物联网实训案例设计

本书以实际需要为导向，以具体典型技术为目标，以通用感知设备为材料，结合物联网相关领域的理论研究和实践，设计了多个典型应用案例，多方位讲解物联网应用设计与研发。

本书适合作为高等院校物联网专业及相关专业学生的实验、实训教材，也适合作为物联网技术相关研究人员、企事业单位相关专业人员进行物联网工作的重要参考资料。

物联网技术通过各种感知设备、射频设备、通信模块等，在物理世界与认知世界间建立多维度关联，实现了对客观世界的全面深度感知。如何实现对诸如空气质量、交通管理、视频监控、烟气感知等环境进行有效交互，实现物联网的广泛应用，是目前迫切需要解决的问题。

本书以实际需要为导向，以具体典型技术为目标，以通用感知设备为材料，结合各自在物联网技术领域的理论研究和实践，设计了多个典型应用案例，多方位讲解物联网应用设计与研发。

第1章介绍物联网实训案例主要开发环境Arduino的相关背景情况。

第2章介绍如何运用技术实现对PM2.5的检测和展示，构建了一个方便观察具体数值的系统。

第3章介绍如何使用单片机（Arduino UNO）控制舵机，如何利用Wi-Fi通信模块与智能设备进行通信传输数据，对GPS定位模块的简单数据解析，实现智能车锁系统的开发。

第4章介绍如何使用单片机（Arduino UNO）控制电机（TT马达），以及如何利用超声波传感器获取障碍物的距离并交由单片机处理信息作出判断，实现智能小车避障。

第5章介绍如何利用RFID技术实现公交卡系统的注册、充值、余额查询、刷卡消费、注销等功能，并将卡片信息通过简单的UI界面显示，将关键信息通过语音播放出来。

第6章介绍通过部署视频传感器、超声波传感器等与手机等移动终端互联，实现远程门禁的智能交互。

第7章介绍通过部署一氧化碳传感器、烟雾传感器、温湿度传感器等建立烟气感知报警系统，实现烟气的浓度监测和火灾防范。

第8章以仓库或中小型库房存储环境监控为背景，从环境温湿度和烟雾浓度的监测角度出发，采用嵌入式开发技术，通过远程实时监测仓库温湿度、烟雾浓度等。

第9章以宠物箱的智能监控/操控为背景，通过使用现成的温湿度传感器模块、红外发射/接收传感器模块等，以树莓派为终端设备，以Yeelink为数据平台，实现对宠物箱的远程控制。

第10章通过物联网三层体系结构更详细地了解物联网在工业设备中的应用，提供IoT Box（Modbus专2G，RS485&RS232）物联网软硬件整体解决方案，主要解决车辆监控的物联网智能硬件，以及配套的管理平台（中控室）、智能终端（手机、平板等）APP。

第11章基于强大且低功耗的IoT核心硬件、功能完备的软件系统平台以及定制化的设计，面向畜牧放养、畜牧圈养等众多养殖领域提供整体解决方案。

第12章基于IoT核心板硬件，通过集成具备GNSS功能及蓝牙功能的通信模组，并配置可充电电池以及内PCB天线，提出市政井盖物联网应用方案。

第13章基于EIoT Box MB系列产品，通过RS232/RS485接口，结合相关的数据线转换为CAN总线方式，实现物联网采集硬件同ECU连接，并进行车辆监控。

本书由张翼英、梁琨任主编，杨巨成、王孝强、池健任副主编。张翼英负责全书统筹工作，张翼英、张翼飞、梁琨对全书进行了审校。

具体编写分工如下：第1章由梁琨、张翼英、乔金帅编写，第2章由梁琨、张翼英、王凯编写，第3章由王聪、张翼英、于华超、庞浩渊编写，第4章由史艳翠、张翼英、刘柱、郭晨阳编写，第5章由刘柱、张翼英、王亚博、刘飞编写，第6章由张翼英、梁琨、楼贤拓编写，第7章由杨巨成、张翼英、邹维福、于洋、乔金帅编写，第8章由孙迪、梁琨、张翼英、刘柱、李博强、齐继轩编写，第9章由刘建征、梁琨、张翼英、何业慎编写，第10章至第13章由张翼英、张翼飞、梁琨、李岩、池健、王孝强、林耀波、柳小川等编写。

感谢教育部协同育人项目“物联网与APP开发实训设计与教材编写”的支持，感谢宜科（天津）电子有限公司的技术支持，感谢中国水利水电出版社在本书出版过程中给予的大力支持，感谢石永峰编辑的帮助。

