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一、整体要求
1）要求包含原料立体仓库、加工雕刻、机器视觉分拣、贴标包装、成品立体仓库五个区；生产线作业管理APP、生产线可视化监控平台两个软件系统；ZigBee一种无线通信技术。
2）要求必须包含4行*6列立体仓库、堆垛机、机器视觉检测仪、多自由度机器臂、流水线传送带、AGV流转小车、加工雕刻机、贴标机、二维码识别器、光电传感器、环境传感器等工业制造装备。
3）要求每个工业制造设备都配备智能通讯节点，用于自动化控制和ZigBee组网传输。
4）要求能够通过C#上位机应用软件自由设置智能通讯节点的ZigBee信道、PANID、以及唯一识别编码。
5）要求配备本地数据中心管理终端、智能网关、机器视觉检测仪。
6）管理终端采用ubuntu16.04版本，包含web服务端、MQTT broker、数据库、以及Spring框架的生产可视化监控平台软件系统等。
7）网关采用Cortex-A9网关，Linux和Android双系统，可一键切换。运行Android生产线作业管理APP，管理工业制造设备，与加工流程自定义；通过MQTT协议、HTTP协议与数据中心管理终端进行信息交互。
8）采用python语言，人工智能图像处理算法对加工物品进行残次品检测，必须支持圆形和方形检测，同时支持MQTT通讯协议，接收检测命令反馈检测结果，可通过MQTT客户端软件工具进行测试验证。
9）沙盘尺寸不小于3.6m*2.5m。
二、设备要求
1. 本地数据中心
1）物联网网关（1个）
核心板资源：
（1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主频1.4GHz；
（2）GPU：MAIL-400，3D图形加速
（3）内存: 1GB DDR3；
（4）EMMC: 8GB；
（5）核心板+底板设计：核心板加装屏蔽罩，邮票孔方式与底板连接，抗干扰能力更强，比插针式更稳定可靠。要求引出核心板信号线，不少于188PIN。
底板资源：
（1）LCD接口：7寸IPS电容屏（16:9），分辨率1024×600；
（2）USB接口：2路USB_HOST 2.0输出，1路USB OTG；
（3）Ethernet接口：核心板内置千兆IP，外加不超过3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口；
（4） 串口：2路3线RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth；
（5）CAN总线接口：1路；
（6）RS485总线接口：1路；
（7）HDMI 接口：HDMI1.4a，最大支持1920*1080高清数字输出；
（8）LVDS液晶屏接口：单通道，最大支持1920*1080；
（9）摄像头接口：1路CMOS并行接口，最大支持800万像素；
（10）AV接口：1路模拟视频母口输入；
（11）外部存储扩展接口：SD卡、TF卡接口；
（12）音频接口： 1路MIC输入，1路1. 8w喇叭；
（13）按键：1个复位按键、1个休眠唤醒按键，2个音量键；
（14） 蓝牙WiFi：板载蓝牙WiFi二合一模块，WiFi符合IEEE802.11 b/g/n；蓝牙协议标准符合BT4.2；
（15）Mini PCIe接口：标准可插入4G通信模模块；
（16）24Pins应用扩展接口：用于处理器外设接口扩展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8个GPIO，5V电源。
2）ZigBee协调器模块（1个）
采用CC2530单片机的射频通信与ZStack协议栈的方案，具备Zigbee建网、节点入网申请验证、路由信息维护、以及采集控制传输的功能。
板载PCB天线，通过TTL UART外设接口与A9网关 UART连接。
实时接收ZigBee传感器采样信息，并上报给上位机网关；同时接收网关下发的指令，通过ZigBee网络传输给对应的传感器节点。
供电电压：DC3.3V。
3）数据中心管理终端（1套）
包含主机、显示器、键盘、鼠标以及对应的软件系统。
采用Windows 7以上操作系统，虚拟机采用Ubuntu16.04操作系统版本，运行Web服务端程序、MQTT Broker、mysql5.5以上数据库、以及SpringMVC+MyBatis框架的生产可视化监控平台软件系统。
CPU主频：不低于I5，2.8GHz；
