物聯(lián)網實訓案例設計

本書以實際需要為導向，以具體典型技術為目標，以通用感知設備為材料，結合物聯(lián)網相關領域的理論研究和實踐，設計了多個典型應用案例，多方位講解物聯(lián)網應用設計與研發(fā)。

本書適合作為高等院校物聯(lián)網專業(yè)及相關專業(yè)學生的實驗、實訓教材，也適合作為物聯(lián)網技術相關研究人員、企事業(yè)單位相關專業(yè)人員進行物聯(lián)網工作的重要參考資料。

物聯(lián)網技術通過各種感知設備、射頻設備、通信模塊等，在物理世界與認知世界間建立多維度關聯(lián)，實現(xiàn)了對客觀世界的全面深度感知。如何實現(xiàn)對諸如空氣質量、交通管理、視頻監(jiān)控、煙氣感知等環(huán)境進行有效交互，實現(xiàn)物聯(lián)網的廣泛應用，是目前迫切需要解決的問題。

本書以實際需要為導向，以具體典型技術為目標，以通用感知設備為材料，結合各自在物聯(lián)網技術領域的理論研究和實踐，設計了多個典型應用案例，多方位講解物聯(lián)網應用設計與研發(fā)。

第1章介紹物聯(lián)網實訓案例主要開發(fā)環(huán)境Arduino的相關背景情況。

第2章介紹如何運用技術實現(xiàn)對PM2.5的檢測和展示，構建了一個方便觀察具體數(shù)值的系統(tǒng)。

第3章介紹如何使用單片機（Arduino UNO）控制舵機，如何利用Wi-Fi通信模塊與智能設備進行通信傳輸數(shù)據，對GPS定位模塊的簡單數(shù)據解析，實現(xiàn)智能車鎖系統(tǒng)的開發(fā)。

第4章介紹如何使用單片機（Arduino UNO）控制電機（TT馬達），以及如何利用超聲波傳感器獲取障礙物的距離并交由單片機處理信息作出判斷，實現(xiàn)智能小車避障。

第5章介紹如何利用RFID技術實現(xiàn)公交卡系統(tǒng)的注冊、充值、余額查詢、刷卡消費、注銷等功能，并將卡片信息通過簡單的UI界面顯示，將關鍵信息通過語音播放出來。

第6章介紹通過部署視頻傳感器、超聲波傳感器等與手機等移動終端互聯(lián)，實現(xiàn)遠程門禁的智能交互。

第7章介紹通過部署一氧化碳傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器等建立煙氣感知報警系統(tǒng)，實現(xiàn)煙氣的濃度監(jiān)測和火災防范。

第8章以倉庫或中小型庫房存儲環(huán)境監(jiān)控為背景，從環(huán)境溫濕度和煙霧濃度的監(jiān)測角度出發(fā)，采用嵌入式開發(fā)技術，通過遠程實時監(jiān)測倉庫溫濕度、煙霧濃度等。

第9章以寵物箱的智能監(jiān)控/操控為背景，通過使用現(xiàn)成的溫濕度傳感器模塊、紅外發(fā)射/接收傳感器模塊等，以樹莓派為終端設備，以Yeelink為數(shù)據平臺，實現(xiàn)對寵物箱的遠程控制。

第10章通過物聯(lián)網三層體系結構更詳細地了解物聯(lián)網在工業(yè)設備中的應用，提供IoT Box（Modbus專2G，RS485&RS232）物聯(lián)網軟硬件整體解決方案，主要解決車輛監(jiān)控的物聯(lián)網智能硬件，以及配套的管理平臺（中控室）、智能終端（手機、平板等）APP。

第11章基于強大且低功耗的IoT核心硬件、功能完備的軟件系統(tǒng)平臺以及定制化的設計，面向畜牧放養(yǎng)、畜牧圈養(yǎng)等眾多養(yǎng)殖領域提供整體解決方案。

