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一、整體要求
1）要求包含原料立體倉庫、加工雕刻、機器視覺分揀、貼標包裝、成品立體倉庫五個區(qū)；生產(chǎn)線作業(yè)管理APP、生產(chǎn)線可視化監(jiān)控平臺兩個軟件系統(tǒng)；ZigBee一種無線通信技術。
2）要求必須包含4行*6列立體倉庫、堆垛機、機器視覺檢測儀、多自由度機器臂、流水線傳送帶、AGV流轉(zhuǎn)小車、加工雕刻機、貼標機、二維碼識別器、光電傳感器、環(huán)境傳感器等工業(yè)制造裝備。
3）要求每個工業(yè)制造設備都配備智能通訊節(jié)點，用于自動化控制和ZigBee組網(wǎng)傳輸。
4）要求能夠通過C#上位機應用軟件自由設置智能通訊節(jié)點的ZigBee信道、PANID、以及唯一識別編碼。
5）要求配備本地數(shù)據(jù)中心管理終端、智能網(wǎng)關、機器視覺檢測儀。
6）管理終端采用ubuntu16.04版本，包含web服務端、MQTT broker、數(shù)據(jù)庫、以及Spring框架的生產(chǎn)可視化監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)等。
7）網(wǎng)關采用Cortex-A9網(wǎng)關，Linux和Android雙系統(tǒng)，可一鍵切換。運行Android生產(chǎn)線作業(yè)管理APP，管理工業(yè)制造設備，與加工流程自定義；通過MQTT協(xié)議、HTTP協(xié)議與數(shù)據(jù)中心管理終端進行信息交互。
8）采用python語言，人工智能圖像處理算法對加工物品進行殘次品檢測，必須支持圓形和方形檢測，同時支持MQTT通訊協(xié)議，接收檢測命令反饋檢測結(jié)果，可通過MQTT客戶端軟件工具進行測試驗證。
9）沙盤尺寸不小于3.6m*2.5m。
二、設備要求
1. 本地數(shù)據(jù)中心
1）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關（1個）
核心板資源：
（1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主頻1.4GHz；
（2）GPU：MAIL-400，3D圖形加速
（3）內(nèi)存: 1GB DDR3；
（4）EMMC: 8GB；
（5）核心板+底板設計：核心板加裝屏蔽罩，郵票孔方式與底板連接，抗干擾能力更強，比插針式更穩(wěn)定可靠。要求引出核心板信號線，不少于188PIN。
底板資源：
（1）LCD接口：7寸IPS電容屏（16:9），分辨率1024×600；
（2）USB接口：2路USB_HOST 2.0輸出，1路USB OTG；
（3）Ethernet接口：核心板內(nèi)置千兆IP，外加不超過3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口；
（4） 串口：2路3線RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth；
（5）CAN總線接口：1路；
（6）RS485總線接口：1路；
（7）HDMI 接口：HDMI1.4a，最大支持1920*1080高清數(shù)字輸出；
（8）LVDS液晶屏接口：單通道，最大支持1920*1080；
（9）攝像頭接口：1路CMOS并行接口，最大支持800萬像素；
（10）AV接口：1路模擬視頻母口輸入；
（11）外部存儲擴展接口：SD卡、TF卡接口；
（12）音頻接口： 1路MIC輸入，1路1. 8w喇叭；
（13）按鍵：1個復位按鍵、1個休眠喚醒按鍵，2個音量鍵；
