格不超过1000元，软件由总公司提供，具有较大可行性。
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基于物联网技术的数字动感单车设计目标是利用物联网技术，将动感单车与专业的健身服务资源实时地衔接起来，实现多方面的资源整合，为健身人群、社交媒体、数字游戏开发商、健身服务提供商等提供交互接口。物联网数字动感单车将个人的健身数据通过终端软件实时地进行采集和传输，实现基于物联网模式的海量健身数据存储与处理，通过服务器端的数据分析计算给不同健身人群提供相应的健身服务方案，并实现数字动感单车的自动反馈控制，最终实现健身服务的个性化定制服务模式。
3硬件设计
3.1多模式身份自动识别系统
物联网动感单车的身份自动识别功能是为区别不同的健身用户，以实现各类服务软件的自动登入。用户身份的快速识别是用户健身数据传输和个性化健身服务提供的基础。身份识别技术目前可通过二维码、RFID、NFC、蓝牙等技术实现，不同身份识别技术在技术和可行性上都具有优势，但是在一些环境中也有其弊端，比如在健身房中，动感单车的使用间隔更加缩短，用户如果使用自有的智能设备，容易发生丢失且影响健身体验，而如果使用已经安置好的智能设备，则必须有用户间的相互替换，如果在这一阶段使用传统的手动输入方式，必然影响用户的健身流畅性。因此，在物联网动感单车设计中应采用多模式自动识别系统（图3），不仅能够完善对于现有智能设备的支持，也扩大了其他辅助身份识别模式。辅助装置采用智能卡识别子系统，可以看作是对智能设备的辅助，智能卡模式是面向健身房、社区健身园区等多用户、多器材健身环境而设计。
3.2数据采集系统的设计
数据采集系统作为智能动感单车感知层前端载体，是数据采集和获取的重要渠道，传感器无疑是能够满足物联网数字动感单车对各种信息感知需求的主要工具。数据采集系统包括：（1）体重采集系统。物联网动感单车设计中体重采集装置是物联网功能实现的必要元件之一。在实现方式上，主要通过传感器在动感单车车轮部署，通过智能光电式传感器的在物联网车轮中的集成，用户的体重数据可以实时地上传给客户端。（2）心率采集系统。心率作为血液循环机能的重要生理指标在运动健身相关研究中被广泛地应用。根据运动心率变化曲线来确定用户健身过程的目标心率，更具科学性和可参照性。运动后心率的恢复又可作为评定用户负荷适宜与否以及心脏机能状态的指标和依据。（3）能耗采集系统设计。利用外接基于加速度传感器的运动传感器，可以量化测量体力活动消耗，把传感器固定在用户身体上，就能够感应到肢体或躯干的运动或加速度状况。通过短距离输送技术，可以实时传送用户运动状况的数据至用户智能设备的客户端。（4）手部动作识别系统。多维化设计是物联网数字动感单车的重要设计，传统动感单车只有一维的运动方向，通过加入左右手动作光点传感器，可将动感单车的动作提升至两维，让动感单车不仅可以实现单向的识别，也可以识别左右，更加提高动感单车相关应用软件的娱乐性和互动性。（5）安全感知系统。红外数据采集的功能是判断用户使用安全的重要措施，同时红外数据可以作为判断用户是否离开的依据，人体是非常敏感的红外探测源，人体在动感单车进行运动时，车身长度限制了其运动的范围，而红外探测的有效距离远远高出这一范围，通过一些相应的模型建立，可以有效地探知人体在运动时一些简单的摔倒和离开动作，真正实现动感单车的自动感知。（6）运行数据采集系统。用户通过智能设备操作将控制命令传导至中央控制板，数据经解析后传递给下控板并完成对升降机和驱动马达的控制，下控板在获取升降机和马达的数据后，将信息传回人机交互界面。通过动感单车的运动时长、骑行里程、速度变化、坡度变化等多项数据，可以方便地对用户的能量消耗、运动强度、运动频率等进行计算，从而实现对用户健身过程的监测。（7）环境和位置数据采集系统设计。通过在物联网健身器材中植入温度、湿度、GPS等智能传感监测元件，可以快捷地收集活动健身场所的环境数据，例如近来备受关注的PM2.5数据的监测、氧气含量的数据都可以在物联网健身器材中实现监测。
3.3自动控制系统
自动控制同样是当今物联网研究领域的重要研究方向，对于物联网动感单车设计而言，其自身具有独特的使用特点。动感单车因其操作方式较为多样化，且具有独立的中控面板，较为适合自动控制系统的嵌入，且对于物联网动感单车实现自动控制有以下几点优势。首先，利用自动控制系统可以帮助健身用户自动运行动感单车骑行模式，降低操作难度并节约操作时间。其次，自动控制系统能够准确地记录健身用户的运动强度与运动量，防止用户只选择不运动的状况出现。第三，是对于个性化运动处方的支持，通过物联网，健身用户可以获得由健身服务提供者开具的运动处方，对于单独选择动感单车健身的用户，基于个性化的运动处方实现对动感单车的自动控制将会大大提高动感单车的锻炼效果。
