2024年(第17届)中国大学生计算机设计大赛

物联网专项赛

物联网智能网关

竞赛方案

北京博创智联科技有限公司

2024年2月

1、竞赛主题

本赛项采取半开放式命题的方式，旨在激发学生的创新意识，提高学生动手实践能力，培养团队合作精神，推动“AIoT”知识体系下的创新人才培养。参赛队伍可以选择生活中常见的某个应用场景，结合智能网关，实现对不同场景所需环境数据的采集、传输、控制等需求；围绕物联网智能网关相关技术，根据自身的题目需求，选择不同种类的传感器，结合通信模块进行传感器数据的采集与传输；对于场景中可以控制的设备，例如电灯、电视、空调、窗帘等家居设备，亦能通过通信模块达到控制的效果。

2、选题方向（包括但不限于此）

①　基于物联网智能网关的智能家居控制方向，可通过网关控制照明灯、控制家中电视、空调、照明灯等设备，采用红外传感器、水浸传感器、烟雾传感器等用于监控用户家中各个房间是否产生漏水、烟雾情况，监测家中是否有外人闯入等效果。通信模块推荐选用ZigBee模块、WiFi模块，通过应用的开发，能够实现用户在不在家中都能监控家中环境、控制家中电器的使用目的。

②　基于物联网智能网关的智能农业环境监测方向，此处以蔬菜大棚为例，实际的生活场景中，由于大棚的面积比较大，大棚的管理者也不会天天在大棚中循环监测植物的生长状态，那么用户设计的农业场景中便可以选择长距离传输为特点的NB-IoT模块、LoRaWAN模块，结合二氧化碳传感器、土壤温湿度传感器、风扇、植物生长灯等模块，可以控制灌溉的水泵等等，通过软件设计，使得系统能够达到大棚管理者时时刻刻能够监测到植物生长状态、能够方便的实现灌溉、通风等操作。

③　基于物联网智能网关的空调监控方向，实现园区里面空调系统的数据采集与控制，此处推荐使用Wi-Fi模块，结合MQTT协议，在物联网后台管理系统上面实现数据的可视化监控。

④　基于物联网智能网关的城市井盖监控方向，结合NB-IoT模块，通过传感器监测井盖的状态，通过NB-IoT模块，可将数据上传至后台管理系统。可设计程序实现后台实时监控，保证井盖都是处于正常的状态，防止有人因为井盖的缺失、移位而产生安全隐患。

⑤　基于物联网智能网关的智能打印机方向，可以通过NB-IoT模块、LoRaWAN模块实现远程控制打印机打印票据的功能，目前火车站、公交站这样涉及到公共运输的场景中会有这样的产品需求。

3、赛具要求

3.1 本赛题最核心的物联网智能网关，应为一款小型开发板，操作简单、携带方便、容易上手、扩展性强，并且可进行二次程序开发。

3.2 主控芯片要求统一采用Cortex-M3架构GD32F103同类芯片作为控制器，主频72MHz，片上FLASH大小为256K，RAM大小为48K。

3.3 智能网关要能够支持Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、NB-IoT、LoRaWAN五种通信模块，可插拔更换。

3.4 要能够支持三十种以上的传感器、执行器，且可以与控制器、通信模块进行自由组合，包括但不限于以下种类：三轴加速度传感器、大气压力传感器、磁场强度传感器、红外测距传感器、单轴倾角传感器、陀螺仪传感器、薄膜压力传感器、广谱气体传感器、热释红外传感器、接近开关-红外反射模块、声响-光敏传感器、干簧门磁-霍尔开关传感器、红外对射传感器、雨雪传感器、震动传感器、火焰传感器、循迹传感器、直流电机桥模块、继电器模块、LED蜂鸣器模块、超声波测距传感器、温湿度传感器、光照强度传感器、独立按键模块、双数码管模块、LCD 1602模块、USB-HUB模块、流减速电机、伺服舵机、7寸液晶电容触摸屏等。