第12章基于IoT核心板硬件，通過集成具備GNSS功能及藍牙功能的通信模組，并配置可充電電池以及內PCB天線，提出市政井蓋物聯(lián)網應用方案。

第13章基于EIoT Box MB系列產品，通過RS232/RS485接口，結合相關的數(shù)據線轉換為CAN總線方式，實現(xiàn)物聯(lián)網采集硬件同ECU連接，并進行車輛監(jiān)控。

本書由張翼英、梁琨任主編，楊巨成、王孝強、池健任副主編。張翼英負責全書統(tǒng)籌工作，張翼英、張翼飛、梁琨對全書進行了審校。

具體編寫分工如下：第1章由梁琨、張翼英、喬金帥編寫，第2章由梁琨、張翼英、王凱編寫，第3章由王聰、張翼英、于華超、龐浩淵編寫，第4章由史艷翠、張翼英、劉柱、郭晨陽編寫，第5章由劉柱、張翼英、王亞博、劉飛編寫，第6章由張翼英、梁琨、樓賢拓編寫，第7章由楊巨成、張翼英、鄒維福、于洋、喬金帥編寫，第8章由孫迪、梁琨、張翼英、劉柱、李博強、齊繼軒編寫，第9章由劉建征、梁琨、張翼英、何業(yè)慎編寫，第10章至第13章由張翼英、張翼飛、梁琨、李巖、池健、王孝強、林耀波、柳小川等編寫。

感謝教育部協(xié)同育人項目“物聯(lián)網與APP開發(fā)實訓設計與教材編寫”的支持，感謝宜科（天津）電子有限公司的技術支持，感謝中國水利水電出版社在本書出版過程中給予的大力支持，感謝石永峰編輯的幫助。

希望本書能夠對關心物聯(lián)網應用推廣的高校師生、物聯(lián)網技術愛好者以及產業(yè)鏈相關各領域從業(yè)人員等讀者有所裨益，能夠為我國物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。由于筆者水平及時間所限、各位編者編寫風格各異，書中難免有不足之處，懇請專家和讀者批評指正。

