基于物联网的智慧校园系统开发与设计赛题暑期专家进校园专题总结

一、命题讲解 物联网通俗的解释就是物与物之间的智能链接，减少人在其中的作用，物联网技术涉及很多方面，如通信、材料、计算机软硬件等。从技术架构上看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。物联网的概念是在19xx年提出的，其英文名称叫“The Internet of things”，简言之，物联网就是“物物相连的互联网”。美国总统奥巴马就职后，在他和工商领袖举行的圆桌会议上首次提出“智慧地球”的概念，其中包括美国要形成智慧型基础设施“物联网”，被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。20xx年x月x日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把传感网络中心设在无锡，辐射全国的想法。温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。

关于本届“智慧校园系统”命题，要求至少实现两项功能，最终能够形成一个比较完整的系统。另外，本赛题是一个开放性命题，同学们可以自选功能和立意！其中教室管理和车位管理只是其中的两个功能，同学们可以不必局限于赛题要求，可以根据所在学校的特色自行设计其它智能系统。例如：经济和财政学院可以选择“智慧银行”，山东交通学院可以选择“智慧交通”，济宁医学院可以选择“智慧医疗”，建筑大学选择“智能家居”，济南大学选“智慧城市”等。

本届大赛本赛题优秀的软件系统要求如下：简单实用、有创新点、能够实现一定的物与物之间的信息传输，如果条件不足也可以采取模拟信号。系统开发所采用的技术也是开放的，同学们可以自选，总体而言，技术难度不算很大，但是同学们要多多注重细节，细节决定成败。

二、团队合作

每一个参赛团队都应该明确各自的分工，各司其职，同时充分发挥团队合作精神。作为一个团队的队长，必须做到以下几个工作：软件规划、需求分析、成员分工和组织协调。在一个团队中队长是起到主导作用的，如果一个团队的队长缺乏领导能力，那么这个团队很难做出像样的作品，所以，赛题项目完成过程中，对于队长的要求是比较高的，当然在这个过程中也能得到很大锻炼。

同时，队员之间需要相互了解，时刻记住“人人都是产品经理”，团队中每位成员都是一件“产品”，而每个人都是自己的“产品经理”，所以每个队员都要认真完成自己的本职

工作，做好自己的经理。

团队的进度是很重要的，项目必须有明确的时间规划和安排，基本按照“规划->计划->执行->反馈->再计划->再执行->再反馈”的模式推进项目进程。对于参赛选手来说，并不是每一方面的知识都学会之后才去动手做软件，应该是在做软件的过程中不断学习，这样才能有目标、有信心，不断的进步、也不至于盲目。

三、关于如何度过一个充实的大学、考研、如何找到理想的工作和职业生涯规划等辅导和介绍（略）

四、对于几个同学的提问的回答

1、有一位同学问到，我们这个题目可以不做校园方面的吗？

回答：对于这个问题，我要好好解释一下，希望广大的参赛团队和选手都要清楚，我们这个题目并不局限于校园，可以自行拓展赛题，只要不偏离主题“物联网”“智慧”就可以，实现的区域没有任何限制。这个题目具有相当大的灵活性，比如说医学院可以做智慧医疗，交院的可以做智慧交通等等。

希望大家做到的就是要体现“智慧”这个主题。选题过程中思路一定要开阔，建议大家阅读《让每个人感受“智慧东莞”的魅力》（《通信企业管理》20xx年x月刊）一文，可在学校图书馆电子期刊检索，希望对同学们有所启发。

2、有一位同学问到，对于团队的队长应该怎么去划分任务？

回答：一个团队的队长是核心人物，所以必须要做好总体的规划，这是队长必须完成的职责，所以怎么去划分这个任务，还要和队员一起商议，达成一致意见之后，才容易推进项目。

3、有很多同学说：“现在我们这个团队什么都不会，能不能做出来”？

回答：对于这个命题，大一和大四的同学做起来的感觉应该是差不多的，不是学会所有方面的知识然后才去做这个项目，而是在做项目的过程中不断的摸索，不断的学习，不断的提高，不断的修改，这是完成一个项目比较好的方法。这是一个工作的过程，也是一个学习的过程。所以，同学不要担心，只要努力学习就行，任何事情都是有可能的。