4数字动感单车的支持软件设计
4.1基于平台的数字动感单车数据管理系统设计
物联网动感单车数据管理系统是基于物联网，以云计算技术为后台支撑的信息管理系统。系统在使用J2EE技术平台的基础上，利用Java的跨平台特性，独立于硬件配置和操作系统，保证系统平台的灵活性、可移植性和互操作性。系统总体架构，采用了分布式的设计，各个子系统的业务相互独立，采用接口的形式进行调用，防止出现一个子系统的升级，牵涉到整个系统的升级，降低了升级的错误率。每个子系统都采用了MVC设计模型，将前台的数据展示与业务逻辑处理分离，便于后期的维护。利用成熟的Spring、mybatis等技术进行业务逻辑与数据存储的处理，加强了软件复用度，缩短了开发的开发周期。采用SOA组件模型，各个子系统的关键功能单元的调用以WebService方式实现，接口实现技术统一采用REST技术，保证系统各部件之间调用的低耦合度。广泛采用Web2.0界面技术，引入先进强大的工作流引擎，使用大规模、高可用、高并发数据库引擎，实现了系统的高可靠性、高稳定性、高安全性和高扩展性，为本项目的研究提供了良好的支撑条件。物联网动感单车数据管理系统涉及多种类型的健身资源，满足不同健身服务的需求。主要系统设计如下：（1）用户信息管理系统。用户管理负责对系统所有用户的管理，包括普通健身用户管理、指导人员用户管理、系统操作用户管理等子系统。（2）动感单车信息管理系统。动感单车信息管理系统负责动感单车基本信息的管理，包括类别特征管理、控制代码管理、使用指导信息管理子系统。（3）健身数据管理系统。健身数据管理系统负责对用户的健身信息进行管理。包括健身数据采集管理、处方信息管理、综合数据信息管理、扩展信息管理等子系统。（4）服务质量管理系统。服务质量管理系统负责对健身服务产品进行监督。包括服务产品审核管理、产品质量评价管理、产品销售统计管理等子系统。（5）CRM客户管理系统。CRM客户关系管理系统负责对接入健身物联网的动感单车用户信息进行管理。
4.2客户端的设计
客户端是各类物联网服务系统不可缺失的设计，在物联网动感单车的网络健身服务模式中，客户端作为人机交互的重要入口，是实现物联网健身服务模式的重要环节。物联网动感单车客户端能够实现对使用物联网健身器材用户锻炼信息的实时监测显示，并通过健身云服务平台向用户提供锻炼指导、运动处方推荐、健身服务产品供给等功能（见图6）。（1）用户登录验证。客户端软件登录方式的多样性，既能通过传统的方式进行注册登录，又可以通过ShareSDK等较为流行且安全的应用开发技术实现QQ、MSN、新浪微博等第三方接口信息认证并登录客户端，实现使用的便捷性。（2）用户健身档案管理。会员基本信息获取时，客户端需要传入会员ID和密码，供服务端进行登录验证。会员通过在客户端填写个人的数据，建立个人数字档案，从而获取更为个性化的健身服务推荐，会员在登录后可以按照操作填写个人数据，包括基础信息、生活习惯和社会因素等信息。储存到云端用户信息数据库，可供健身服务提供人员和相关推荐系统利用。（3）动感单车控制。通过开发智能设备的应用客户端，可以实现客户端与服务器端的数据传输，使用REST技术通过客户端POST的方式，将客户端数据存入JSON中，调用服务端的REST接口；服务端对传过来的JSON数据进行解析，对用户信息进行验证，并对业务数据进行提取，将处理结果返回给客户端，从而组成“设备——客户端——服务端”的数据双向传输路线。（4）健身服务控制。为提高远程健身服务的效果和质量，用户可以利用客户端给处方进行评价，会员对处方进行评价时，客户端需要传入会员ID和密码，供服务端进行登录验证后将评价数据存入服务评价数据库。（5）个性化运动处方推荐。物联网动感单车的健身服务系统通过对动感单车使用人群健身数据的分析，实现对健身用户个性化健身处方的制定。但由于健身服务平台的开放模式，所需服务的人群流量巨大，后台健身服务指导者在线编辑运动处方的时效性差，而且对于同类用户运动处方可以重复利用。个性化运动处方推荐是在后台数据量较为庞大的假设基础上进行，它不同于传统的基于知识库的推荐方式，需要完善基于用户个体数据形似度匹配的混合推荐方法的应用。
