一种基于树莓派的物联网教学实训系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于树莓派的物联网教学实训系统，包括：数据采集模块、AD模数转换模块、树莓派、NB‑IoT通讯模块；所述数据采集模块，用于采集数据；所述AD模数转换模块，用于将所述数据采集模块中采集的模拟量数据转换为数字量数据后发送给所述树莓派；所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据；所述NB‑IoT通讯模块，用于将树莓派采集到的数据上传至云平台。采用本发明专利技术，除了可以进行传统的传感器试验外，还可进行视频传输、图片传输、人脸识别等实验，并将实验数据上传给云平台，还可支持多种编程语言的运行。

An Internet of Things Teaching and Training System Based on Raspberry School

【技术实现步骤摘要】
一种基于树莓派的物联网教学实训系统
本专利技术涉及教学领域，特别是涉及一种基于树莓派的物联网教学实训系统。
技术介绍
传统的物联网教学实验设备大多是采用单片机作为中央处理设备，辅以各种类型的传感器，通过采用ZigBee或Modbus等协议组成局域网，在局域网内部进行传感器实验数据的传递或是将实验数据传至上位机，在上位机中进行展示。这种教学实验设备涵盖的实验内容比较单一，大多为单纯的传感器实验，而没有专门针对传输协议或是其他相关
的实验内容，此种教学实验设备已经无法满足当今的物联网专业的学习，随着技术的不断发展成熟以及工程上的实际需要，学生们需要学习采用不同的通信协议将实验数据上传至云平台而非上位机，实现真正的物联网，并需要掌握交叉学科相关技能。针对于传统的物联网教学实验设备，目前主要有以下几个方面的不足：1、以单片机作为中央处理设备，计算能力不足，性能较差，对于类似视频传输的实验无法进行；2、一般的物联网教学设备通过ZigBee、LoRa等技术组成局域网，并设置网关，再通过PC机将数据上传云平台，系统结构复杂；3、实验类型比较单一，大多为单纯的传感器实验，对于传输协议或是其他相关
集成较差，无法培养学生复合技能；4、传统的物联网教学实验器材需要单片机配合PC机进行操作，PC机操作系统为Windows，Windows对于嵌入式、物联网的支持较差，需要安装专门的运行环境和开发环境，非常麻烦。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于树莓派的物联网教学实训系统，除了可以进行传统的传感器试验外，还可进行视频传输、图片传输、人脸识别等实验，并将实验数据上传给云平台，还可支持多种编程语言的运行。基于此，本专利技术提供了一种基于树莓派的物联网教学实训系统，所述系统包括：数据采集模块、AD模数转换模块、树莓派、NB-IoT通讯模块；所述数据采集模块，用于采集数据；所述AD模数转换模块，用于将所述数据采集模块中采集的模拟量数据转换为数字量数据后发送给所述树莓派；所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据；所述NB-IoT通讯模块，用于将树莓派采集到的数据上传至云平台。其中，所述数据采集模块包括传感器、RFID读写器、摄像头。其中，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光传感器。其中，所述数据采集模块若采集到的数据为数字量数据，则不经由所述AD模数转换模块，直接上传给所述树莓派。其中，所述树莓派包括WIFI或宽带模块，所述树莓派还用于通过WIFI或宽带模块传输所述数据采集模块采集到的图像视频。其中，所述树莓派还用于根据所述视频图像进行人脸对比，所述人脸对比的过程包括：识别人脸图像；将所述人脸图像的轮廓提取出来；获取所述视频图像中人脸的预设个数的面部特征点，所述面部特征点包括面部五官的轮廓点；将所述面部特征点与预设的人脸特征点进行比对；若所述面部的特征点与预设的人脸特征点的相同个数超过预设个数，则人脸识别成功，否则人脸识别失败。其中，所述NB-IoT通讯模块包括BC-35通信芯片，所述通信芯片封装有AT指令集，所述AT指令用于实现所述通信芯片与所述云平台通信。其中，所述云平台下发指令至所述BC-35通信芯片，所述通信芯片可将所述云平台下发指令发送给所述树莓派，所述树莓派对所述指令进行解析并对所述指令做出相应的响应。其中，所述系统还包括平台端，所述平台端用于可视化显示数据。其中，所述可视化显示数据的方式包括折线图、柱状图、仪表图。本专利技术支持对计算能力要求较高、数据量传输较大的实验，结构简单，不需要自组局域网及其他额外的网络配置硬件，通过NB-IoT模块及树莓派即可将数据上传至云平台，采用树莓派，而非单片机加PC机，树莓派的操作系统为Linux，可以不需安装额外的开发、运行环境即可进行实验操作，简便易操作，并且可以支持多种编程语言的运行，并且方便更多实验的扩展。本专利技术支持进行传感器试验、视频传输、图片传输、人脸识别等实验，并将实验数据上传给云平台，还可以以折线图、柱状图、仪表图等方式可视化在平台端显示数据。传统的物联网教学器材需要自组局域网，并配合其他的网络配置硬件，在实际的工程应用当中，后期的网络维护需要较大的人力资源及成本。