TYK-JT01型 智能交通管理實訓系統(tǒng)
一、系統(tǒng)簡介 TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)以城市道路交通為原型，綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡、射頻識別、圖像識別、嵌入式系統(tǒng)、無線通信等物聯(lián)網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在交通沙盤中的智能小車、傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、工業(yè)攝像機、智能網關、服務器與客戶端實現(xiàn)交通燈智能管理、路燈管理、公交優(yōu)先、超速抓拍、車牌識別、智能停車場、高速ETC、公路災害智能預警、自動避障、車聯(lián)網等功能，為解決現(xiàn)代城市交通擁堵、交通事故、違規(guī)逃逸、停車難等一系列問題提供了技術路線，也為物聯(lián)網專業(yè)教學提供了一個完備的應用實訓系統(tǒng)。 二、系統(tǒng)構成 TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)利用各種傳感器測量城市道路中的參數(shù)，結合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術將采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用ZigBee無線傳感器網絡統(tǒng)一管理各個節(jié)點；利用射頻技術實現(xiàn)車輛的自動識別；利用圖像識別技術實現(xiàn)車牌識別；利用自動控制理論和反饋控制理論實現(xiàn)智能控制；利用嵌入...
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一、系統(tǒng)簡介
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)以城市道路交通為原型，綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡、射頻識別、圖像識別、嵌入式系統(tǒng)、無線通信等物聯(lián)網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在交通沙盤中的智能小車、傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、工業(yè)攝像機、智能網關、服務器與客戶端實現(xiàn)交通燈智能管理、路燈管理、公交優(yōu)先、超速抓拍、車牌識別、智能停車場、高速ETC、公路災害智能預警、自動避障、車聯(lián)網等功能，為解決現(xiàn)代城市交通擁堵、交通事故、違規(guī)逃逸、停車難等一系列問題提供了技術路線，也為物聯(lián)網專業(yè)教學提供了一個完備的應用實訓系統(tǒng)。
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)以城市道路交通為原型，綜合運用傳感器采集、設備控制、無線傳感器網絡、射頻識別、圖像識別、嵌入式系統(tǒng)、無線通信等物聯(lián)網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在交通沙盤中的智能小車、傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、工業(yè)攝像機、智能網關、服務器與客戶端實現(xiàn)交通燈智能管理、路燈管理、公交優(yōu)先、超速抓拍、車牌識別、智能停車場、高速ETC、公路災害智能預警、自動避障、車聯(lián)網等功能，為解決現(xiàn)代城市交通擁堵、交通事故、違規(guī)逃逸、停車難等一系列問題提供了技術路線，也為物聯(lián)網專業(yè)教學提供了一個完備的應用實訓系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)構成
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)利用各種傳感器測量城市道路中的參數(shù)，結合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術將采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用ZigBee無線傳感器網絡統(tǒng)一管理各個節(jié)點；利用射頻技術實現(xiàn)車輛的自動識別；利用圖像識別技術實現(xiàn)車牌識別；利用自動控制理論和反饋控制理論實現(xiàn)智能控制；利用嵌入式Linux系統(tǒng)實現(xiàn)智能網關城市交通管理軟件；利用WIFI網絡實現(xiàn)網關與服務器之間的通信，激發(fā)用戶了解物聯(lián)網技術在城市交通網等現(xiàn)實環(huán)境的應用。
1、系統(tǒng)外觀
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)外觀如圖所示。
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)利用各種傳感器測量城市道路中的參數(shù)，結合嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲技術將采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存管理；利用ZigBee無線傳感器網絡統(tǒng)一管理各個節(jié)點；利用射頻技術實現(xiàn)車輛的自動識別；利用圖像識別技術實現(xiàn)車牌識別；利用自動控制理論和反饋控制理論實現(xiàn)智能控制；利用嵌入式Linux系統(tǒng)實現(xiàn)智能網關城市交通管理軟件；利用WIFI網絡實現(xiàn)網關與服務器之間的通信，激發(fā)用戶了解物聯(lián)網技術在城市交通網等現(xiàn)實環(huán)境的應用。