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大学生现在处在我国高速发展的信息时代，数码科技产品无处不在。因此，在微课的情境设计中，如果经常使用含有电子产品使用的情境，会让学生感觉教师的准备力度不够。相反，如果不使用电子产品，而是使用日常生活中的琐事为例，就会给学生提供生活琐事的解决方案。比如，情境设计中使用校园停车场不够这个情境，学生就会通过这个问题想到智能停车管理系统，卡口系统，视频采集技术等。由于物联网技术本身集成度大，融合度高，因此涉及到的技术非常多，那么学生一时间难以把这些知识串起来。这样情境设计对教师想要传达给学生某个知识点时，就显得异常复杂。对于基础不好的同学来讲，这时就容易出现为难情绪。
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射频传感模块各个功能组成采用分离放置，通过接地固定底座和电气外包装固定，经电气连接线完成布局布线。如图1所示，距离地面最近的一个温湿度传感器与地面距离为20cm，高度低于2m的温湿度传感器以50cm的间距布局，其主要依据是烟叶包的大小及温湿度控制需求。烟叶包将围绕着每一个烟叶堆放中心轴进行堆放，通过射频技术完成对每一个烟叶堆中心轴的温湿度采集，以确定是否存在安全隐患。
2.1模块硬件设计射频传感模块由射频模块(nRF24LE01)、温湿度传感模块(SHT75)及电路组成，分为四个功能模块：微处理器(8051内核)、射频模块(nRF24L01+)、温湿度传感模块(SHT75)和电源管理模块。nRF24LE01提供2.4GHz无线收发模块(nRF24L01+)和微处理器(增强型8051内核)完成数据处理和射频通信，其μm级CMOS工艺满足系统模块设计需要[3]。温湿度传感器采用集成一体化传感器SHT75，相较于其他温度传感器(如DS18B20)，该传感器的优势在于具备通过传感标签I/O端口识别传感器功能，在更换传感器是不需要重新定位写入地址[4]。
2.2模块软件构架射频模块nRF24LE01提供了增强型8051单片机完成对温湿度数据的接收和处理后，送入A/D转换模块，完成数据打包，然后经nRF24L01+射频模块完成发送，发射配置流程图如图2所示。模块基于C语言进行模块化软构建开发，射频收发模式采用EnhancedShockBurstTM模式，进行4种工作模式、6种状态的调配，状态图如图3所示。
3阅读器设计
阅读控制器射频模块采用nRF24LE01，与射频传感标签的软构建复用。微处理器选择MSP430F449，MSP430F449提供A/D转换模块，通过SPI串口与nRF24LE01进行信息通信。
3.1阅读控制器的拓扑结构设计大型烟草仓库会有不同类型的烟叶仓库组群而成，且仓库之间、仓库与监控中心之间都有一定的传输距离。为了降低数据传输干扰，提供数据处理效率，系统阅读控制器采用2层网络拓扑结构，如图4所示。
3.2阅读控制器的MultiCeiver模式设计nRF24LE01提供MultiCeiver接收模式，可连接6路独立的并行数据通道，每路数据通道都能够完成增强型shockburst功能，每个数据通道有固定的物理地址，如表1所示[5]。
4温湿度控制平台设计
上位机基于VS平台、C#语言，结合GDI+图像处理功能与数据库管理技术，完成6大功能模块设计，提供实时数据串口通信、监测数据接收、存储，以及温度值超限报警等功能。通信模块：提供串口参数设置及串口通信功能。监测控制：提供监测方式选定(系统提供了测试数据自动定时上传、手动控制上传、预警过渡区上传等方式)、监测方式转换、监测启止控制等功能。显示控制：系统提供监测数据的数据库显示、二维曲线显示、三维曲线显示。该模块提供了不同模式的选择、切换等功能。数据管理：该模块完成上传的监测数据保存和处理，并提供本地报表生成、本地报表上传等功能。预警、报警程序：根据温度预警区间值，提供预警、报警功能。冗余接口模块：该模块基于软构建设计思路，系统采用模块化设计，并预留模块端口提供与烟草系统其他平台和功能模块的通信、升级和移植设计。
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在承担物联网科技项目的同时，还开发了设施农业综合服务平台。该平台可综合展示全部联网基地内信息化建设效果。通过监控中心可将土壤信息感知设备、空气环境监测感知设备、外部气象感知设备、视频信息感知设备等各种传感设备的基础数据进行统一存储、处理和挖掘，由中央控制软件进行智能决策，形成有效指令，通过声、光、电报警指导管理人员或者直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供适宜的生长环境。同时，可通过4G/GPRS/WIFI等传输技术实现上述信息的远程共享，为远程管理和科学研究提供服务平台。平台在天津市西青区大寺镇青凝候绿色农业示范园、张家窝镇花卉生产基地以及东丽区滨海华明农业公司建立了应用示范基地。