同学们要好好珍惜利用这个机会，大学四年，不如大赛一场！很多同学需要主动起来，缺乏信心和思路，语言表达能力和文字表达能力都需要提高，大赛除了提高大家的计算机基础能力之外，更加锻炼大家的综合能力，利用好这个平台，定会让你终身受益@_@

命题组

20xx-7-20

第二篇：基于USB的数据采集系统设计 --总结

基于 USB 的数据采集系统设计

USB 拓扑结构

USB 系统通过具有相同接口的串行连线将不同的设备连接到一起。USB 的物理拓扑结构为分层的星形结构，由三部分组成：USB 主机、USB集线器和 USB 设备。USB 主机是星型结构的中心，它通过USB 集线器级联更多的 USB 设备组成 USB 系统，物理上 USB 设备最多可以通过USB集线器扩展6层，USB系统最多允许同时连接127台外设。

USB 基本物理结构

USB 主机在 USB 系统中处于中心地位，并且对 USB 及其连接的设备有着特殊的责任。主机控制着所有对 USB 的访问，一个外设只有主机允许才有权力访问总线。主机同时也监测着 USB 的结构。它可以被分为三个不同的功能模块：USB 主控制器、USB 系统软件、客户软件。

主控制器负责读取 HCD 建立的事务处理列表，并将它们安排在一系列长度为 1ms 的帧或 125us 的小帧中，发送到 USB 总线上。

系统软件指 PC 上操作系统提供的一系列软件和驱动程序，主要包括 USBD(USBdriver，USB 驱动程序)，HCD(Host Controller Driver，主机控制驱动程序)，此外，二者各自提供了相应的编程接口。

客户软件负责和 USB 设备的功能单元进行通信，以实现某些特定功能。它一般由开发人员开发，但有些厂商提供的芯片开发工具包中提供了范例程序代码，开发人员只需在其基础上稍加修改后即可使用。

USB 集线器

USB 系统中的核心元件，通过一条上行线与主机中的根集线器相连，并具有若干个下行端口供其它 USB 设备与之相连。这样一来，虽然一个主机上的根集线器的 USB 接口通常只有两个，但通过 USB 集线器，主机就可以连接多达 127 个 USB 设备。

USB 设备

指的是各种类型的 USB 外围设备。对 USB 主机来说，它与所有 USB设备的接口都是一致的，它认为一个 USB 设备由 3 个功能模块组成：USB总线接口、USB 逻辑设备、功能单元。

USB 通信原理

USB 设备端点

端点是一个 USB 设备唯一可以确认的部分，它是主机和设备之间的通信流终点。每一个 USB 逻辑设备都包含了一个相当独立地进行操作的端点集合。软件只能通过一个或多个端点与一个 USB 设备通信。在对其进行配置之前，端点处于一种不确定状态。所以只有在对其进行配置之后，主机才能访问某个端点。 管道

一个 USB 设备管道是设备上的一个端点和主机上的软件的联合体。它表示经过一个存储器缓冲区和一个设备上的端点，可以在主机上的软件之10间传送数据的能力。它只是一种逻辑上的概念，并不是一个实际的对象。一旦对 USB 设备进行配置之后，就会形成管道。由于 USB 设备上电后总要对端点 0 进行配置，所以端点 0 总是拥有一个管道，该管道称为缺省管道。系统软件利用该管

道来确定设备识别和配置要求，并对其进行配置。当设备配置完毕后，该设备的专用软件也可以使用缺省管道。但是 USB 系统软件却也保留对缺省管道的“所有权”，并且由它来协调另外的客户软件对该管道的使用。管道有两种类型，流管道(其中的数据没有 USB 定义的结构)和消息管道(其中的数据必须有 USB 定义的结构)。

USB 数据采集系统硬件设计

系统硬件总体架构设计

USB 传输的主要特点是传输速度快，因此 USB 数据采集系统主要是应用于大量数据的高速采集。实际应用中，往往同时需要对多个外设的多路数据进行采集，因而对数据传输的实时性要求较高，USB2.0 的出现使这种高速数据传输已成为可能。由此，根据采集系统的工作流程，硬件电路采用模块化的设计方法，整个系统主要由信号调理模块、采集电路模块、数据缓冲存储模块、逻辑控制模块、USB 接口模块以及电压转换模块组成。

