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物联网系统设计与应用

书号:9787113281984 套系名称:高等学校物联网专业系列教材

作者:黄姝娟 刘萍萍 出版日期:2022-01-01

定价:38.00 页码 / 开本: /16

策划编辑:刘丽丽 责任编辑:刘丽丽 彭立辉

适用专业: 适用层次:高等教育

课程类别:物联网 课程分类:专业及专业平台课

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内容简介 前言 目录 作者介绍 图书特色
  • 本书将物联网与城市智能交通结合起来,以智能交通沙盘系统为例,系统地讲述了物联网技术在智能交通中的应用。全书共分 9 章,包括了解物联网、智能交通系统总体介绍、智能交通沙盘系统实例、沙盘智能小车控制系统、智能停车场管理系统、智能 ETC 系统、智能交通灯系统、智能路灯管理系统和智能公交系统。
    本书从基本概念到理论、应用,从不同角度介绍了物联网技术相关知识和智能交通领域的相关知识,可使学生从宏观上和微观上深度理解物联网技术与城市交通行业的结合方式。
    本书适合作为高等学校物联网相关专业本科生教材,也可作为相关领域工程技术人员的参考书。
    
        为方便学生实践操作,本书第10章设置4个子系统的实验项目:智能车系统控制实验、智能停车场系统控制实验、智能交通灯系统控制实验、物联网网关系统控制实验。每个实验包含实验目的、实验内容、实验步骤、数据记录及处理、运行效果几个模块,有助于学生将理论知识与实践结合,加深理解。
    
        附录中给出了物联网系统设计的软件环境的搭建方法。
    
    
  • 网是国家新兴战略产业中信息产业发展的核心领域,对我国国民经济发展发挥着重要作用。目前,物联网是全球研究的热点,国内外都把物联网的发展提到了国家级的战略高度,成为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。
    随着越来越多的物联网技术应用到各行各业,“智慧与产业”相结合的词语也越来越多地渗透到各种领域,如智慧农业、智慧工业、智慧家庭、智慧社区、智慧医疗、智慧物业、智慧城市、智慧地球等。而智慧城市则是其中一个较大的物联网智能项目,是众多物联网智能设备和硬件、软件的集合。在智慧城市中,智慧交通系统又是其重要的组成之一。
    由于经济的飞速发展和城市化进程的加快,汽车保有量不断增加,随之而来的交通拥堵、环境污染、交通事故、资源紧张等现象,已经成为城市可持续发展所面临的主要障碍。而智能交通系统已被公认为解决当今世界范围内存在交通问题的有效途径。城市管理者通过对现有基础设施进行资本重组或建设来扩展其功能,以支持智能化解决方案,而物联网技术首当其冲。例如,传统智能交通灯系统就有很多需要改进的地方,如由于传统的交通信号灯功能单一,只是根据固定的一套程序来变换交通灯的颜色,而不会根据实际情况做出改变。另外,传统交通信号灯容易出故障,如果管理者不及时发现和维修,会造成交通的混乱和堵塞。
    智能交通信号灯利用传感器等相关的设备,能够捕获车辆的流量和运行情况,根据实际情况做出相应的改变,从而保证交通顺畅。当检测到信号灯出现硬件故障时,能够通过物联网技术上传数据,及时告知管理者,以便及时对故障进行维修,避免交通拥堵。此外,将摄像机整合到交通信号中或与路灯结合使用不仅可以帮 助智慧城市跟踪交通流量并相应地调整城市照明,而且可以通过光线的强弱来调节路灯的灯光亮度。由于街道上有大量摄像机和传感器,不仅可以向交通管理中心提供实时数据,而且可以将该数据通过物联网技术发送到云端计算进行分析, 然后根据分析结果得出反馈命令。除此之外,物联网技术还可以部署各种规格和各种功能的传感器,如运动检测照相机、激光雷达扫描仪、红外传感器、气象探 测器和声音探测器可以通过不同方式测量行人和交通流量、空气质量、噪声以及车辆逆行情况。所有这些都离不开物联网技术在城市交通系统中的应用。由此可见,物联网技术在城市智能交通系统中的重大作用。
    新技术发展需要大批专业技术人才。为适应国家战略性新兴产业发展需要,加大信息网络高级专门人才培养力度,许多高校利用已有的研究基础和教学条件设置传感网,修订人才培养计划,推进课程体系、教学内容、教学方法的改革和创新,以满足新兴产业发展对物联网技术人才的迫切需求。然而,真正能体现物联网技术与实际行业相结合又能让学生进行实际实验内容的教材却比较少。尤为典型的就是大部分高校为物联网专业建立起来的智能交通沙盘系统,虽然可以引导学生了解一些内容,但能把智能交通沙盘系统真正利用起来并作为物联网专业学生课程实例内容的并不多。
    本书将物联网与城市智能交通结合起来,以智能交通沙盘系统为例,系统地讲述了物联网技术在智能小车、智能停车场、智能 ETC、智能交通灯、智能路灯、智能公交系统中的应用,体现了物联网技术在城市交通系统中的实现方法。目的是为了让学生从宏观上和微观上都能深度理解物联网技术与城市交通行业结合的方式。
    本书首先对物联网技术进行了简单回顾,介绍了物联网体系结构,各层相关技术;然后将智能交通系统中存在的问题以及基本概念做了介绍,指出物联网技术与城市交通结合的方式;接着讲述了沙盘中的智能交通系统的各大部件以及组成方式,体现出物联网技术与智能小车、智能停车场、智能 ETC、智能交通灯、智能路灯、智能公交六个方面的结合方式,并加入了沙盘中体现物联网技术的设计方案。
    本书从基本概念到理论到应用,从不同角度介绍了物联网技术相关知识、智能交通领域的相关知识、研究成果与实践应用,有利于读者将理论与实践相结合,将物联网相关技术与交通领域的内容相结合,比较全面、高效地掌握物联网技术。
    本书由黄姝娟、刘萍萍任主编,王建国、杨博、杨盛泉、张雅任副主编,在编写过程中得到了王建国教授、刘宝龙教授、王中生教授、 旻 罗钧 教授、喻钧教授的关心与帮助,以及中国铁道出版社有限公司编辑的热心支持,在此一并表示衷心的感谢!另外,本书配有电子资源,读者可到 http://www.tdpress.com/51eds/下载。
    本书在编写过程中通过了联创中控(北京)教育科技有限公司的审核,并由联创中控(北京)教育科技有限公司技术总监计海锋担任主审。
    由于时间仓促,编者水平有限,书中疏漏与不妥之处在所难免,敬请读者批评指正。
    