2在农产品质量溯源和农产品物流方面
通过对农产品生产、流通、销售过程的全程信息感知、传输、融合和处理，利用条形码技术和射频识别技术实现产品信息的采集跟踪，实现农产品“从农田到餐桌”的全程追溯，为农产品安全保驾护航。近年来天津市农业技术推广站同天津市农业信息中心在东丽一起执行了市经信委项目“基于RFID技术无公害蔬菜质量安全监测系统”以及市农委“数字智能精准技术在天津设施农业中的示范应用”项目。系统以溯源中心数据库为基础，以网站、触摸屏、手机短信和电话为手段，实现不同条件下的产品溯源。消费者可通过不同平台，扫描或输入产品追溯码，了解产品供应链各阶段信息。可有效加强农产品质量安全控制，建立以“市场准入”和以“产地准出”相配套的监管体系，实现质量安全管理关口前移、源头控制，从而对农产品从产地到加工经营企业直至消费者整个流程实施有效监管和追溯，做到安全事件防患于未然，保证无公害农产品的质量安全，让市民拥有消费者知情权，真正吃上“放心菜”，同时也提高了设施农业生产管理水平，增加农民收益。
3建设天津市基层农技推广体系信息服务平台
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其发功能的方向发展目前，应用的传感器产品都能够达到对环境监测的目的，并能够形成简单的系统，但是功能不完整，扩展性和升级能力相对较差，性价比不高，没有取得较好的推广效果。无线传感器技术的发展使农业传感器将朝着微型化、低功耗、高可靠性的方向发展，能否降低构建传感器网络的成本，降低传感器的功耗，延长传感器网络的生命周期是传感器网络能否在农业中得到广泛应用的关键。同时，发展可靠性高的更为先进的身份识别技术以及设施与机械化技术的功能定位，引进精准农业技术、智能化技术、物联网技术等高新技术，提高设施农业机械化、自动化、信息化水平。
1.2网络传输管理系统建设滞后，无线通信
技术将获广泛应用设施农业物联网技术需要一个稳定性、经济性和通用性上均衡发展的管理系统或管理平台，设施农业综合管理系统大多还处于试验研究阶段，价格昂贵，真正能够大面积推广的产品还很少。此外，如何提高传感器网络的可靠性也将是研究的重心。现有无线传感器网络空间范围查询处理算法能量消耗较大，且当节点失效时查询处理过程易被中断，无法返回查询结果。wifi技术因其组网灵活、易维护、易拓展和丰富的配套设备等优势将在设施农业中得到更广泛的应用；同时，通过对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动控制指定设备。同时在设施现场布置摄像头等监控设备，用户通过电脑或G4手机实时采集视频信号，收集设施内生长环境数据进行分析，从而达到远程控制智能调节指定设备，为作物生长信息实现自动监测、自动控制和智能化管理提供科学依据。
1.3人才匮乏，技术不完善，应用推广范围较小
农业物联网的建设需要国家鼓励和加大对物联网的物资投资和人才投资，给予资金技术支持；需要国家加强农业物联网专门人才的培养，提高他们的创新能力以及应用能力；需要专业的设施农业物联网技术服务。各物联网设备开发企业，围绕这个平台和标准，开发相应的配套产品设备，不再投入大量精力开发基础的软硬件，可以节省人力、物力，增加设施农业物联网技术的产品种类，加快设施农业物联网综合技术的推广应用。
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当前，在种植、养殖、农资、农产品加工、农业信息化推送、农业智能化管理等方面，设施物联网技术都取得了一定的应用与发展。物联网技术的应用，可以让植物生长环境更好，可以全面感知家禽牲畜的生长状态，减少弊病。下面就对其应用具体几个方面进行探讨：一、物联网技术可以对农业情况进行实时监测。在整个物联网技术的研究工作中，其终端技术的应用及研究是工作的重点之一。简单地说，物联网终端与各式各样的作用不同的传感器有着密不可分的联系。在传感器的帮助之下，可以全方位的对农作物实时进行监控，依据监控所得数据进一步采取措施，使农作物在合适的环境下生长。其中传感器的种类大致有温度、光、湿度、pH值、二氧化碳、生物等传感器。使用这一终端对在农业生产中出现的各种问题进行合理适度的调整控制，同时还节约了各类资源，如水与人力等。二、对农作物的病虫害具有防治作用。判定农作物是否发生灾害的关键数据是阈值，当阈值到达一定的界限之后，农作物灾害便随之而来。在以往的种植过程中，人们常常需要花费不少的时间、金钱、精力去应对农作物灾害发生，但是往往得到的效果也不尽如人意，同时大量时间、金钱付诸东流。在设施农业中应用物联网技术，可以借助无线传感器对农田进行大规模的同步监测，同时针对观察情况，科学及时地对发现的情况处理，对农作物的灾害防御有很好的作用。在准确判断灾害情况、范围、程度的同时，还可以面对问题给出最合理的方案。根据情况的不同，在整个过程中还可能会用到GPS定位、GIS等先进技术。