信号调理模块设计

无绝缘轨道电路采用的都是相位连续的移频信号，移频信号利用的是移频键控调制技术，即用数字基带信号控制高频载波信号频率的变化。因此移频信号具有抗电气化干扰能力强、频谱有效带宽小，相应的移频自动闭塞系统适应性广，信息量大、应变速度快，因而在铁路通信系统中获得了广泛的应用。 A/D 采集电路模块设计

根据轨道数据采集的要求选择 AD1674 作为 AD 转换设备。它是一种12 位带并行微机接口的逐次逼近型模/数转换芯片，该芯片内部自带采样保持器(SHA)、10V 基准电压源、时钟源及可和微处理器总线直接接口的暂存/三态输出缓冲器。

数据缓冲模块设计

模数转换器在连续数据采集模式下一次便可转换 4Kb 的数据，为使 FIFO 达到半满状态，半满标志位输出低电平。因此必须选择具有 8K 数据容量缓存器。

逻辑控制电路设计

当 USB 进行两次读操作才会引发 FIFO 的一次读操作，从而将此 12 位的数据传输到计算机。为解决此问题，本系统中采用可编程逻辑器件芯片进行逻辑控制，完成 USB 读取时钟信号的二分频以提供给 FIFO。

USB 接口模块设计

USB 接口扮演了重要的角色，它不仅要完成配置数据和控制命令的传输，更重要的是要完成整个采集数据的发送。

硬件电路板设计

采用 Prote199SE 完成了最后的电路板制作，这也是当今制作电路板较为广泛的电子设计软件。在进行电路板设计时，为保证数据传输正确，提高系统的整体性能，特别注意了一下细节：

(1)为了去除实际电路板中出现的电磁耦合带来的数据错误，在各处电源和地之间放入多组 10 μ F和 0.1 μ F的并联电容。

(2)由于 A/D 转换器对数字噪声很敏感，因此在该数据采集系统的电路板上模拟电源与数字电源是分开的，并从电路板上两个不同的方向和电源的入口处连接。

(3)在信号线的拐角处，都采用折线进行转换传输线的方向，以此来减少在信号线拐角处的信号误差。

系统软件总体设计

数据采集系统的软件设计一般包括三部分：USB 外设端的固件程序(Firmware)、主机操作系统上的客户驱动程序以及主机应用软件。固件响应各种来自系统的 USB 标准请求，完成各种数据的交换工作和事件处理。USB 设备驱动程序为 USB 采集系统提供了应用软件与 USB 设备的接口。而应用软件则实现用户与采集系统的交互完成数据采集，并能实现数据波形的放大缩小，信息回放等功能。三者需要互相配合，才能完成可靠、快速的数据传输。

固件程序设计

固件实际上是单片机的程序文件，可采用C语言或是汇编语言编写，主要包括设备描述符表、设备功能代码和通信控制功能代码。设备描述符描述USB设备的一般特性和配置，如设备类别、接口配置、VID和PID等，主机在枚举时要获取USB设备的描述符，从而获得设备的配置信息和相关驱动信息，用户可以通过修改固件中的描述符来改变设备的特性。设备功能代码由设备的功能需求决定。通信控制功能代码执行主机请求分析处理和数据交换处理功能。 USB 驱动程序的作用

从一般意义上来说，设备驱动程序就是控制硬件设备的一组函数。该组函数的作用是为了实现软件对硬件的访问。Windows操作系统为了安全，采用了分层的操作系统结构，程序分别工作于内核态和用户态，处于用户态的一般用户程序不能直接进行硬件的访问，必须通过调用处于内核态的设备驱动程序，由驱动程序访问系统资源。

采集系统界面程序设计

界面程序主要具有：采集命令控制、采集数据的实时曲线和数值显示、被采样数据的存取等功能。在设计时，采用C++Builder作为程序的开发环境，并且充分运用了多线程的编程思想，完成了运行效率高、界面友好、操作简便的界面平台设计。

软件内部之间的通信

在应用程序中首先创建一个事件和一个采集线程，之后将事件句柄传递给驱动程序，用这一线程来等待驱动程序发送的事件消息，接收到事件消息后，就读取驱动程序的数据，显示数据。