（14） 藍牙WiFi：板載藍牙WiFi二合一模塊，WiFi符合IEEE802.11 b/g/n；藍牙協(xié)議標準符合BT4.2；
（15）Mini PCIe接口：標準可插入4G通信模模塊；
（16）24Pins應用擴展接口：用于處理器外設接口擴展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8個GPIO，5V電源。
2）ZigBee協(xié)調(diào)器模塊（1個）
采用CC2530單片機的射頻通信與ZStack協(xié)議棧的方案，具備Zigbee建網(wǎng)、節(jié)點入網(wǎng)申請驗證、路由信息維護、以及采集控制傳輸?shù)墓δ堋?/span>
板載PCB天線，通過TTL UART外設接口與A9網(wǎng)關 UART連接。
實時接收ZigBee傳感器采樣信息，并上報給上位機網(wǎng)關；同時接收網(wǎng)關下發(fā)的指令，通過ZigBee網(wǎng)絡傳輸給對應的傳感器節(jié)點。
供電電壓：DC3.3V。
3）數(shù)據(jù)中心管理終端（1套）
包含主機、顯示器、鍵盤、鼠標以及對應的軟件系統(tǒng)。
采用Windows 7以上操作系統(tǒng)，虛擬機采用Ubuntu16.04操作系統(tǒng)版本，運行Web服務端程序、MQTT Broker、mysql5.5以上數(shù)據(jù)庫、以及SpringMVC+MyBatis框架的生產(chǎn)可視化監(jiān)控平臺軟件系統(tǒng)。
CPU主頻：不低于I5，2.8GHz；
內(nèi)存容量：不低于4GB(DDR3)；
硬盤類型：不低于100G。
4）無線路由器（1個）
支持有線、無線連接，DHCP自動分配IP地址。
2.工業(yè)制造類設備
1）立體倉庫（2套）
位于原料倉庫區(qū)和成品倉庫區(qū)。
采用20mm*20mm鋁合金型材框架設計，可拆卸，可根據(jù)需求自由組合；
車庫數(shù)量：四行六列，共24個存儲庫位；
高層貨架存儲，節(jié)省庫存占地面積，提高空間利用率；
通過托盤方式存儲貨物，一個托盤可存儲兩個原料或成品；
每個庫位尺寸約：寬*高=91mm*67mm。
2）立體倉庫堆垛機（2套）
用于原料和成品立體倉庫區(qū)貨物的存取。
采用三軸懸臂式滑臺模組，滾珠絲杠直線滑臺模組密封防塵；
具有x、y、z三個運動行程，搬運尺寸約：1000mm、400mm、300mm。
采用閉環(huán)57規(guī)格步進電機驅(qū)動2.2牛米高速混合伺服；
采用三個金屬探測器進行原點探測；
采用貨叉式存取貨物；單元貨物重量：1g-1000g；
提升速度：5m/min；出叉速度：3.6m/min；
定位精度：±5mm；供電電壓：DC 24V。
3）傳送臺（5臺）
使用直流電機驅(qū)動器，可正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)托盤周轉(zhuǎn)。
安裝有紅外對射式限位開關檢測到托盤，電機停止轉(zhuǎn)動。
供電電源：DC12V
4）立體倉庫控制器（2套）
CPU：STM32103VCT6 Cortex-M3 單核32位處理器；
具有2相4線步進電機驅(qū)動接口；
可調(diào)試步進電機驅(qū)動器控制（寬電壓，脈沖速度可調(diào)）；
可擴展四路控制；
采用金屬探測傳感器實現(xiàn)庫位檢測；
通訊方式：采用ZigBee無線通訊；
供電電壓：DC 12V。
5）工業(yè)柔性機械手（3臺）
可以實現(xiàn)伸縮、旋轉(zhuǎn)、抓放等多自由度控制。
主要由機械臂、電控板、機械手組成。
機械臂主要由全鋁合金機械臂，行星減速步進電機、AB相光電編碼器、鋁合金聯(lián)軸器、軸承等組成。電機帶有編碼器，具有位置閉合控制，重復精度大大提高。
電控板采用STM32F4系列微控制器，4路LV8731V驅(qū)動模塊驅(qū)動機械臂電機，板載OLED顯示屏，支持串口控制、CAN控制、按鍵控制等方式。