三、物联网在设施农业应用中存在的问题
随着国家对物联网发展事业的重视，物联网产业持续升温，很多与设施农业相关的设备工厂开始在设施农业物联网方面大展拳脚，使得产品种类多种多样。在这个过程中，这些公司也出现了很多的问题。一、产品功能单调、没有特色。再次开发前景受限、价格过高等。这些工厂研发制造水平旗鼓相当，在激烈竞争的同时并没有出现领头羊式的企业。再者由于该技术比较新颖，没有一套公认的、合理的、权威的评价标准。面对这一困境，需要国家进行适度干预，从全局上对该产业进行规划、同时明确发展的方向并根据实际情况制定一些计划。要在新产品的研发与新技术上加倍努力，根据不同的地区情况、人员素质情况研发技术，因地制宜。在发展的同时还出现了技术不协调的问题。二、目前我国的农业生产信息化还没有普及，所以物联网中很多的高新技术并不是完全适用于我国当前的市场，这就导致我国的物联网技术在一些关键的技术上一直停滞不前。但是伴随着传感器在各个不同类型农业的发展，其价格也逐渐走低，该技术取得了一定进步。综合上述两种现象，产生了在一个大的技术系统中各类技术发展不均衡。设施农业的发展离不开物联网技术的支持，虽然目前物联网技术取得一定发展，但是总体上水平较低。要是这个问题走出泥潭，首先是对关键技术（无线传输等）进行攻关，取得突破，再是对已经取得的技术成果（传感器等）进一步巩固完善。三、当前，我国农业物联网产业分布分散，没有统一的组织，没有明确的分工，这使得行业内交流较少。出现了对同一技术重复开发，造成资源大量浪费。这需要各个企业共同努力建设一个权威技术平台，围绕该平台，进行交流探讨，避免一些重复开发、资源浪费问题再次发生。
四、就物联网在设施农业发展中的设想
要想使设施农业实现投资少，环保节约的目的就要大力发展精确农业，这种农业类型以效益作为目标，是一种超前性的农业新技术。这种技术把信息智能化与机电一体化结合起来，并取得一定的应用。精确农业凭借其减少不必要投资，同时加强农业管理水平，既保证能源消耗少，又可以使环境影响小等优势值得被引入我国设施农业。自进入二十一世纪以来，食品安全的问题逐渐凸显。要想使食品安全有保证，农产品的生产、传输、出售等各环节必须严格把关，用传统的方式往往会消耗大量的人力物力，但是设施农业的引入可以缓解这个问题。比如通过物联网技术监控动植物生长，监测动植物生长环境的各个指标，真正保证食品安全，实现绿色无公害。当前，传感器应用和比较广泛，但是随着发展很多农户存在完全自动化管理的要求。这对整个设施农业的发展可以起到很好的领导作用。同时要建设一批专业的技术队伍和技术品台，使企业之间、用户之间、企业用户间有一个良性沟通。
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目前，物联网己经具备了一定的理论研究基础和实际技术应用基础，利用物联网全面感知、安全传输、智能处理等优势进行物流业务流程的再造，可在极大程度上提高资源使用效率和物流管理水平。物联网在库存管理中的应用可以带来的主要优势主要有：
（一）优化仓储运作流程
企业的仓储运作流程主要包括入库、出库和盘点。在进行入库管理时，当嵌有RFID标签的货物经过标码识别感应器时，系统可以自动读取出此批货物中的具体物件，形成到货记录。验货人员可以根据到货记录与订货单相比对，从而决定是否接收入库；在进行出库管理时，利用RFID技术不仅不需要进行挨个近距离扫码，而且可以及时更新库存量信息和货物库位信息，方便物资的定位和分拣；在应用RFID技术进行盘点时，可以根据货物的定位进行精确和迅速地盘点，不仅降低了传统人工盘点中的费时费力现象，而且提高了盘点的效率和准确性。
（二）降低库存成本