1、系統(tǒng)外觀
TYK-JT01型 智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)外觀如圖所示。
智能交通沙盤外觀圖
2、系統(tǒng)構成拓撲圖
系統(tǒng)構成拓撲圖
三、硬件組成
智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)主要由感知設備、控制設備、射頻識別裝置、圖像采集設備、智能小車、智能網關、監(jiān)控中心、供電設備、鋁合金鋼架模型等組成。
感知設備：
主要由傳感器調理板、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點。標配傳感器包括光線傳感器、車位狀態(tài)檢測傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯?，可根?jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。它們通過ZigBee技術將采樣數(shù)據(jù)傳輸給智能網關。
控制設備：
主要由執(zhí)行設備、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點，因供電電流不同存在兩種類型的控制設備：直流供電型控制設備、交流供電型控制設備。直流供電設備主要包括車位狀態(tài)指示燈、十字路口交通燈、道閘控制器、語音播放器、以及站臺LCD顯示器。交流供電控制設備主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標準的86盒內，交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座內即可實現(xiàn)電器的開關控制，如路燈。
射頻識別裝置：
主要由超高頻讀寫器、天線、以及超高頻標簽組成，主要用來實現(xiàn)車輛不停車識別，可通過改變天線射頻功率實現(xiàn)讀寫距離遠近的調節(jié)。超高頻讀寫器具有RJ45以太網接口，與智能網關處于同一個局域網內，通過TCP/IP協(xié)議與智能網關交互信息。
圖像采集設備：
主要包括模擬攝像頭和IP攝像頭兩種。AV模擬攝像頭安裝在城市交通重要路段，如十字路口、高速路入口、車場出入口等，用于違規(guī)抓拍和統(tǒng)計車流量。IP攝像頭是一種視頻服務器，主要用于重點場所的視頻監(jiān)控。
智能小車：
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機、供電板、輪式底盤組成，實現(xiàn)自動循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進、后退、左右轉彎、到站停車、以及與智能網關的通信等功能。
智能網關：
主要用于傳感層設備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務平臺。主要由Cortex-A8主板組成，可升級為A9四核主板，整體封裝在模具內，美觀大方。主板集成ZigBee無線路由器通信模塊，用于維護ZigBee網絡，接收ZigBee傳感器采樣信息，向ZigBee控制設備發(fā)送控制命令。主板還集成WiFi模塊，用于連接無線路由器，降低以太網布線的復雜度。同時，主板可擴展GPRS、3G或4G模塊，將智能網關接入互聯(lián)網，實現(xiàn)信息的遠程可靠傳輸。
監(jiān)控中心：
普通PC機，通過TCP、UDP協(xié)議與智能網關通信，運行智能交通管理軟件。
供電設備：
配有完善的供電設備，包括空氣開關、急停開關、電源指示燈等，安裝在底座鋼架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。
鋼架模型：
支撐智能交通的整個設施，內部鋪設供電線路。除了提供標準智能交通模型外，還可根據(jù)學校的要求設計智能交通的外觀，交通線路的規(guī)劃，感知與控制設備的類型，設備部署的方式等。
四、軟件資源
系統(tǒng)軟件默認采用C/S結構，主要包括智能小車傳感器采集控制軟件、ZigBee無線傳感器網絡數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網關QT智能交通管理軟件、監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件等。
智能小車自動巡航系統(tǒng)軟件：
主要利用STC系列51單片機的接口總線，驅動紅外反射、超聲波等傳感器采集信息，經過處理，驅動直流伺服電機帶動萬向輪轉動，實現(xiàn)小車的自動循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時小車上的閱讀器和天線會自動識別道路上鋪設的射頻卡，實現(xiàn)小車地圖定位。
ZigBee無線傳感器網絡數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
主要實現(xiàn)ZigBee網絡的建立、節(jié)點的自動入網、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點驅動設備的功能。
智能網關QT智能交通管理軟件：