手爪采用兩面帶齒結(jié)構，抓取物品更牢固，采用舵機控制。
負載能力：500g；額定電壓：DC12V；額定電流：5A。
6）激光雕刻機（1臺）
采用激光雕刻機完成在原材料上雕刻不同圖案。激光發(fā)生器在頂部有按鍵，可以開啟或者關閉激光發(fā)送，在調(diào)試或者不需要雕刻時可以關閉激光發(fā)生器以防止出現(xiàn)意外。
采用兩項四線42步進電機驅(qū)動，X軸采用兩個步進電機，Y軸采用一個；
采用20mm*20mm鋁合金型材及亞克力材料制作，具有質(zhì)量輕，強度高；
采用32位STM32單片機控制；
內(nèi)置圓形、方形等多種雕刻算法可通過命令或者按鍵直接雕刻；
激光雕刻采用內(nèi)置風扇冷卻；
步進電機驅(qū)動器驅(qū)動：TB6600 32細分4.0A；
通信方式：ZigBee；激光功率 : 3.2W；供電電壓 : DC12V。
7）傳送帶（4套）
實現(xiàn)產(chǎn)品在加工、檢驗、包裝環(huán)節(jié)的自動運輸、自動停止功能。
輸送帶：綠色PVC，耐油、耐腐蝕、防靜電；
機架：不銹鋼、鋁型材，高度可調(diào)；
托輥滾筒，支撐上方皮帶，減少摩擦阻力，保證運輸速度更快更平穩(wěn)；
具有紅外對射一對，物品傳輸至探測器中間，皮帶自動停止；
具有道閘一個，阻擋物品；采用減速直流電機控制；工作電壓：DC12V。
8）包裝貼標機（1套）
由光纖檢測器、行程開關、供紙盤、電機、收料桶組成；
可調(diào)節(jié)供紙盤，可根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)松緊；
收料滾輪，自動收料；
光纖檢測器，精度高，可手動調(diào)節(jié)能夠檢測不同長度標簽；
二維碼標簽采用30MM圓形標簽
電源：AC 220V；功率：60W；配用氣壓：0.4MPa；
貼標精度：± 1mm；機身尺寸約：550x350x600（mm）。
9）二維碼讀卡器（1套）
感應距離約：3-15cm；讀卡速度：<0.2秒；
輸出格式：韋根、RS485等；工作電壓：DC12V。
10）LED點陣顯示屏（1個）
設備信息：75 單色室內(nèi)高亮LED；
紅色8字LED點陣，滾動顯示；
通訊方式：無線ZigBee。
11）AI機器視覺檢測儀（1套）
主要由夜視CMOS攝像頭、AI主板、LCD顯示屏組成。
采用python語言編程，OpenCV視覺庫進行圖像處理，識別視頻范圍內(nèi)加工零件的形狀是否合格；
采用MQTT消息發(fā)布訂閱模式接收數(shù)據(jù)中心的檢測請求，并反饋殘次品信息。
工作電壓：DC5V。
3.通訊類設備
1）智能通訊節(jié)點（5個）
功能：將有線的工業(yè)現(xiàn)場總線、I/O接口轉(zhuǎn)換為無線通信方式，同時將現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線通信數(shù)據(jù)，或?qū)o線通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)，達到現(xiàn)場傳感設備的遠程實時監(jiān)測與控制。
硬件：采用Cortex-M3微控制器，具有9組標準通信接口，5組RJ12電話線接口、4組RJ45以太網(wǎng)接口，包含RS232、RS485、CAN、IIC、SPI、4-20mA模擬量、I/O輸入輸出等多種有線信號，可通過扁平電話線、扁平網(wǎng)線直接與實際工業(yè)傳感器或外設連接，進行傳感器采集與執(zhí)行器控制。
分別用于3個機械手、2個AGV小車的聯(lián)網(wǎng)控制。
標配0.95寸顯示屏，分辨率128*64；
無線通信方式：ZigBee；
工作電源：DC12V供電。