企业为了保持生产和经营的连续性，在进行库存管理时必须解决确定安全库存、确定订货时间、确定订货量这三个重要问题。物联网技术使得企业一方面可以通过互联网动态查询、跟踪、监测在途原材料与在途产品，可以为原材料的及时入库、合理安排生产和销售打下基础；另一方面可以及时了解在产品库存和原材料消耗情况，从而使企业能够确定下次订货时间和订货量。这都将有利于企业保持最佳经济库存持有量，能在很大程度上减少企业库存占用资金、降低库存管理成本、加快资金周转、提升应对市场风险的能力。
（三）精确计算产成本
通过将物联网技术引入企业的生产管理过程，企业可以掌握产品生产全过程中耗费的原材料量以及和成本发生有因果关系的加工环节等间接成本，从而能够实现更加准确的计算不同批次在产品和产成品的成本。
（四）提高服务质量
客户可以通过物联网技术动态查询和统计本企业乃至整个供应链企业的库存变动情况，促进企业库存管理的透明性，提高客户的满意度；企业还可以查询问题产品的原材料来源以及经过的加工流程，从而可以使企业能够准确地锁定产品问题产生的原因；同时物联网技术可以动态地反映库存产品的定位，再加上国内外自动化技术的发展，它将实现库存管理作业的过程中的自动搬运设备、堆垛机的自动控制，进而完成整个库存管理过程中入库、出库以及库内管理的机械化运行，极大地提高企业库存管理效率。
三、物联网在库存管理中应用的障碍
（一）物流管理应用少
企业库存的管理已经不再局限于单个企业内部，而是扩大至企业所在供应链中，企业在库存管理中对供应链整个环节的管理必将涉及到配送单位、海关、工商、税务等多个环节。由于目前社会物联网应用环境处于刚刚开始发展阶段，导致了该技术的应用范围大多仅仅局限在企业内部，没能在供应链整体库存管理上体现出优势。
（二）技术标准不统一
物联网涉及到多项技术，包括传感网、TCP/IP寻址技术以及RFID技术。其中RFID技术是需要首先考虑的技术问题，每个RFID标签中都具有唯一的识别码，存储着规范而具有互用性信息，使用者通过感应器来读取物品中RFID标签所含信息。但是目前还没有正式的关于RFID产品的国际标准，各个厂商推出的RFID产品互不兼容，这就导致了标有RFID标签的产品不能够在市场上充分流通，也就不利于企业使用物联网技术进行库存管理。
（三）技术产业化难题
国内关于物联网技术的相关研究主体主要是高校以及科研单位，虽然目前已经取得了不少的专利，但是离大规模产业化还尚有距离，目前主要应用的领域只是在智能交通、智能家居方面，部分关于供应链中的应用处于实验室阶段。因此如何将这项新兴的、昂贵的技术转化成可以大规模实际应用于企业物流管理中，将是未来技术研究的重要内容。
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1需求分析及总体设计
1.1需求分析排水设施管理处对排水管网信息管理系统的建设要求主要有以下几点:（1）系统需采集不同点位的液位、流量、流速、雨量等管网信启、，并实现信自、数据的动态更新显示。（2）系统实现监测数据管理、报表统计、数据分析、应急决策支持等功能，并能通过与集合了3D技术和SWMM技术的下穿隧道积水模拟系统的集成，实现对街下穿隧道暴雨时积水情况的模拟预警。（3）系统需支持用户自定义的报警规则，如液位、流速、流量等闺值，并能够将报警数据推送至已有管网GIS平台，同时需具备用户接警管理的功能。（4）系统功能需通过网页展示，同时要求系统访问便捷、维护方便，需支持多种移动设备如手机、Ipad等的访问。1.2总体设计1.2.1管网数据采集方案设计为了监控排水管网运行状态，需要采集管网运行时的各项数据指标，排水管网的主要数据指标有:水管管径、下水井井深、管道内液位高度、污水管道内流速、污水管道内流量。同时为了实现系统雨、洪预警功能，还需采集雨量数据，建立雨量与管网内部液位数据关系。管网数据采集方案选用物联网实现，底层的感知层是各类水信自、传感器，中间的网络层考虑了地下管网的复杂地理环境，选取GPRS尤线传输方案，而最终的应用层就是本文的排水管网信自、管理系统，将采集到的管网数据处理分析，为排水设施管理处等管理部门提供管网建设的决策依据。1.2.2GIS和下穿隧道积水模拟系统的接口设计设计的排水管网信息管理系统为管网已有GIS平台和下穿隧道积水模拟系统提供数据接口，在系统的信息集成平台中实现对下穿隧道积水模拟系统的接口，系统与管网GIS平台的通信采用报警服务集成平台和通讯服务器实现。下穿隧道积水模拟系统由下穿隧道3D仿真模型和SWMM暴雨洪水管理模型结合实现，该系统是以成都市羊市街下穿隧道为原型设计，可以根据羊市街雨量站监测的雨量数据，结合SWMM模型计算得出下穿隧道积水情况。由于该系统己经开发完成，所以本文设计的排水管网信息管理系统需提供接口与之集成。本文的接口设计采用ApacheCamel+ActiveMQ实现。