編 者

2018年3月

前言

第1章 物聯(lián)網項目開發(fā)概述 1
1.1 Arduino背景介紹 1
1.2 Arduino軟件簡介 2
1.3 Arduino開發(fā)環(huán)境及調試 5
1.4 Arduino基本語法 7
1.5 Arduino UNO版型介紹 9
第2章 PM2.5檢測與展示 10
2.1 項目簡介 10
2.1.1 背景介紹 10
2.1.2 系統(tǒng)簡介 13
2.2 項目設計 14
2.2.1 運行流程 14
2.2.2 系統(tǒng)功能流程 15
2.3 項目開發(fā) 15
2.3.1 材料準備 15
2.3.2 開發(fā)過程 21
2.3.3 項目結果 23
2.4 應用展望 24
第3章 智能車鎖系統(tǒng) 25
3.1 項目簡介 25
3.2 項目設計 25
3.2.1 運行流程 25
3.2.2 系統(tǒng)功能流程 26
3.3 項目開發(fā) 27
3.3.1 系統(tǒng)硬件環(huán)境及說明 27
3.3.2 系統(tǒng)軟件環(huán)境 30
3.3.3 系統(tǒng)制作步驟 30
3.3.4 軟件設計開發(fā) 33
3.3.5 項目結果 36
3.4 應用展望 37
第4章 智能避障小車 39
4.1 項目簡介 39
4.1.1 背景介紹 39
4.1.2 超聲波定位技術 39
4.1.3 超聲波定位方法 40
4.1.4 超聲波傳感器簡介 41
4.1.5 超聲波測距方法 42
4.2 項目設計 43
4.2.1 小車運行流程 43
4.2.2 避障模式原理 43
4.2.3 系統(tǒng)功能流程 44
4.3 項目開發(fā) 45
4.3.1 準備材料 45
4.3.2 開發(fā)環(huán)境搭建 47
4.3.3 開發(fā)步驟 47
4.4 應用展望 56
第5章 基于RFID的公交卡系統(tǒng) 58
5.1 項目簡介 58
5.1.1 RFID簡介 58
5.1.2 RFID系統(tǒng)的組成 59
5.1.3 RFID系統(tǒng)的分類 59
5.1.4 讀寫器 61
5.1.5 電子標簽 61
5.1.6 RFID技術的應用 62
5.2 項目設計 64
5.3 項目開發(fā) 65
5.3.1 硬件連接 65
5.3.2 代碼編寫 67
5.4 應用展望 72
5.4.1 項目擴展 72
5.4.2 項目總結 73
第6章 視頻對講系統(tǒng) 74
6.1 項目簡介 74
6.2 項目設計 75
6.2.1 系統(tǒng)架構 75
6.2.2 視頻管道設計 75
6.2.3 關鍵工具 76
6.3 項目開發(fā) 77
6.3.1 主要硬件環(huán)境 77
6.3.2 軟件開發(fā)環(huán)境 81
6.3.3 系統(tǒng)環(huán)境的搭建 81
6.3.4 超聲波傳感器代碼 82
6.3.5 Socket協(xié)議 83
6.3.6 GStreamer視頻管道技術 85
6.3.7 PWM信號控制舵機 86
6.4 應用展望 89
第7章 煙氣感知報警系統(tǒng) 90
7.1 項目簡介 90
7.1.1 背景介紹 90
7.1.2 煙氣感知報警的體系結構 92
7.2 項目設計 93
7.2.1 Arduino介紹 93
7.2.2 溫度傳感器（LM35） 93
7.2.3 氣體傳感器（MQ-7） 94
7.2.4 粉塵傳感器 96
7.2.5 蜂鳴器介紹 98
7.3 項目開發(fā) 99
7.4 應用展望 103
第8章 倉庫溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 104
8.1 項目簡介 104
8.2 項目設計 104
8.2.1 運行流程 104
8.2.2 系統(tǒng)功能運行流程 105
8.2.3 數(shù)據流程詳解 105
8.3　項目開發(fā) 106
8.3.1 材料準備 106
8.3.2 開發(fā)環(huán)境搭建 108
8.3.3 開發(fā)過程 108
8.4 應用展望 116
8.4.1 溫濕度傳感器在煙葉發(fā)酵過程中
的應用 116
8.4.2 溫濕度傳感器在地鐵環(huán)境中的應用 116
第9章 安卓遠程智能家居 118
9.1 項目簡介 118
9.2 項目設計 118
9.2.1 紅外線 119
9.2.2 人體紅外感應傳感器 120
9.2.3 所需軟硬件及環(huán)境介紹 123
9.2.4 Yeelink平臺介紹及Yeelink賬號
申請 123
9.3 樹莓派端開發(fā) 126
9.3.1 樹莓派簡介 126
9.3.2 樹莓派端功能綜述 127
9.3.3 系統(tǒng)安裝及環(huán)境配置 128
9.3.4 基于GPIO的紅外無線遙控 130
9.3.5 基于GPIO的溫濕度數(shù)據獲取 136
9.3.6 基于樹莓派系統(tǒng)的監(jiān)控圖像獲取 137
9.3.7 基于Python環(huán)境的樹莓派端功能
開發(fā) 138
9.4 安卓端開發(fā) 143
9.4.1 安卓端功能綜述 143
9.4.2 開發(fā)環(huán)境和目標平臺 143
9.4.3 所用框架介紹 144
9.4.4 安卓端系統(tǒng)開發(fā) 144
9.5 系統(tǒng)功能整合測試 159
9.6 應用展望 162
第10章 工業(yè)設備物聯(lián)網應用案例 163
10.1 項目簡介 163
10.1.1 背景介紹 163
10.1.2 系統(tǒng)簡介 163
10.2 項目設計 164
10.3 項目開發(fā) 164
10.3.1 物聯(lián)網硬件開發(fā)及集成設計 165
10.3.2 物聯(lián)網管理平臺服務 171
10.3.3 流量及資費管理定制服務 172
10.3.4 應用平臺開發(fā) 172
10.4 應用展望 172
第11章 畜牧養(yǎng)殖業(yè)物聯(lián)網應用案例 173
11.1 項目簡介 173
11.1.1 物聯(lián)網硬件開發(fā)及集成設計 173
11.1.2 物聯(lián)網管理平臺服務 174
11.2 項目設計 175
11.2.1 牛羊等經濟型散養(yǎng)畜牧業(yè)放牧
管理應用 175
11.2.2 豬舍、水產等圈養(yǎng)型畜牧業(yè)環(huán)境智能監(jiān)控 177
11.3 項目開發(fā) 180
11.3.1 空氣質量傳感器 180
11.3.2 溫濕度傳感器 181
11.3.3 系統(tǒng)功能 181
11.4 應用展望 183
第12章 市政井蓋物聯(lián)網應用案例 184
12.1 項目簡介 184
12.1.1 背景介紹 184
12.1.2 系統(tǒng)簡介 185
12.2 項目設計 186
12.2.1 運行流程 186
12.2.2 系統(tǒng)功能流程 188
12.3 項目開發(fā) 188
12.3.1 材料準備 188
12.3.2 相關流程 196
12.3.3 項目結果 199
12.4 應用展望 199
第13章 工程機械物聯(lián)網應用案例 200
13.1 項目簡介 200
13.1.1 設計背景 200
13.1.2 系統(tǒng)簡介 200
13.2 項目設計 201
13.3 項目開發(fā) 201
13.3.1 系統(tǒng)硬件環(huán)境及說明 201
13.3.2 系統(tǒng)軟件環(huán)境及說明 203
13.3.3 項目結果 204
13.4 應用展望 205
參考文獻 206