3.5 物联网智能网关要求配备一个1.3寸240*240 IPS显示屏用于调试和显示，方便学生实时掌握数据的采集状况。结合电脑客户端软件、后台管理系统可以对现场的设备进行线上的维护与管理。

3.6 还应包含光电耦合接口、继电器公共端接口、继电器常开/常闭接口、TTL串口、ADC接口、RS232串口、RS485接口、PWM接口、独立按键、GPIO、下载调试接口、12V输入/输出接口、5V输出接口、3.3V输出接口等丰富的硬件接口资源。

3.7 物联网智能网关的节点数量可结合项目需求进行扩展，通过多节点方式，达到数据采集、传输、组网的目的。

参赛队伍使用物联网智能网关，结合通信模块，搭配不同的传感器，便可以实现如下效果的生活场景应用软件。支持近距离与远距离的数据采集与传输，下图所示为智能农业场景。

为支持更多学校参与，北京博创智联科技有限公司准备了100套“智能网关”，可以借试用的方式提供给参赛队伍。原则上，每所学校的同一个二级学院借试用数量不超过3套。博创智联提供智能网关所有的源代码，使得参赛学生可以很方便的进行二次开发，实现数据的处理及分析，再配合具体的使用场景，达到AIoT技术的应用场景化效果。且博创智联提供的智能网关具备“赛教一体”特点，对应提供完整的实验指导书、教学PPT、视频等资料，并且有配套的在线学习平台，即可作为比赛赛具又可作为教学设备，用于人工智能、嵌入式、物联网、机器人等方向相关课程的教学实验。

4、比赛场地与环境

4.1 场地

比赛场地尺寸无特殊要求，以能够表现出参赛作品方案内容为要。

4.2 赛场环境

现场需要电源及承载硬件作品的桌子，具体数量视参赛规模而定。

5、比赛规则

5.1 参赛人数

参赛队伍要求以组委会统一规定为准。

5.2 规则要求

（1）各参赛队员参赛时，请自备用于程序设计的电脑、参赛用的各种器材和常用工具。

（2）各参赛队设备在参加的每场比赛前进行认证，认证内容包括配件数量、尺寸以及相应规则条款的检查。

（3）参赛队员必须服从裁判，比赛进行中如发生异议，须由领队以书面形式申请复议，由裁判做出最终裁决，并做出说明。复议申请必须在下一轮比赛之前提出，否则将不予受理。

（4）参赛平台里的主控器，必须是大赛指定控制器。

（5）竞赛期间，场内外一律禁止破坏其他队伍的参赛平台，禁止抄袭和剽窃他人成果，组委会一旦发现，将立刻取消比赛资格并通过大赛组委会通报批评。

6、赛前培训

初期（集中）线上培训至少5场，中后期（定向）加强培训结合具体学校需求而定。

培训内容：具体内容以2024年培训开始前发布的信息为准。

可参考2023年培训资料：

网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1WiRjji2UsL0TVqfWHM7nPg?pwd=jsxw

提取码：jsxw

7、技术支持

1、博创智联物联网智能网关资料

网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1Zd7S5X3BFOXlDjt0wEYclA

提取码：r89w

2、博创智联技术部QQ号：1992734971

3、电话：18500370067

8、参考案例

场景1：

以智慧工厂环境监测为例，选取6个传感器，可实现如下功能场景。

场景2：

在上一个作品的基础上，再增加5个模块，包含控制类和感应类的，就可以对智慧工厂环境监测与控制的内容更加丰富。

在此基础上还可以增加LED蜂鸣器，例如LED可以模拟工厂中报警器的灯，蜂鸣器就可以模拟工厂中报警铃，在发现有异常情况直接闪烁、响起。其他的场景也都类似，比如工厂的安防场景、智慧检修等。参赛的学生可以结合实际工厂场景，发挥自身的长处来完善和搭建。