内存容量：不低于4GB(DDR3)；
硬盘类型：不低于100G。
4）无线路由器（1个）
支持有线、无线连接，DHCP自动分配IP地址。
2.工业制造类设备
1）立体仓库（2套）
位于原料仓库区和成品仓库区。
采用20mm*20mm铝合金型材框架设计，可拆卸，可根据需求自由组合；
车库数量：四行六列，共24个存储库位；
高层货架存储，节省库存占地面积，提高空间利用率；
通过托盘方式存储货物，一个托盘可存储两个原料或成品；
每个库位尺寸约：宽*高=91mm*67mm。
2）立体仓库堆垛机（2套）
用于原料和成品立体仓库区货物的存取。
采用三轴悬臂式滑台模组，滚珠丝杠直线滑台模组密封防尘；
具有x、y、z三个运动行程，搬运尺寸约：1000mm、400mm、300mm。
采用闭环57规格步进电机驱动2.2牛米高速混合伺服；
采用三个金属探测器进行原点探测；
采用货叉式存取货物；单元货物重量：1g-1000g；
提升速度：5m/min；出叉速度：3.6m/min；
定位精度：±5mm；供电电压：DC 24V。
3）传送台（5台）
使用直流电机驱动器，可正反转，实现托盘周转。
安装有红外对射式限位开关检测到托盘，电机停止转动。
供电电源：DC12V
4）立体仓库控制器（2套）
CPU：STM32103VCT6 Cortex-M3 单核32位处理器；
具有2相4线步进电机驱动接口；
可调试步进电机驱动器控制（宽电压，脉冲速度可调）；
可扩展四路控制；
采用金属探测传感器实现库位检测；
通讯方式：采用ZigBee无线通讯；
供电电压：DC 12V。
5）工业柔性机械手（3台）
可以实现伸缩、旋转、抓放等多自由度控制。
主要由机械臂、电控板、机械手组成。
机械臂主要由全铝合金机械臂，行星减速步进电机、AB相光电编码器、铝合金联轴器、轴承等组成。电机带有编码器，具有位置闭合控制，重复精度大大提高。
电控板采用STM32F4系列微控制器，4路LV8731V驱动模块驱动机械臂电机，板载OLED显示屏，支持串口控制、CAN控制、按键控制等方式。
手爪采用两面带齿结构，抓取物品更牢固，采用舵机控制。
负载能力：500g；额定电压：DC12V；额定电流：5A。
6）激光雕刻机（1台）
采用激光雕刻机完成在原材料上雕刻不同图案。激光发生器在顶部有按键，可以开启或者关闭激光发送，在调试或者不需要雕刻时可以关闭激光发生器以防止出现意外。
采用两项四线42步进电机驱动，X轴采用两个步进电机，Y轴采用一个；
采用20mm*20mm铝合金型材及亚克力材料制作，具有质量轻，强度高；
采用32位STM32单片机控制；
内置圆形、方形等多种雕刻算法可通过命令或者按键直接雕刻；
激光雕刻采用内置风扇冷却；
步进电机驱动器驱动：TB6600 32细分4.0A；
通信方式：ZigBee；激光功率 : 3.2W；供电电压 : DC12V。
7）传送带（4套）
实现产品在加工、检验、包装环节的自动运输、自动停止功能。
输送带：绿色PVC，耐油、耐腐蚀、防静电；
机架：不锈钢、铝型材，高度可调；
托辊滚筒，支撑上方皮带，减少摩擦阻力，保证运输速度更快更平稳；
具有红外对射一对，物品传输至探测器中间，皮带自动停止；
具有道闸一个，阻挡物品；采用减速直流电机控制；工作电压：DC12V。
8）包装贴标机（1套）
由光纤检测器、行程开关、供纸盘、电机、收料桶组成；
可调节供纸盘，可根据实际需求调节松紧；
收料滚轮，自动收料；
光纤检测器，精度高，可手动调节能够检测不同长度标签；
二维码标签采用30MM圆形标签
电源：AC 220V；功率：60W；配用气压：0.4MPa；
贴标精度：± 1mm；机身尺寸约：550x350x600（mm）。
9）二维码读卡器（1套）
感应距离约：3-15cm；读卡速度：<0.2秒；
输出格式：韦根、RS485等；工作电压：DC12V。
10）LED点阵显示屏（1个）
设备信息：75 单色室内高亮LED；
红色8字LED点阵，滚动显示；
通讯方式：无线ZigBee。
11）AI机器视觉检测仪（1套）
主要由夜视CMOS摄像头、AI主板、LCD显示屏组成。
采用python语言编程，OpenCV视觉库进行图像处理，识别视频范围内加工零件的形状是否合格；
采用MQTT消息发布订阅模式接收数据中心的检测请求，并反馈残次品信息。
工作电压：DC5V。
3.通讯类设备
1）智能通讯节点（5个）
功能：将有线的工业现场总线、I/O接口转换为无线通信方式，同时将现场传感器数据转换为无线通信数据，或将无线通信数据转换为现场总线数据，达到现场传感设备的远程实时监测与控制。