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2. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
3. 電路與電子技術Ⅱ——電路分析基礎 [主編 陳曉 金哲]
4. Spark大數(shù)據處理技術 [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
5. 人工智能算法與實踐 [主編　梁琨　張翼英]
6. 數(shù)據清洗 [黃源　劉智楊　孫大松]
7. 計算機應用基礎與實踐（Windows 7平臺與Office 2016應用） [主編 呂波 何敏]
8. 辦公自動化高級應用案例教程（微課版） [高海波 張誠 楊順]
9. 電路設計與PCB制作實操教程 [主編 周永宏]
10. 電路與電子技術Ⅰ—數(shù)字電子技術 [主編 鄭玉珍 王淑琴]
11. Java編程基礎案例式教程 [主編 陳艷華 唐春蘭]
12. Python語言同步案例習題精解 [主編 肖朝暉]
13. Excel在會計工作中的應用（第三版） [主 編 趙艷莉 耿聰慧]
14. 應用數(shù)學 [主編 劉東海 劉麗瑤]
15. Web用戶界面設計與制作 [主編 趙娟]
16. 計算機應用技術基礎案例教程 [主編 周麗娟 王璐]
17. PCB設計與應用項目式教程 [主編 董梅 李翠玲]
18. Unity應用開發(fā)與實戰(zhàn)（微課版） [主 編 程永恒]
19. 多智能體系統(tǒng)建模、仿真及應用 [趙春曉　魏楚元　著]
20. 民用航空飛機維修手冊應用（活頁式） [主編　樂樂　耿明濤]
21. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應用與技術評論 [欒春遠 編著]
22. 計算機應用基礎（Windows 10+Office 2016） [主編 任洪亮 邢海燕]
23. 計算機應用基礎 [周麗娟 紀淑芹 楊海波]
24. 計算機應用基礎實踐教程 [主編 楊海波 李燁平 周麗娟]
25. 文學基礎與影視欣賞 [楊華軻 朱偉利 畢雪燕 羅玲誼]
26. 大學計算機基礎與計算思維 [主編 閔笛 汪瑩]
27. 大學計算機信息素養(yǎng)（第二版） [主編 盧山]
28. 深入淺出OpenHarmony——架構、內核、驅動及應用開發(fā)全棧 [李傳釗 著]
29. 大學計算機基礎實驗指導及習題解析 [主編 閔笛 李明]
30. 大學計算機信息素養(yǎng)實驗指導（第二版） [主編 盧山]