2）智能通訊設備（4套）
由智能通訊節(jié)點和采集驅(qū)動板組成，用于工業(yè)傳感器、貼標機、路燈、傳送帶、LED點陣顯示屏、非倉庫區(qū)傳送臺、二維碼讀卡器的遠程采集控制。
標配2.4寸顯示屏，顯示ID、組網(wǎng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。
驅(qū)動板支持6路開關量輸入、2繼電器輸出，6路電機輸出，2路舵機輸出，1路RS232總線，1路RS485總線，1路TTL串口，通過RJ12電話線接口、RJ45以太網(wǎng)接口和扁平網(wǎng)線與智能通訊節(jié)點連接。
4.運輸類設備
1）AGV智能小車（2臺）
組成：由磁導航傳感器、高頻RFID讀卡器、核心控制板、直流減速電機、鋰電池供電板、傳送臺以及ZigBee智能通信節(jié)點組成。
采用STM32F103微控制器，實時處理磁導航傳感器，驅(qū)動直流減速電機實現(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)行駛；控制RFID讀卡器讀取鋪設在路面的RFID標簽值，讀卡停車；控制車載傳送臺正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)實現(xiàn)托盤流轉(zhuǎn)；通過ZigBee模塊與智能網(wǎng)關協(xié)調(diào)器組網(wǎng)傳輸，實現(xiàn)車輛位置信息的上傳以及接收命令控制傳送臺轉(zhuǎn)動。
5.工廠環(huán)境監(jiān)測設備
1）空氣溫濕度傳感器（1個）
溫度范圍：-20~65℃；濕度范圍：0~100%RH；刷新時間：1s；
輸出信號：RS485；通訊協(xié)議：Modbus；供電電壓：DC 12V。
2）火焰?zhèn)鞲衅鳎?span>1個）
測量范圍：有無；輸出信號：RS485；
通訊協(xié)議：Modbus；供電電壓：DC 12V。
3）二氧化碳傳感器（1個）
測量范圍：400~5000PPM；輸出信號：RS485；
通訊協(xié)議：Modbus；供電電壓：DC 12V。
4）粉塵傳感器（1個）
由語音模塊和CC2530射頻模塊組成；
通過協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，調(diào)用語音模塊，實現(xiàn)中文語音播報；
通信方式：ZigBee；供電電壓：DC 5V。
5）光照傳感器（1個）
測量范圍：0~65535Lux；輸出信號：RS485；
通訊協(xié)議：Modbus；供電電壓：DC 12V。
6）氣壓傳感器（1個）
測量范圍：0~120Kpa；輸出信號：RS485；
通訊協(xié)議：Modbus；供電電壓：DC 12V。
7）通風扇（1個）
繼電器輸出控制；供電電壓：DC 12V。
8）路燈（若干）
繼電器輸出控制；供電電壓：DC 12V
6.視頻監(jiān)控設備
1）WiFi網(wǎng)絡攝像頭（1臺）
用于視頻監(jiān)控，通過控制云臺上下左右移動，以觀察智慧工廠內(nèi)各個角落狀況及抓拍。
通信方式：WiFi、以太網(wǎng)。
三、軟件要求
1.ZigBee傳感器組網(wǎng)綜合應用程序（1套）
實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡的建立、節(jié)點的自動組網(wǎng)、節(jié)點休眠與喚醒、節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、以及執(zhí)行節(jié)點的傳輸控制等功能。
符合IEEE802.15.4標準規(guī)范，頻段范圍2.045G~2.484G；
支持TI Z-Stack 2007協(xié)議棧；