硬件：采用Cortex-M3微控制器，具有9组标准通信接口，5组RJ12电话线接口、4组RJ45以太网接口，包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模拟量、I/O输入输出等多种有线信号，可通过扁平电话线、扁平网线直接与实际工业传感器或外设连接，进行传感器采集与执行器控制。
分别用于3个机械手、2个AGV小车的联网控制。
标配0.95寸显示屏，分辨率128*64；
无线通信方式：ZigBee；
工作电源：DC12V供电。
2）智能通讯设备（4套）
由智能通讯节点和采集驱动板组成，用于工业传感器、贴标机、路灯、传送带、LED点阵显示屏、非仓库区传送台、二维码读卡器的远程采集控制。
标配2.4寸显示屏，显示ID、组网状态、数据收发状态。
驱动板支持6路开关量输入、2继电器输出，6路电机输出，2路舵机输出，1路RS232总线，1路RS485总线，1路TTL串口，通过RJ12电话线接口、RJ45以太网接口和扁平网线与智能通讯节点连接。
4.运输类设备
1）AGV智能小车（2台）
组成：由磁导航传感器、高频RFID读卡器、核心控制板、直流减速电机、锂电池供电板、传送台以及ZigBee智能通信节点组成。
采用STM32F103微控制器，实时处理磁导航传感器，驱动直流减速电机实现前进、后退、左转、右转行驶；控制RFID读卡器读取铺设在路面的RFID标签值，读卡停车；控制车载传送台正转、反转实现托盘流转；通过ZigBee模块与智能网关协调器组网传输，实现车辆位置信息的上传以及接收命令控制传送台转动。
5.工厂环境监测设备
1）空气温湿度传感器（1个）
温度范围：-20~65℃；湿度范围：0~100%RH；刷新时间：1s；
输出信号：RS485；通讯协议：Modbus；供电电压：DC 12V。
2）火焰传感器（1个）
测量范围：有无；输出信号：RS485；
通讯协议：Modbus；供电电压：DC 12V。
3）二氧化碳传感器（1个）
测量范围：400~5000PPM；输出信号：RS485；
通讯协议：Modbus；供电电压：DC 12V。
4）粉尘传感器（1个）
由语音模块和CC2530射频模块组成；
通过协调器发送指令，调用语音模块，实现中文语音播报；
通信方式：ZigBee；供电电压：DC 5V。
5）光照传感器（1个）
测量范围：0~65535Lux；输出信号：RS485；
通讯协议：Modbus；供电电压：DC 12V。
6）气压传感器（1个）
测量范围：0~120Kpa；输出信号：RS485；
通讯协议：Modbus；供电电压：DC 12V。
7）通风扇（1个）
继电器输出控制；供电电压：DC 12V。
8）路灯（若干）
继电器输出控制；供电电压：DC 12V
6.视频监控设备
1）WiFi网络摄像头（1台）
用于视频监控，通过控制云台上下左右移动，以观察智慧工厂内各个角落状况及抓拍。
通信方式：WiFi、以太网。
三、软件要求
1.ZigBee传感器组网综合应用程序（1套）
实现ZigBee网络的建立、节点的自动组网、节点休眠与唤醒、节点之间数据传输、传感器节点的采样与传输、以及执行节点的传输控制等功能。
符合IEEE802.15.4标准规范，频段范围2.045G~2.484G；
支持TI Z-Stack 2007协议栈；
支持多任务处理；支持星形、树型、网状三种网络拓扑结构；
支持Packet Sniffer抓包分析仪；
支持串口调试上位机软件Z-Tool；
支持IAR for EW8051集成开发环境；
支持第三方SmartRF Flash烧写工具；
同一个工程编译ZigBee网络所有节点程序，包括协调器、路由器和传感控制终端节点。
2. 机器视觉检测软件（1套）
采用Python语言，内嵌MQTT协议，接收网关发布的检测消息，调用OpenCV机器视觉库对视觉区域内的物品形状进行检测，同时发布检测结果。
开发环境：Pycharm
语言：Python。
3. 生产线作业网关管理APP（1套）
网关采用Android操作系统，运行“生产线作业管理APP”。网关与管理终端位于同一个局域网时，可与生产线可视化监控平台互联互通。
功能需求：
采用串口编程与ZigBee协调器进行数据交互，获取工业制造设备运行状态、以及发送控制命令。
采用MQTT协议获取监控平台工单，控制AGV小车按照原料、加工、检验、包装、成品的路线完成工业制造流程。根据小车到达位置信息，控制工业设备按照后台逻辑驱动控制器动作，并实时接收反馈，依次驱动下一个设备，实现加工环节的流畅运行。加工过程数据，通过Restful API接口反馈给监控平台。