  • 第 1 章 了解物联网..............................................................................................1 
    1.1 物联网概述................................................................................................................2 
    1.1.1 物联网概念的发展历程................................................................................2 
    1.1.2 物联网技术特点及存在的问题....................................................................3 
    1.2 物联网的体系结构....................................................................................................5 
    1.2.1 感知控制层....................................................................................................5 
    1.2.2 数据传输层....................................................................................................9 
    1.2.3 应用层..........................................................................................................13 
    1.3 物联网应用领域......................................................................................................15 
    第 2 章 智能交通系统总体介绍.................................................................17 
    2.1 城市交通系统概述..................................................................................................18 
    2.1.1 交通现状......................................................................................................18 
    2.1.2 城市交通面临的问题..................................................................................18 
    2.1.3 解决城市交通问题的方法..........................................................................19 
    2.2 智能交通的基本概念..............................................................................................20 
    2.2.1 智能交通系统概述......................................................................................20 
    2.2.2 智能交通系统所涵盖的内容......................................................................21 
    2.2.3 物联网与城市交通系统结合......................................................................23 
    第 3 章 智能交通沙盘系统实例.................................................................26 
    3.1 智能交通沙盘简介..................................................................................................27 
    3.1.1 物联网智能交通沙盘系统介绍..................................................................27 
    3.1.2 物联网智能交通沙盘系统的相关技术......................................................27 
    3.2 物联网智能交通沙盘的硬件构造..........................................................................28 
    3.2.1 各种控制节点..............................................................................................29 
    3.2.2 智能小车技术..............................................................................................30 
    3.2.3 基于磁感应及 RFID 的定位技术...............................................................30 
    3.2.4 Android 嵌入式技术 ...................................................................................31 
    物联网系统设计与应用
    3.2.5 无线传感网技术..........................................................................................31 
    3.3 物联网智能交通沙盘系统功能介绍......................................................................33 
    3.3.1 智能停车场系统..........................................................................................34 
    3.3.2 智能 ETC 系统............................................................................................34 
    3.3.3 智能红绿灯管理..........................................................................................34 
    3.3.4 智能路灯管理..............................................................................................34 
    3.3.5 智能公交系统..............................................................................................35 
    第 4 章 沙盘智能小车控制系统.................................................................36 
    4.1 智能车辆概念..........................................................................................................37 
    4.2 沙盘中智能小车的仿真实现..................................................................................38 
    4.2.1 STM32 嵌入式开发简介.............................................................................38 
    4.2.2 智能小车架构设计......................................................................................41 
    4.2.3 沙盘中智能小车的六大功能模块..............................................................46 
    4.3 智能小车软件开发工具介绍..................................................................................52 
    4.3.1 开发工具 Keil 软件介绍.............................................................................52 
    4.3.2 智能小车其他相关开发软件工具介绍......................................................54 
    第 5 章 智能停车场管理系统 ....................................................................64 
    5.1 三大功能模块介绍..................................................................................................65 
    5.1.1 入场功能模块..............................................................................................65 
    5.1.2 出场功能模块..............................................................................................66 
    5.1.3 停车场管理功能..........................................................................................66 
    5.2 智能停车场管理系统的组成..................................................................................67 
    5.2.1 智能停车场入口和出口主要硬件设备......................................................67 
    5.2.2 智能停车场管理系统软件设计..................................................................71 
    5.3 车辆引导管理系统..................................................................................................73 
    5.3.1 车位引导系统..............................................................................................74 
    5.3.2 区域引导系统..............................................................................................75 
    5.3.3 智能寻车系统..............................................................................................75 
    5.3.4 停车引导系统功能与特点..........................................................................76 
    5.3.5 智能停车场的自助收费与开放式停车......................................................77 
    5.4 沙盘中的智能停车场管理系统..............................................................................77 
    5.4.1 系统功能模块..............................................................................................80 
    5.4.2 信息传输协议..............................................................................................81 