支持多任務處理；支持星形、樹型、網(wǎng)狀三種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構；
支持Packet Sniffer抓包分析儀；
支持串口調(diào)試上位機軟件Z-Tool；
支持IAR for EW8051集成開發(fā)環(huán)境；
支持第三方SmartRF Flash燒寫工具；
同一個工程編譯ZigBee網(wǎng)絡所有節(jié)點程序，包括協(xié)調(diào)器、路由器和傳感控制終端節(jié)點。
2. 機器視覺檢測軟件（1套）
采用Python語言，內(nèi)嵌MQTT協(xié)議，接收網(wǎng)關發(fā)布的檢測消息，調(diào)用OpenCV機器視覺庫對視覺區(qū)域內(nèi)的物品形狀進行檢測，同時發(fā)布檢測結(jié)果。
開發(fā)環(huán)境：Pycharm
語言：Python。
3. 生產(chǎn)線作業(yè)網(wǎng)關管理APP（1套）
網(wǎng)關采用Android操作系統(tǒng)，運行“生產(chǎn)線作業(yè)管理APP”。網(wǎng)關與管理終端位于同一個局域網(wǎng)時，可與生產(chǎn)線可視化監(jiān)控平臺互聯(lián)互通。
功能需求：
采用串口編程與ZigBee協(xié)調(diào)器進行數(shù)據(jù)交互，獲取工業(yè)制造設備運行狀態(tài)、以及發(fā)送控制命令。
采用MQTT協(xié)議獲取監(jiān)控平臺工單，控制AGV小車按照原料、加工、檢驗、包裝、成品的路線完成工業(yè)制造流程。根據(jù)小車到達位置信息，控制工業(yè)設備按照后臺邏輯驅(qū)動控制器動作，并實時接收反饋，依次驅(qū)動下一個設備，實現(xiàn)加工環(huán)節(jié)的流暢運行。加工過程數(shù)據(jù)，通過Restful API接口反饋給監(jiān)控平臺。
要求軟件具有語音提醒功能，如工單接收提醒、異常加工提醒、執(zhí)行器未實時反饋信息的提醒等。
要求軟件包含原料區(qū)、加工區(qū)、校驗區(qū)、包裝區(qū)、成品區(qū)以及系統(tǒng)設置六個功能模塊。主界面能夠顯示網(wǎng)關連接監(jiān)控平臺的狀態(tài)。
系統(tǒng)設置模塊要具備AGV小車位置信息與卡號綁定的功能，傳感器信息一鍵同步至服務器的功能，已添加設備手動調(diào)試、修改、刪除的功能，機械手運動坐標調(diào)節(jié)的功能，環(huán)境類傳感器聯(lián)動策略功能，以及連接服務器的配置功能。
五個作業(yè)區(qū)都要具備工業(yè)設備執(zhí)行邏輯順序可編輯功能，可靈活添加傳感器、工業(yè)設備，具備點選設備更換邏輯順序、或刪除等功能。
要求能夠控制機械手伸縮、旋轉(zhuǎn)、抓放，控制堆垛機運動，控制貼標機在物品上貼標簽，控制車輛駛停，控制傳送帶啟停等功能。
開發(fā)環(huán)境：Android Studio
語言：Android
通訊協(xié)議：MQTT協(xié)議、HTTP協(xié)議Restful API接口。
4. 生產(chǎn)線Web可視化監(jiān)控平臺（1套）
平臺部署在管理終端中，管理終端采用windows7以上操作系統(tǒng)，虛擬機ubuntu16.04操作系統(tǒng)，部署web應用服務器、MQTT Broker、mysql數(shù)據(jù)庫、以及運行生產(chǎn)線Web可視化監(jiān)控平臺。
可以在局域網(wǎng)內(nèi)通過瀏覽器訪問平臺查看工業(yè)生產(chǎn)狀況。
功能要求：
1）要求具有系統(tǒng)管理、庫位管理、工單管理、設備管理、以及視頻監(jiān)控等功能模塊；