智能網關采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后即運行基于QT的智能交通管理軟件。軟件包括系統(tǒng)設置、交通管理主界面等。用戶可以在本地網關上直接瀏覽智能小車的運行狀態(tài)，控制小車的運行方式，瀏覽關鍵路口（高速出入口或停車場出入口）的抓拍圖像，也可手動控制出入口閘機。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，對所有傳感器數(shù)據(jù)進行保存。
監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件：
監(jiān)控中心運行基于C#的智能交通管理軟件，主要實現(xiàn)城市公交與私家車在城市交通圖中的定位等功能。
五、系統(tǒng)功能
智能交通主題沙盤實訓系統(tǒng)主要由感知設備、控制設備、射頻識別裝置、圖像采集設備、智能小車、智能網關、監(jiān)控中心、供電設備、鋁合金鋼架模型等組成。
感知設備：
主要由傳感器調理板、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點。標配傳感器包括光線傳感器、車位狀態(tài)檢測傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯?，可根?jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。它們通過ZigBee技術將采樣數(shù)據(jù)傳輸給智能網關。
控制設備：
主要由執(zhí)行設備、ZigBee通信處理板以及接口底板組成的節(jié)點，因供電電流不同存在兩種類型的控制設備：直流供電型控制設備、交流供電型控制設備。直流供電設備主要包括車位狀態(tài)指示燈、十字路口交通燈、道閘控制器、語音播放器、以及站臺LCD顯示器。交流供電控制設備主要包括控制器和交流電器，控制器封裝在標準的86盒內，交流電器只需插入86盒的兩相或三相插座內即可實現(xiàn)電器的開關控制，如路燈。
射頻識別裝置：
主要由超高頻讀寫器、天線、以及超高頻標簽組成，主要用來實現(xiàn)車輛不停車識別，可通過改變天線射頻功率實現(xiàn)讀寫距離遠近的調節(jié)。超高頻讀寫器具有RJ45以太網接口，與智能網關處于同一個局域網內，通過TCP/IP協(xié)議與智能網關交互信息。
圖像采集設備：
主要包括模擬攝像頭和IP攝像頭兩種。AV模擬攝像頭安裝在城市交通重要路段，如十字路口、高速路入口、車場出入口等，用于違規(guī)抓拍和統(tǒng)計車流量。IP攝像頭是一種視頻服務器，主要用于重點場所的視頻監(jiān)控。
智能小車：
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機、供電板、輪式底盤組成，實現(xiàn)自動循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進、后退、左右轉彎、到站停車、以及與智能網關的通信等功能。
智能網關：
主要用于傳感層設備的數(shù)據(jù)處理以及接入上層云服務平臺。主要由Cortex-A8主板組成，可升級為A9四核主板，整體封裝在模具內，美觀大方。主板集成ZigBee無線路由器通信模塊，用于維護ZigBee網絡，接收ZigBee傳感器采樣信息，向ZigBee控制設備發(fā)送控制命令。主板還集成WiFi模塊，用于連接無線路由器，降低以太網布線的復雜度。同時，主板可擴展GPRS、3G或4G模塊，將智能網關接入互聯(lián)網，實現(xiàn)信息的遠程可靠傳輸。
監(jiān)控中心：
普通PC機，通過TCP、UDP協(xié)議與智能網關通信，運行智能交通管理軟件。
供電設備：
配有完善的供電設備，包括空氣開關、急停開關、電源指示燈等，安裝在底座鋼架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。
鋼架模型：
支撐智能交通的整個設施，內部鋪設供電線路。除了提供標準智能交通模型外，還可根據(jù)學校的要求設計智能交通的外觀，交通線路的規(guī)劃，感知與控制設備的類型，設備部署的方式等。
四、軟件資源
系統(tǒng)軟件默認采用C/S結構，主要包括智能小車傳感器采集控制軟件、ZigBee無線傳感器網絡數(shù)據(jù)透明傳輸軟件、智能網關QT智能交通管理軟件、監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件等。
智能小車自動巡航系統(tǒng)軟件：
主要利用STC系列51單片機的接口總線，驅動紅外反射、超聲波等傳感器采集信息，經過處理，驅動直流伺服電機帶動萬向輪轉動，實現(xiàn)小車的自動循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時小車上的閱讀器和天線會自動識別道路上鋪設的射頻卡，實現(xiàn)小車地圖定位。
ZigBee無線傳感器網絡數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
主要實現(xiàn)ZigBee網絡的建立、節(jié)點的自動入網、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點驅動設備的功能。
智能網關QT智能交通管理軟件：
智能網關采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后即運行基于QT的智能交通管理軟件。軟件包括系統(tǒng)設置、交通管理主界面等。用戶可以在本地網關上直接瀏覽智能小車的運行狀態(tài)，控制小車的運行方式，瀏覽關鍵路口（高速出入口或停車場出入口）的抓拍圖像，也可手動控制出入口閘機。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，對所有傳感器數(shù)據(jù)進行保存。
監(jiān)控終端C#智能交通管理軟件：
監(jiān)控中心運行基于C#的智能交通管理軟件，主要實現(xiàn)城市公交與私家車在城市交通圖中的定位等功能。