但是本专利技术采用的NB-IoT模块，采用的是移动/电信这类运营商的窄带物联网，在NB网络覆盖到的地方均可进行实际工程应用，后期维护成本低，且运营商的网络较为稳定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的基于树莓派的物联网教学实训系统的示意图；图2是本专利技术实施例提供的人脸识别过程的流程图；图3是本专利技术实施例提供的面部特征点的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例提供的基于树莓派的物联网教学实训系统的示意图，所述系统包括：数据采集模块、AD模数转换模块、树莓派、NB-IoT通讯模块；所述数据采集模块，用于采集数据；所述AD模数转换模块，用于将所述数据采集模块中采集的模拟量数据转换为数字量数据后发送给所述树莓派；所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据；所述NB-IoT通讯模块，用于将树莓派采集到的数据上传至云平台。所述数据采集模块包括传感器、RFID读写器、摄像头。其中，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光传感器，还可包括气体传感器、压力传感器、超声波传感器、声音传感器等传感器。所述NB-IoT模块可在NB—IoT场强检测实验中，可以充当着数据采集模块的角色。无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，简称：RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID读写器(RFID阅读器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。所述RFID读写器包含有RFID射频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。所述摄像头包括USB摄像头。所述AD模数转换模块包括模数转换器(简称a/d转换器或adc，analogtodigitalconverter)，所述模数转换器经过取样、保持、量化及编码4个过程，将时间连续、幅值也连续的模拟量数据转换为时间离散、幅值也离散的数字量数据，并将所述转换为数字量的数据发送给所述树莓派。所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据。所述树莓派(RaspberryPi，简称RPi)，是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD或MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有若干个USB接口和一个10/100以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，包括：数据采集模块、AD模数转换模块、树莓派、NB‑IoT通讯模块；所述数据采集模块，用于采集数据；所述AD模数转换模块，用于将所述数据采集模块中采集的模拟量数据转换为数字量数据后发送给所述树莓派；所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据；所述NB‑IoT通讯模块，用于将树莓派采集到的数据上传至云平台。

【技术特征摘要】
1.一种基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，包括：数据采集模块、AD模数转换模块、树莓派、NB-IoT通讯模块；所述数据采集模块，用于采集数据；所述AD模数转换模块，用于将所述数据采集模块中采集的模拟量数据转换为数字量数据后发送给所述树莓派；所述树莓派，用于接收所述AD模数转换模块发送而来的数字量数据；所述NB-IoT通讯模块，用于将树莓派采集到的数据上传至云平台。2.如权利要求1所述的基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，所述数据采集模块包括传感器、RFID读写器、摄像头。3.如权利要求2所述的基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光传感器。4.如权利要求1所述的基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，所述数据采集模块若采集到的数据为数字量数据，则不经由所述AD模数转换模块，直接上传给所述树莓派。5.如权利要求1所述的基于树莓派的物联网教学实训系统，其特征在于，所述树莓派包括WIFI或宽带模块，所述树莓派还用于通过WIFI或宽带模块传输所述数据采集模块采集到的图像视频。6.如权利要求5所述的基于树莓派的物联网教学实训系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳奇，
申请(专利权)人：广州市申迪计算机系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44