    5.4.3 入口、出口模块流程设计..........................................................................81 
    5.4.4 其他模块设计与实现..................................................................................84 
    第 6 章 智能 ETC 系统 .............................................................................90 
    6.1 ETC 系统介绍.........................................................................................................91 
    6.2 ETC 系统的构成.....................................................................................................91 
    6.3 ETC 的工作流程.....................................................................................................93 
    6.4 沙盘中的 ETC 系统................................................................................................94 
    6.4.1 沙盘 RFID 标签信息采集...........................................................................96 
    6.4.2 ZigBee 通信.................................................................................................97 
    6.4.3 智能小车定位............................................................................................100 
    6.4.4 智能小车的远程控制................................................................................102 
    6.4.5 智能小车配置............................................................................................103 
    6.4.6 物联网网关协调器配置及小车定位显示................................................105 
    第 7 章 智能交通灯系统 .........................................................................107 
    7.1 各国特色红绿灯设计............................................................................................108 
    7.2 创意红绿灯............................................................................................................109 
    7.3 智能信号灯控制系统............................................................................................ 112 
    7.4 交通信号控制理论................................................................................................ 114 
    7.4.1 交通信号灯的设置依据............................................................................ 114 
    7.4.2 信号灯控制类别........................................................................................ 116 
    7.5 智能交通电子警察系统........................................................................................ 117 
    7.6 沙盘中智能交通灯系统........................................................................................ 119 
    7.6.1 沙盘接线.................................................................................................... 119 
    7.6.2 交通灯控制节点设计................................................................................120 
    7.6.3 车流量统计设计........................................................................................123 
    7.6.4 公交优先设计............................................................................................125 
    第 8 章 智能路灯管理系统......................................................................127 
    8.1 路灯发展历程........................................................................................................128 
    8.2 路灯发展现状........................................................................................................129 
    8.3 基于 GPRS 的路灯管理系统................................................................................129 
    8.4 基于 ZigBee 的智能路灯系统..............................................................................131 
    8.5 沙盘中智能路灯管理模块的实现........................................................................133 
    8.5.1 沙盘接线....................................................................................................134 
    8.5.2 智能路灯模块............................................................................................134 
    8.5.3 车流量统计................................................................................................136 
    8.5.4 光照度控制................................................................................................136 
    8.5.5 路灯控制操作............................................................................................138 
    第 9 章 智能公交系统.............................................................................140 
    9.1 智能公交系统的提出............................................................................................141 
    9.2 智能公交系统总体架构........................................................................................141 
    9.3 智能公交系统的功能和服务................................................................................143 
    9.3.1 智能调度系统............................................................................................144 
    9.3.2 智能监控系统............................................................................................144 
    9.3.3 智能服务系统............................................................................................145 
    9.4 沙盘中智能公交控制系统....................................................................................150 
    9.4.1 公交站牌模块............................................................................................151 
    9.4.2 智能网关与公交车控制节点通信............................................................152 
    实验项目...................................................................................................154 
    实验 1 智能车系统控制..............................................................................................154 
    实验 2 智能停车场系统控制......................................................................................154 
    实验 3 智能交通灯系统控制......................................................................................155 
    实验 4 物联网网关系统控制......................................................................................155 
    附录 A Keil 软件环境创建工程................................................................157 
    附录 B 智能小车软件下载方法...............................................................170 
    附录 C Qt 软件环境搭建.........................................................................175
    
  • 黄姝娟,西安工业大学副教授,研究方向为嵌入式与普适计算,主讲物联网系统设计、Cisco网络技术、IT服务管理等课程,获得优秀教学成果二等奖,发表论文核心期刊4篇,EI检索1篇。
    刘萍萍,副教授,现任西安工业大学计算机应用技术系主任,兼陕西省计算机学会会员。主要从事人工智、虚拟现实方面的研究。主持和参加完成20余项包陕西省教育厅、陕西省科技厅、国家兵器集团公司等委托的合作项目。发表学术论文20余篇,其中被EI收录7篇。获西安工业大学科技进步奖二等奖二项,获西安工业大学教学成果奖二等奖三项。
  • 1.以智能交通系统为案例,很好地实现了物联网技术与人工智能技术的结合。
    
    2.全书架构合理,从上而下,分层次进行介绍,让读者很好地理解一个完整的系统架构的实现过程。
    
    3.配有实验项目,可以依托联创中控的实验平台帮助读者进行实践操作。
    
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