希望本书能够对关心物联网应用推广的高校师生、物联网技术爱好者以及产业链相关各领域从业人员等读者有所裨益，能够为我国物联网产业的发展添砖加瓦。由于笔者水平及时间所限、各位编者编写风格各异，书中难免有不足之处，恳请专家和读者批评指正。

编 者

2018年3月

前言

第1章 物联网项目开发概述 1
1.1 Arduino背景介绍 1
1.2 Arduino软件简介 2
1.3 Arduino开发环境及调试 5
1.4 Arduino基本语法 7
1.5 Arduino UNO版型介绍 9
第2章 PM2.5检测与展示 10
2.1 项目简介 10
2.1.1 背景介绍 10
2.1.2 系统简介 13
2.2 项目设计 14
2.2.1 运行流程 14
2.2.2 系统功能流程 15
2.3 项目开发 15
2.3.1 材料准备 15
2.3.2 开发过程 21
2.3.3 项目结果 23
2.4 应用展望 24
第3章 智能车锁系统 25
3.1 项目简介 25
3.2 项目设计 25
3.2.1 运行流程 25
3.2.2 系统功能流程 26
3.3 项目开发 27
3.3.1 系统硬件环境及说明 27
3.3.2 系统软件环境 30
3.3.3 系统制作步骤 30
3.3.4 软件设计开发 33
3.3.5 项目结果 36
3.4 应用展望 37
第4章 智能避障小车 39
4.1 项目简介 39
4.1.1 背景介绍 39
4.1.2 超声波定位技术 39
4.1.3 超声波定位方法 40
4.1.4 超声波传感器简介 41
4.1.5 超声波测距方法 42
4.2 项目设计 43
4.2.1 小车运行流程 43
4.2.2 避障模式原理 43
4.2.3 系统功能流程 44
4.3 项目开发 45
4.3.1 准备材料 45
4.3.2 开发环境搭建 47
4.3.3 开发步骤 47
4.4 应用展望 56
第5章 基于RFID的公交卡系统 58
5.1 项目简介 58
5.1.1 RFID简介 58
5.1.2 RFID系统的组成 59
5.1.3 RFID系统的分类 59
5.1.4 读写器 61
5.1.5 电子标签 61
5.1.6 RFID技术的应用 62
5.2 项目设计 64
5.3 项目开发 65
5.3.1 硬件连接 65
5.3.2 代码编写 67
5.4 应用展望 72
5.4.1 项目扩展 72
5.4.2 项目总结 73
第6章 视频对讲系统 74
6.1 项目简介 74
6.2 项目设计 75
6.2.1 系统架构 75
6.2.2 视频管道设计 75
6.2.3 关键工具 76
6.3 项目开发 77
6.3.1 主要硬件环境 77
6.3.2 软件开发环境 81
6.3.3 系统环境的搭建 81
6.3.4 超声波传感器代码 82
6.3.5 Socket协议 83
6.3.6 GStreamer视频管道技术 85
6.3.7 PWM信号控制舵机 86
6.4 应用展望 89
第7章 烟气感知报警系统 90
7.1 项目简介 90
7.1.1 背景介绍 90
7.1.2 烟气感知报警的体系结构 92
7.2 项目设计 93
7.2.1 Arduino介绍 93
7.2.2 温度传感器（LM35） 93
7.2.3 气体传感器（MQ-7） 94
7.2.4 粉尘传感器 96
7.2.5 蜂鸣器介绍 98
7.3 项目开发 99
7.4 应用展望 103
第8章 仓库温湿度环境监测系统 104
8.1 项目简介 104
8.2 项目设计 104
8.2.1 运行流程 104
8.2.2 系统功能运行流程 105
8.2.3 数据流程详解 105
8.3　项目开发 106
8.3.1 材料准备 106
8.3.2 开发环境搭建 108
8.3.3 开发过程 108
8.4 应用展望 116
8.4.1 温湿度传感器在烟叶发酵过程中
的应用 116
8.4.2 温湿度传感器在地铁环境中的应用 116
第9章 安卓远程智能家居 118
9.1 项目简介 118
9.2 项目设计 118
9.2.1 红外线 119
9.2.2 人体红外感应传感器 120
9.2.3 所需软硬件及环境介绍 123
9.2.4 Yeelink平台介绍及Yeelink账号
申请 123
9.3 树莓派端开发 126
9.3.1 树莓派简介 126
9.3.2 树莓派端功能综述 127
9.3.3 系统安装及环境配置 128
9.3.4 基于GPIO的红外无线遥控 130
9.3.5 基于GPIO的温湿度数据获取 136
9.3.6 基于树莓派系统的监控图像获取 137
9.3.7 基于Python环境的树莓派端功能
开发 138
9.4 安卓端开发 143
9.4.1 安卓端功能综述 143
9.4.2 开发环境和目标平台 143
9.4.3 所用框架介绍 144
9.4.4 安卓端系统开发 144
9.5 系统功能整合测试 159
9.6 应用展望 162
第10章 工业设备物联网应用案例 163
10.1 项目简介 163
10.1.1 背景介绍 163
10.1.2 系统简介 163
10.2 项目设计 164
10.3 项目开发 164
10.3.1 物联网硬件开发及集成设计 165
10.3.2 物联网管理平台服务 171
10.3.3 流量及资费管理定制服务 172
10.3.4 应用平台开发 172
10.4 应用展望 172
第11章 畜牧养殖业物联网应用案例 173
11.1 项目简介 173
11.1.1 物联网硬件开发及集成设计 173
11.1.2 物联网管理平台服务 174
11.2 项目设计 175
11.2.1 牛羊等经济型散养畜牧业放牧
管理应用 175
11.2.2 猪舍、水产等圈养型畜牧业环境智能监控 177
11.3 项目开发 180
11.3.1 空气质量传感器 180
11.3.2 温湿度传感器 181
11.3.3 系统功能 181
11.4 应用展望 183
第12章 市政井盖物联网应用案例 184
12.1 项目简介 184
12.1.1 背景介绍 184
12.1.2 系统简介 185
12.2 项目设计 186
12.2.1 运行流程 186
12.2.2 系统功能流程 188
12.3 项目开发 188
12.3.1 材料准备 188
12.3.2 相关流程 196
12.3.3 项目结果 199
12.4 应用展望 199
第13章 工程机械物联网应用案例 200
13.1 项目简介 200
13.1.1 设计背景 200
13.1.2 系统简介 200
13.2 项目设计 201
13.3 项目开发 201
13.3.1 系统硬件环境及说明 201
13.3.2 系统软件环境及说明 203
13.3.3 项目结果 204
13.4 应用展望 205
参考文献 206

