1、1基于 Arduino 的物流实验体系建设摘 要 现在物流项目的设计和运作基本上都与物联网密切结合在一起，物联网是通过各种传感设备把物品与互联网连接起来，进行信息交流，Arduino 开源硬件底层信息完全公开，而且共享资源较多，学习Arduino 单片机非常简便，完全不需要了解其内部硬件结构和寄存器设置，只要知道它端口的作用即可，本文论述了 Arduino 应用于物流实验的必要性和可行性，以及基于 Arduino 的物流实验体系构建方案。 关键词 Arduino 物流 实验教学 中图分类号：F224 文献标识码：A 一、Arduino 概述 Arduino 是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原
2、型平台，包含硬件（各种型号的 arduino 板）和软件（arduino IDE） 。Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过 Arduino 的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，收录进微控制器。对 Arduino 的编程是利用 Arduino 编程语言 （基于 Wiring）和 Arduino 开发环境（based on Processing）来实现的。Arduino 与 Adobe Flash， Processing， Max/MSP， Pure Data， SuperCollider 等软件结合，作出互
3、动作品。Arduino 可以使用现有的电子元件例如开关或者传感器或者其他控制器件、LED、步进马达或其他输出装置。 Arduino 可以独立运行，并与软件进行2交互，例如：Macromedia Flash， Processing， Max/MSP， Pure Data， VVVV 或其他互动软件。Arduino 开发 IDE 接口基于开放源代码原，可以开发出更多杰出的互动作品。 二、Arduino 应用于物流实验的必要性和可行性 （一）Arduino 应用于物流实验的必要性。 现在物流项目的设计和运作基本上都与物联网密切结合在一起，物联网是通过各种传感设备把物品与互联网连接起来，进行信息交流，
4、以实现智能化识别、定位、跟踪和监管的一种网络。它可广泛应用于各行各业，例如把各种配套传感器嵌入或装载到电网、大坝、桥梁、铁路、公路、隧道、建筑、油气管道、供水系统等各种设施中，形成物联网，通过无线信息的收发，实现通讯和监管，并且不用数据线，成本低，使用便利。 物流实验系统在实际应用过程中需要集成多种传感器模型及无线组网模式，需要实现多种物联网架构。其中，硬件设备包括微型无线传感器、通用传感器及被控对象、GPRS 网络设备、嵌入式网关、低功耗WiFi、蓝牙及其他配套设备。软件资源包括无线传感器网络软件、嵌入式网关软件、PC 数据管理与分析软件。实验资源包括基于控制器的基础实验、无线信号收发实验、
5、传感器信息采集实验、ZigBee/GPRS/Wi-Fi/蓝牙等等网络通讯实验及组件控制实验等等，有效学习和利用这三部分资源，可为物流项目的设计和应用打下坚实的基础，并能通过不同特性的传感器，不同组成架构的网络，研发出更多实用性强的物联网应用模式。 3（二）Arduino 应用于物流实验的可行性。 学习 Arduino 单片机非常简便，完全不需要了解其内部硬件结构和寄存器设置，只要知道它端口的作用即可；因此不需要硬件知识，只要会 C 语言就可很快为 Arduino 单片机编程。Arduino 软件语言为精简式指令系统，需要掌握的指令不多；但它的功能却很强大，往往一条指令就可以完成一整套操作，并且
6、指令的可读性很强，是低难度的语言容易掌握。针对周边 I/O 设备的 Arduino 编程，由于很多 I/O 设备都随之带有库文件或样例程序，所以自己编程中，可以引用库文件中的函数或复制样例程序，然后修改其中的参数，就可迅速编写出大段的复杂程序，从而加强编程能力。Arduino 开源硬件不仅是其底层信息完全公开，而且相关产品的应用资讯可以从 Arduino 网站、博客里的共享资源里获得，所以在共享资讯的辅助下，能激发创作者创意作品的灵感，并加快创作作品的效率。国内开源硬件的制造能力非常强，他们提供了丰富的质优价廉 Arduino 及周边产品，所以在国内学习和应用 Arduino 具有得天独厚的硬
7、件资源优势。最后，甚至可以不花钱买硬件设备，通过仿真的方法就可以体验 Arduino 系统，目前最流行的单片机仿真软件当属 Proteus。 三、基于 Arduino 的物流实验体系构建 （一）基于 Arduino 的物流实验条件搭建。 硬件条件：计算机，arduino uno 控制板，优质面板，3mm LED 发蓝色光发光二极管，3mm LED 发红色光发光二极管， 3mm LED 发白色光发光二极管，3mm LED 绿色光发光二极管，温度传感器 LM35D，金属膜电阻 220 欧，光敏电阻 5537，1k 单联电位器，高灵敏度倾斜开关滚珠开关，45v 有源蜂鸣器，0.56 寸一位共阳极数码
8、管，微动开关按键开关，面板跳线，USB 方口线，最新火焰传感器模块，最新 5v 步进电机，最新ULN2003 电机驱动板，最新声音传感器，最新 HC-SR04 超声波测距模块，元件收纳盒，以太网，杜邦线，蓝牙，RFID，无线网络的 XBee， GPS 等各种通讯模组。 软件条件：arduino 安装文件。Protues7.10 软件是英国 Labcenter Electronics 公司出版的 EDA 工具软件，不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真工具。 （二）基于 Arduino 的物流实验项目设置。 Arduino 与传感器数据读取：（1）如
9、何使用模拟型传感器光敏传感器电子积木（模拟模式） ；（2）如何使用数字型传感器光敏传感器电子积木（数字模式） ；（3）如何使用单线接口传感器DTHll 温湿度传感器。 Arduino 的通信接口与外围模块：（1）如何使用 Arduino 的 SPI 接口即 SD 卡模块；（2）如何使用 Arduino 的 I2C 接口即 RTC 时钟模块；（3）如何使用 Arduino 的 UART 接口即串口 1602 显示屏模块。 Arduino 控制机电设备：（1）如何使用 Arduino 控制继电器；（2）如何使用 Arduino 控制直流电机；（3）如何使用.Arduino 控制步进电机。Ardui
10、no 设备间通信：（1）PT2262/2272 通信方式；（2）Nordic24L01 通信的方式。 （三）基于 Arduino 的物流实验方法。 5物联网是全球网络的基础设施，利用云计算、数据搜集和网络通信连接实体物体和虚拟物体。物联网允许设备之间进行信息访问、交流、通信、储存和检索数据，与用户进行互动，从而创造随处随时可用的智能联机环境。虽然物联网尚处在初级阶段，但已存在一些可利用的开放式平台，可以实现远程无缝管理并显示传感器数据，如 Pachube、谷歌应用程序、Nimbits、数据记录器，以及 ThingSpeak 等等。 Arduino 使用上述所有工具，它是一款极其灵活并且很实用的
11、微型控制器和开发环境，不仅能用于控制设备，还能用于读取各种传感器上的数据。Arduino 具有的简单可操作性和可扩展性，再加上用户的广泛使用，带来了一系列硬件扩展和软件库的开发，实现了使用互联网进行有线通信和无线通信。在实验物联网方面，Arduino 是一款理想的开放式硬件平台。 使用 Arduino 构建物联网时，需要学习物联网的基本概念和特征，并制定利用 Arduino 平台的项目方案。学习有关云计算、传感器读取和把 Arduino 连接至互联网上的基本概念，还要学习使用最流行的开放式平台来管理 Arduino 的传感器数据，学习如何远程触发执行器，以及如何使用云服务改编 Arduino。 （作者单位：长江大学管理学院）