五、系統(tǒng)功能
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多車同時行駛
系統(tǒng)支持2個智能小車同時運行，一個模擬城市公交，一個模擬私家車，均可實現(xiàn)自動循跡，避障行駛、前進、后退、左右轉彎等基本功能。 |
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公交優(yōu)先功能
公交車到達十字路口，系統(tǒng)控制交通燈變成綠燈，讓公交車優(yōu)先通行。 |
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交通燈管理
交通燈控制系統(tǒng)是整個智能交通的基礎，主要是對交通十字路口、丁字路口的紅、綠、黃燈的有效控制，使某一方向的車輛遇到紅燈停止，另一方向的車輛綠燈順利通過，整個交通系統(tǒng)按照交通規(guī)則運行，保證道路交通的安全和暢通。 |
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路燈管理
系統(tǒng)根據(jù)光線傳感器采集的光亮度值自動控制路燈的打開和關閉。當光亮度值低于某一個閾值時，即打開路燈，當光亮度值高于某一個閾值時，關閉路燈，達到節(jié)能的目的。 |
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圖像抓拍
對出入停車場、高速公路的車輛進行抓拍備案； 也可對違反交通規(guī)則（如闖紅燈）的車輛進行抓拍。 |
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ETC不停車收費系統(tǒng)
系統(tǒng)模擬高速公路出入口的ETC收費站，收費站安裝有射頻讀卡器，當車輛進入ETC入口處射頻讀寫器的感應范圍時，讀卡器讀出車輛信息，對車輛抓拍，所有信息存入數(shù)據(jù)庫，開啟閘機。當車輛進入ETC出口射頻讀寫器感應范圍時，讀卡器識別出車輛信息，計算路費，打開閘機，讓車輛駛出高速公路。 |
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災害預警系統(tǒng)
系統(tǒng)提供道路交通周邊環(huán)境如高速公路森林著火、山體滑坡等的動態(tài)監(jiān)測。當災害發(fā)生時，火焰或超聲波傳感器探測到后，將信息發(fā)送給網關，網關通過無線通信立即播放災害信息，沿路交通指示牌上顯示災害信息，同時將災害信息無線發(fā)送給每個車輛，車輛收到后，選擇其他安全路段行駛或掉頭返回。 |
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車聯(lián)網系統(tǒng)
當網關開啟車聯(lián)網模式后，小車后避障模式啟動。前面車輛如果被后面的車輛所追趕，則自動加速。 當前車遇到山體滑坡，山石擋住公路時，便將該信息通過無線網絡發(fā)送給網關，由網關再發(fā)送給其他車輛，及時擇路繞行。 |
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車位的智能管理
每個車位檢測器具有一個唯一的mac地址，用來識別車位。車位檢測器實時檢測車位占用狀況，將數(shù)據(jù)傳輸給網關管理軟件，以圖形方式顯示在GUI界面上。同時智能終端管理軟件上的車位狀態(tài)也會根據(jù)網關的狀態(tài)進行更新，方便停車人員實時查看。 |
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用戶預定車位
用戶可以在智能交通管理界面上預定車位，預定后，車輛自動駛入指定車位停車。 |
六、教學資源
智能交通管理實訓系統(tǒng)覆蓋了智能車采集控制、ZigBee無線傳感器網絡、Linux智能網關、以及PC機監(jiān)控終端三部分，因此系統(tǒng)提供了約三十個課時的實驗，從基礎采集傳輸實驗，到網關匯聚分析處理實驗，再到PC機監(jiān)控終端應用實驗，一條線貫穿，讓學生在實驗中逐步領悟物聯(lián)網的體系結構，關鍵技術以及實現(xiàn)方式，培養(yǎng)學生動手解決問題的能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛力。
另外，為方便用戶教學和學習，系統(tǒng)提供了一本使用手冊和一本實驗指導書。使用手冊主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運轉，實現(xiàn)智能交通的各項功能。實驗指導書詳細地介紹了系統(tǒng)的網絡結構，網絡參數(shù)，實驗目的，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、基礎實驗能力
智能交通管理實訓系統(tǒng)覆蓋了智能車采集控制、ZigBee無線傳感器網絡、Linux智能網關、以及PC機監(jiān)控終端三部分，因此系統(tǒng)提供了約三十個課時的實驗，從基礎采集傳輸實驗，到網關匯聚分析處理實驗，再到PC機監(jiān)控終端應用實驗，一條線貫穿，讓學生在實驗中逐步領悟物聯(lián)網的體系結構，關鍵技術以及實現(xiàn)方式，培養(yǎng)學生動手解決問題的能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新潛力。
另外，為方便用戶教學和學習，系統(tǒng)提供了一本使用手冊和一本實驗指導書。使用手冊主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運轉，實現(xiàn)智能交通的各項功能。實驗指導書詳細地介紹了系統(tǒng)的網絡結構，網絡參數(shù)，實驗目的，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、基礎實驗能力