2系统实现
2.1实时监测系统的实时监测菜单需具备管网状态监测和站点状态监测功能，以管网状态监测功能为例进行验证说明，管网状态监测功能需显示管网中各个站点在距离当前时一刻4个小时以内的最新的实时数据，如果站点在超过4个小时内都没有收到数据则不在此页显示，该功能是用来体现管网整体的最新工作状态，同时还要求数据可以根据用户设制的报警颜色级别区分显示。点击实时监测，在弹出的下拉菜单中选择管网状态监测，进入管网状态监测界面，可以看一出系统成功的实现了对管网状态的监测。2.2数据管理数据查询主要分为以下六个子模块:逐条审核、批量审核。由于篇幅所限，验证测试。实时数据、原始数据、历史数据、报警数据、选取实时数据、原始数据和逐条审核功能进行验证测试。2.3接警管理接警管理功能中包括警情列表、警情处理和警情结果，三个子功能项目，该功能主要实现对异常情况的报警和接警功能，是为了方便排水设施管理处人员处理管网险情而做的设计。其中警情列表功能需实现查询当前时间内的警报情况，同时还可以新增警报:警情处理功能可以使用户查看当前警情处理的状态;警情结果则应查询到最终警情处理的结果。2.4数据报表数据报表模块主要分为以下几个子模块:日报表，周报表，月报表，季报表，年报表。以日报表功能为例进行功能验证，日报表功能需分析当前站点一天内的数据。得出一天内数据的最大值、最小值、均值，同时对数据和分析结果提供导出功能。2.5数据分析数据分析模块主要分为以下几个子模块:单站多参，多站单参，趋势分析，环比分析，因子K线图。以单站多参功能为例进行功能验证。单站多参功能需显示一个站点的若干因子在一个时间段内的原始数据的曲线变动情况，通过该功能可以洋细分析、对比具体站点的各因子波动情况。2.6报警管理报警管理功能包括报警参数、羊市街仿真、羊市街模拟三个子菜单功项，这里选能取报警参数功能和羊市街模拟功能进行功能验证说明。2.7系统管理系统管理功能主要包括以下几个子功能:菜单管理，角色管理，用户管理，因子管理，站点管理，设备管理，站点因子配置。由于篇幅限制只对站点管理子功能进行验证说明。站点管理功能的实现对站点信息的管理功能，还可以新建站点，更新站点信息，包括对站点因子，站点图片进行编辑，处理，以及删除站点功能。
作者：何智华 甘庆华 单位：中国四联仪器仪表集团有限公司
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1.2温湿度数据传输模块该模块分为两部分，一为基于Z－Stack协议栈开发使节点与协调器自动组网形成ZigBee网络，并通过该网络实现数据无线传输；二为使协调器与嵌入式核心板中ARM处理器进行串行异步通信，将数据最终交由嵌入式平台处理。Z－Stack采用分布式寻址，兼容AODV路由协议，可以满足近程通信的要求，即使通信链路失效发生也可有效工作。为了区分Z－Stack协议栈中复杂的硬件驱动系统，又提供了OSAL层［10］（类似于单片机上的操作系统，实则为根据所触发的事件选择调度相应任务），可调度APP层的任务。另外，Z－Stack提供了源码例程SampleApp。该例程实现的功能主要是协调器自启动（组网）和节点设备自动入网。在了解Z－Stack的工作流程后，程序的开发将在APP层对Sam－pleApp．c进行改写完成。这部分程序主要为利用OSAL层任务事件轮询调度机制，通过系统周期性定时广播数据到group1中去实现。当ZigBee节点加入网络后触发状态改变事件，系统开启定时器，定时时间一到就触发广播消息事件；系统为其创建相应的任务ID，调用广播消息函数；节点端的广播消息函数读取前一个模块得到的数据，利用AF＿DataRequest（）函数接口调用下层射频硬件驱动函数发送温湿度数据；触发协调器端的接收数据事件处理函数SampleApp＿MessageMSGCB（），将捕获的温湿度数据处理后，以字符串的形式通过串口显示在宿主机的终端中，以方便调试和开发。另外，协调器通过异步串行接口将数据交由ARM处理器。