1. 人工智能应用基础 [主编 杨缨 李佳]
2. 中华水文化（慕课版）（第二版） [毕雪燕 杨华轲 罗玲谊 等编著]
3. 电路与电子技术Ⅱ——电路分析基础 [主编 陈晓 金哲]
4. Spark大数据处理技术 [主编　刘仁山　周洪翠　庄新妍]
5. 人工智能算法与实践 [主编　梁琨　张翼英]
6. 数据清洗 [黄源　刘智杨　孙大松]
7. 计算机应用基础与实践（Windows 7平台与Office 2016应用） [主编 吕波 何敏]
8. 办公自动化高级应用案例教程（微课版） [高海波 张诚 杨顺]
9. 电路设计与PCB制作实操教程 [主编 周永宏]
10. 电路与电子技术Ⅰ—数字电子技术 [主编 郑玉珍 王淑琴]
11. Java编程基础案例式教程 [主编 陈艳华 唐春兰]
12. Python语言同步案例习题精解 [主编 肖朝晖]
13. Excel在会计工作中的应用（第三版） [主 编 赵艳莉 耿聪慧]
14. 应用数学 [主编 刘东海 刘丽瑶]
15. Web用户界面设计与制作 [主编 赵娟]
16. 计算机应用技术基础案例教程 [主编 周丽娟 王璐]
17. PCB设计与应用项目式教程 [主编 董梅 李翠玲]
18. Unity应用开发与实战（微课版） [主 编 程永恒]
19. 多智能体系统建模、仿真及应用 [赵春晓　魏楚元　著]
20. 民用航空飞机维修手册应用（活页式） [主编　乐乐　耿明涛]
21. ANSYS Workbench在压力容器分析中的应用与技术评论 [栾春远 编著]
22. 计算机应用基础（Windows 10+Office 2016） [主编 任洪亮 邢海燕]
23. 计算机应用基础 [周丽娟 纪淑芹 杨海波]
24. 计算机应用基础实践教程 [主编 杨海波 李烨平 周丽娟]
25. 文学基础与影视欣赏 [杨华轲 朱伟利 毕雪燕 罗玲谊]
26. 大学计算机基础与计算思维 [主编 闵笛 汪莹]
27. 大学计算机信息素养（第二版） [主编 卢山]
28. 深入浅出OpenHarmony——架构、内核、驱动及应用开发全栈 [李传钊 著]
29. 大学计算机基础实验指导及习题解析 [主编 闵笛 李明]
30. 大学计算机信息素养实验指导（第二版） [主编 卢山]