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名稱
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實驗
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1.智能小車采集控制實驗
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Keil uvision開發(fā)環(huán)境搭建實驗
智能小車紅外反射傳感器采樣實驗 智能小車超聲波傳感器采樣實驗 智能小車直流伺服電機控制實驗 智能小車避障行駛實驗 |
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1. 無線傳感器網絡通信類實驗
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IAR集成開發(fā)環(huán)境搭建實驗
基于Z-Stack協(xié)議棧傳感節(jié)點透明傳輸程序的使用實驗 |
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2. Linux智能網關實驗
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Qt開發(fā)環(huán)境搭建實驗
基于Qt的智能小車壁障實驗 基于Qt的智能小車自動循跡實驗 基于Qt的車載讀卡器讀卡實驗 基于Qt的閘機控制實驗 基于Qt模擬加油實驗 基于Qt點陣屏控制實驗 基于Qt交通燈控制實驗 基于Qt公交報站實驗 基于Qt道路擁堵實驗 基于Qt森林火災預警實驗 |
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3. PC機監(jiān)控終端實驗
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PC機與網關的TCP通信實驗
PC機與網關的UDP通信實驗 |
2、創(chuàng)新實驗能力
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名稱
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實驗
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1. 基于QT的智能網關創(chuàng)新實驗
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基于Qt的車聯(lián)網通信實驗
基于Qt的車載讀卡器讀卡實驗 基于Qt的指定停車位停車實驗 基于Qt的智能交通綜合管理實驗 |
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2. 基于C#的PC機監(jiān)控終端創(chuàng)新實驗
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基于C#的車輛定位實驗
基于C#的設備控制實驗 |
3、科研實驗能力
除了上述傳感控制設備、智能網關與智能終端的相關實驗外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實驗。
除了上述傳感控制設備、智能網關與智能終端的相關實驗外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實驗。
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名稱
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實驗
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1.無線傳感器網絡開發(fā)實驗
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簡單的無線收發(fā)實驗；誤碼率測試實驗；頻譜分析實驗；
Z-Stack 點對點通訊實驗；Z-Stack 星狀網通訊實驗； Z-Stack 樹狀網通訊實驗；Z-Stack MESH網通訊實驗； Z-Stack ZigBee PRO通訊實驗； 基于Z-Stack2007協(xié)議棧的GenericApp實例的移植實驗 基于Z-Stack2007協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)傳輸實驗； 基于Z-Stack2007協(xié)議棧溫濕度節(jié)點與協(xié)調器的無線數(shù)據(jù)傳輸； 基于Z-Stack2007協(xié)議棧多傳感器節(jié)點與協(xié)調器無線數(shù)據(jù)傳輸； 基于Z-Stack2007協(xié)議棧的網絡拓撲定制實驗； |
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2.智能網關開發(fā)實驗
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嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境建立實驗：
Uboot啟動代碼配置編譯實驗；Linux內核配置編譯實驗； Linux內核驅動開發(fā)實驗；Linux驅動接口測試實驗； Yaffs根文件系統(tǒng)的制作實驗；Qtopia2.2.0圖形系統(tǒng)編譯實驗； Qt-4.7.3程序庫的編譯實驗 |