要求软件具有语音提醒功能，如工单接收提醒、异常加工提醒、执行器未实时反馈信息的提醒等。
要求软件包含原料区、加工区、校验区、包装区、成品区以及系统设置六个功能模块。主界面能够显示网关连接监控平台的状态。
系统设置模块要具备AGV小车位置信息与卡号绑定的功能，传感器信息一键同步至服务器的功能，已添加设备手动调试、修改、删除的功能，机械手运动坐标调节的功能，环境类传感器联动策略功能，以及连接服务器的配置功能。
五个作业区都要具备工业设备执行逻辑顺序可编辑功能，可灵活添加传感器、工业设备，具备点选设备更换逻辑顺序、或删除等功能。
要求能够控制机械手伸缩、旋转、抓放，控制堆垛机运动，控制贴标机在物品上贴标签，控制车辆驶停，控制传送带启停等功能。
开发环境：Android Studio
语言：Android
通讯协议：MQTT协议、HTTP协议Restful API接口。
4. 生产线Web可视化监控平台（1套）
平台部署在管理终端中，管理终端采用windows7以上操作系统，虚拟机ubuntu16.04操作系统，部署web应用服务器、MQTT Broker、mysql数据库、以及运行生产线Web可视化监控平台。
可以在局域网内通过浏览器访问平台查看工业生产状况。
功能要求：
1）要求具有系统管理、库位管理、工单管理、设备管理、以及视频监控等功能模块；
2）要求平台主页具有沙盘实时动态视图，工单形状与数量信息，原料与成品库存信息，残次品统计饼状图，加工数量柱状图，环境实时采样数据。
3）要求主页具有一键操作的功能，包括一键下单，一键清空成品库，一键添加原料库。
3）要求可设置立体库位的层数、X坐标、Y坐标，以及库位占用情况。
4）要求可查看工单编号、工单数据、工单数量、以及生产状态。
5）要求可实现小车位置跟踪，查看工厂环境信息，加工信息可查。
6）要求能够添加摄像头，可在页面实时浏览工厂内情况。
参数要求：
1.平台前端采用最新的HTML5编程技术，使用Bootstrap作为前端UI框架，自带全局CSS设置，内嵌JQuery插件，使用echarts图表库，实现网页上各种动态图表；使用mqttJS作为消息即时传输等；满足了物联网项目多样化的前端显示效果。
2.后台主要采用了Spring容器、Spring MVC框架、MyBatis ORM框架集成，采用Maven构建项目管理，保证了项目运行的健壮性和稳定性。
4. 平台提供标准的Restful API接口，网关可通过调用接口实现网关信息、网关下传感器信息的同步，支持二次开发。
5.平台采用MQTT协议,标准的JSON数据包实现信息在网关、WEB之间传输。
6. 开发环境
开发环境：IDeaUL2016
开发语言：JAVA
通讯协议：MQTT协议、HTTP协议Restful API接口
四、课程资源
1、要求提供工业设备的控制原理说明不少于5个，如立体仓库、AGV小车、激光雕刻机、传送带、多自由度机器臂等控制器；
2、要求提供工业设备的电气连接说明不少于8个，如立体仓库堆垛机控制器的电气连接、AGV小车的电气连接、激光雕刻机控制器的电气连接、流水线传送带的电气连接、多自由度机器臂控制器电气连接、贴标机电气连接、二维码读卡模块电气连接、工厂环境传感器信号连接；
3、要求提供工业设备控制器嵌入式开发案例不少于5个，如立体仓储堆垛机、AGV小车寻迹控制、激光雕刻控制、传送带到位检测与控制、机器臂控制等；
4、要求提供ZigBee自组网实验案例不少于8个，如多点自组网、信息广播、信息组播、星状网络拓扑、树状网络拓扑、绑定传输、串口应用、温湿度传感器采集传输等；
5、要求提供工业以太网网关Android开发实训案例不少于6个，如立体仓储堆垛机远程控制、AGV小车远程控制、激光雕刻远程控制、机械臂远程控制、流水线传输远程控制、道路RFID标签远程读取等；
6、要求提供机器视觉实验案例不少于3个，如OpenCV环境搭建、颜色识别、形状识别等；
7、要求提供网络通信实验案例不少于2个，如MQTT发布订阅实验、Restful API接口应用实验；
8、要求提供工业互联网Web信息管理开发实训案例不少于5个，如SpringMVC+Mybatis环境搭建、工厂用户登录、工厂库存及订单查询、工件信息统计图展示、工厂环境实时监测等。
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