2）要求平臺主頁具有沙盤實時動態(tài)視圖，工單形狀與數(shù)量信息，原料與成品庫存信息，殘次品統(tǒng)計餅狀圖，加工數(shù)量柱狀圖，環(huán)境實時采樣數(shù)據(jù)。
3）要求主頁具有一鍵操作的功能，包括一鍵下單，一鍵清空成品庫，一鍵添加原料庫。
3）要求可設置立體庫位的層數(shù)、X坐標、Y坐標，以及庫位占用情況。
4）要求可查看工單編號、工單數(shù)據(jù)、工單數(shù)量、以及生產(chǎn)狀態(tài)。
5）要求可實現(xiàn)小車位置跟蹤，查看工廠環(huán)境信息，加工信息可查。
6）要求能夠添加攝像頭，可在頁面實時瀏覽工廠內(nèi)情況。
參數(shù)要求：
1.平臺前端采用最新的HTML5編程技術，使用Bootstrap作為前端UI框架，自帶全局CSS設置，內(nèi)嵌JQuery插件，使用echarts圖表庫，實現(xiàn)網(wǎng)頁上各種動態(tài)圖表；使用mqttJS作為消息即時傳輸?shù)龋粷M足了物聯(lián)網(wǎng)項目多樣化的前端顯示效果。
2.后臺主要采用了Spring容器、Spring MVC框架、MyBatis ORM框架集成，采用Maven構建項目管理，保證了項目運行的健壯性和穩(wěn)定性。
4. 平臺提供標準的Restful API接口，網(wǎng)關可通過調(diào)用接口實現(xiàn)網(wǎng)關信息、網(wǎng)關下傳感器信息的同步，支持二次開發(fā)。
5.平臺采用MQTT協(xié)議,標準的JSON數(shù)據(jù)包實現(xiàn)信息在網(wǎng)關、WEB之間傳輸。
6. 開發(fā)環(huán)境
開發(fā)環(huán)境：IDeaUL2016
開發(fā)語言：JAVA
通訊協(xié)議：MQTT協(xié)議、HTTP協(xié)議Restful API接口
四、課程資源
1、要求提供工業(yè)設備的控制原理說明不少于5個，如立體倉庫、AGV小車、激光雕刻機、傳送帶、多自由度機器臂等控制器；
2、要求提供工業(yè)設備的電氣連接說明不少于8個，如立體倉庫堆垛機控制器的電氣連接、AGV小車的電氣連接、激光雕刻機控制器的電氣連接、流水線傳送帶的電氣連接、多自由度機器臂控制器電氣連接、貼標機電氣連接、二維碼讀卡模塊電氣連接、工廠環(huán)境傳感器信號連接；
3、要求提供工業(yè)設備控制器嵌入式開發(fā)案例不少于5個，如立體倉儲堆垛機、AGV小車尋跡控制、激光雕刻控制、傳送帶到位檢測與控制、機器臂控制等；
4、要求提供ZigBee自組網(wǎng)實驗案例不少于8個，如多點自組網(wǎng)、信息廣播、信息組播、星狀網(wǎng)絡拓撲、樹狀網(wǎng)絡拓撲、綁定傳輸、串口應用、溫濕度傳感器采集傳輸?shù)龋?/span>
5、要求提供工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)關Android開發(fā)實訓案例不少于6個，如立體倉儲堆垛機遠程控制、AGV小車遠程控制、激光雕刻遠程控制、機械臂遠程控制、流水線傳輸遠程控制、道路RFID標簽遠程讀取等；
6、要求提供機器視覺實驗案例不少于3個，如OpenCV環(huán)境搭建、顏色識別、形狀識別等；
7、要求提供網(wǎng)絡通信實驗案例不少于2個，如MQTT發(fā)布訂閱實驗、Restful API接口應用實驗；
8、要求提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)Web信息管理開發(fā)實訓案例不少于5個，如SpringMVC+Mybatis環(huán)境搭建、工廠用戶登錄、工廠庫存及訂單查詢、工件信息統(tǒng)計圖展示、工廠環(huán)境實時監(jiān)測等。
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