1.3温湿度处理模块为了后续拓展，为可处理多个节点温湿度数据，该模块设计采用服务器与客户端两进程间通信来实现［11］。将接收ZigBee协调器通过异步串行通信发送过来的数据作为服务器进程，并封装ZigBee功能提供相应应用接口。客户端进程则主要是用于同服务器端进行交互，解析获取温湿度数据，同时为实现UI图形界面提供封装好的接口，为此还需用Qt设计UI界面。其中双方是利用套接口（Socket）来使进程之间通信，但是由于Socket本身不支持同时等待和超时处理，所以它不能直接用来完成多进程之间的相互实时通信。本实验采用事件驱动库libev的方式构建服务器模型。Libev是一种高性能事件循环／事件驱动库。需要循环探测事件是否产生，其循环体用ev＿loop结构来表达，并用ev＿loop（）来启动。用户需要做的仅仅是在合适的时候，将某些ev＿io从ev＿loop加入或剔除。服务器主要实现流程：首先开启一个Zigbee后台线程（底层）监听服务器调用信息，接着利用ev＿io＿start（loop，＆ev＿io＿watcher）启动一个接收线程，专门用来接收客户端发送过来的命令数据帧；然后按照相应的协议进行解析，跳转到相应的接口，进一步调用底层Zigbee协调器并返回正确的信息给客户端。客户端主要实现流程：首先调用GetConnect接口函数连接到服务器的端口，然后开启一个Zigbeetopo线程用来调用接口函数，发出获取ZigBee网络拓扑结构信息的数据帧，创建另一线程接收并解析服务器端返回的数据帧，同时已创建的UI界面设置定时器，动态刷新加载温湿度数据，绘制成温湿度曲线图。服务器与客户端进程间通信模型如图3所示。此外还需利用Qt对UI界面设计。首先利用Qt－designer为整体界面布局，其中包括背景显示框、LCD数值显示框以及曲线图显示框，编译生成一个UI类；然后采用多继承的方法构造新类，并使用Qt中的信号与槽函数机制，使得接收到温湿度数据触发LCD数值显示和曲线图显示槽函数动作。设计流程见图4。
2Web服务搭建
以上只是完成了温湿度的采集显示，还未真正发挥出物联网所实现的人与物相连，这部分就需要搭建Web服务来实现。实现Web服务需要移植嵌入式服务器，设计动态网页，并通过WiFi最终在已搭建好的局域网内实现手机、PC等可实时查看数据。
2.1嵌入式服务器移植由于嵌入式设备资源一般都比较有限，并且也不需要同时处理多用户的请求，因此不能使用Linux下最常用的如Apache等服务器，而需要使用一些专门为嵌入式设备设计的Web服务器。常见的嵌入式Web服务器主要有：lighttpd、thttpd、shttpd和BOA等。本文选择移植BOA作为嵌入式服务器。BOA是一个非常小巧的Web服务器，可执行代码只有约60KB，它是一个单任务Web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求，但BOA支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。对BOA服务器的配置主要是在／etc／boa目录下创建一个boa．conf文件，此文件包括服务器将使用主机的端口号、运行服务器的身份、错误信息记录的指定文件、存放html文件的目录、默认首页文件等相关信息，此外还需根据配置信息在相应的一些目录下创建文件。
2.2网页设计及动态显示网页设计则是利用html制作静态页面，并结合JavaScript实现动态显示。JavaScript是一种基于对象和事件驱动并具有相对安全性的客户端脚本语言，同时也是一种广泛用于客户端Web开发的脚本语言，常用来给HTML网页添加动态功能，比如响应用户的各种操作。JavaScript脚本可以独立成文件，也可以内联到HTML文档之中。另外，利用AJAX实时刷新网页数据。AJAX：异步JavaScript和XML，它是一种在无需重新加载整个网页的情况下，就能更新部分网页的技术［14］。它通过在后台与服务器进行少量的数据交换，便可以使网页实现异步更新。这意味着可以在不重新加载整个网页的情况下，对网页的某部分元素进行更新。由于温湿度数据放入数据缓冲区，是利用fopen、fread、fwrite以及fseek函数将数据缓冲区内数据写入XML文本适当位置中，要想读取XML文档中的数据并将它显示在Web页面上，需将XML文件转化为XMLDOM（XML文档对象模型），然后再利用JavaScript来解析并实时它。
2.3WIFI模块搭建通过搭建WIFI模块，使得用户可以通过支持WIFI的设备比如手机等更加便捷地查看温湿度数据。WIFI是一个无线网络通信技术的品牌，WIFI的运作至少需要1个AP和1个或1个以上的client。AP由路由器搭建的局域网充当，将插上无线网卡的嵌入式开发板看作一个client，然后就可以与其他client进行通信。要使无线网卡能正常工作，首先需加载驱动，然后对其进行一系列设置，使之加入到局域网中。由于开发板上配置有服务器，因此设置好合适IP以后，在手机等浏览器中输入IP，就能查看温湿度数据。
