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一、產品簡介

1.1 產品設計背景

    隨著物聯網產業的發展和普及,急需大量的相關領域的技術人才,具備物聯網系統設計,系統及設備的硬件設計以及軟件代碼編寫等方面的物聯網技術開發能力,在實際應用方面,也需要工程系統集成,項目實施,安裝調試,管理和維護等多種物聯網技術人員和管理人員。我國因此制訂了物聯網專業高素質創新型人才的培養計劃,物聯網專業在高等學校和職業院校也越來越多的開設,用以培養物聯網系統設計,系統及設備的硬件設計及軟件代碼編寫等方面的物聯網的技術人才。
    由于以往傳統的電子實驗箱無法滿足物聯網教學的需求,我們需要一套性能優越又實用的,滿足各種需求的物聯網教學實驗設備,完整的覆蓋物聯網的感知層、網絡層和應用層的教學內容,滿足多門物聯網相關課程的實驗需求,并且遵循可靠性、先進性、開放性和可擴展性原則,緊密符合物聯網人才培養高要求。基于以上廣州飛瑞敖電子科技有限公司公司開發了 IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱,其目標就是建設起集教學、實驗、創新、體驗和研發功能于一體的物聯網實驗教學系統。

1.2 產品設計目標

    廣州飛瑞敖電子科技股份有限公司 IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱緊密圍繞教育部物聯網工程專業培訓計劃教學大綱進行設計,可以滿足<單片機原理與技術>、<傳感器原理及應用>、傳感網原理及應用>等物聯網工程專業的專業課程實驗開設。物聯網開發應用實驗箱內完整的體現了物聯網的三層結構:感知層、網絡層和應用層,從硬件應用到軟件設計,讓學生掌握整個物聯網體系結構與構建設計技術,以及從底層到上層軟件的開發。
    該實驗箱基于可靠性、先進性、開放性和可擴展性原則開發,可以使用多種網絡協議連接各個節點,箱內包括種類豐富的感知層設備和網絡層接入設備,學生可以從中學習和實踐包括溫度,濕度等多種傳感技術,以及相應硬件與軟件的設計技術,也可以學習和實踐傳感器網絡的構建技術,掌握Zigbee,藍牙,Wifi等通信方式構建傳感器網絡。實驗箱還包括采用ARM Cortex-A9處理器基于Android操作系統的嵌入式開發板,可以作為物聯網的數據網關開發,也可以作為應用層進行各種基于Android應用軟件開發。

1.3 產品創新點

● 實驗箱采用純模塊設計,各個節點可以相互組合實驗,也可以每個節點獨立實驗,接口豐富方便與傳感器和外設連接。
● 傳感器種類豐富涵蓋了電容式傳感器、電阻式傳感器、光敏傳感器、氣敏傳感器等十余種不同種類的傳感器。
● 實驗箱搭配高效能Cortex-A9開發板搭載Android操作系統,學生可在本地對采集數據進行處理。
● 在一個實驗箱內完整的體現了物聯網的三層結構-感知層、網絡層和應用層。從硬件應用到軟件設計,一步步引導學生了解整個物聯網體系結構。針對不同專業的學生設計了不同的實驗題目,包含內容豐富多彩。
● 實驗箱上的每一個節點完全采用可插拔設計,同時支持外置電源適配器供電,方便學生做一些需要將節點移動或者室外的實驗。
● 實驗箱提供多種傳感器的同時還提供了豐富的控制器,不僅可“感知”、同時還能“控制”。
● 完整詳盡的實驗指導書,源碼詳細注釋并且完全開放方便學生學習和二次開發。
● 實驗箱上的每個節點可以滿足高校老師科研項目,獨立開發或者組網開發。
● 實驗箱緊密圍繞教育部物聯網工程專業培訓計劃教學大綱進行設計,可以滿足<單片機原理與技術>、<傳感器原理及應用>、、<物聯網通信技術>等物聯網工程專業的專業課程實驗開設。

二.產品介紹

2.1 產品概述

    如圖2.1所示, IOT-L02-06型開發應用實驗箱由Cortex-A9平板開發板(右下角)以及圍繞其的多個無線傳感器節點組成。Cortex-A9開發板配備一款7寸電容屏,運行Android操作系統可以做為Android APP開發平臺使用。多個無線傳感器節點由節點底板、無線射頻模塊、傳感器&執行器模塊以及2.8寸電阻觸屏,各個模塊之間均采用插針可插拔形式設計。實驗箱標配Wi-Fi,Zigbee,藍牙3種無線射頻模塊,磁檢測傳感器模塊、光敏傳感器模塊、紅外對射傳感器模塊、紅外反射傳感器模塊、酒精傳感器模塊、振動傳感器模塊、聲音傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、火焰傳感器模塊、超聲波傳感器等多種傳感器模塊。

2.2 產品實物圖

  2.1 物聯網開發應用實驗箱

2.3 產品功能詳解

    廣州飛瑞敖電子科技股份有限公司 IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱緊密圍繞教育部物聯網工程專業培訓計劃教學大綱進行設計,可以滿足<單片機原理與技術>、<傳感器原理及應用>、傳感網原理及應用>等物聯網工程專業的專業課程實驗開設。

2.3.1 滿足<單片機原理與技術>課程實驗開設

    IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱各節點配置一枚STM32型MCU可完成單片機原理與技術課程的實驗開設。同時實驗箱Zigbee節點的射頻模塊上配備有一枚TI公司的CC2530 MCU,這枚MCU也是整個無線傳感網絡的核心。CC2530在不搭配Z-Stack無線通信協議棧時,其功能相當于一枚8051型單片機,可以滿足物聯網工程專業下的<單片機原理與技術>實驗課程的實驗開設。與傳統的單片機開發板相比,該節點(單片機板)雖然外圍器件較少,但是更能體現出物聯網技術中的節能低功耗的優勢,所涉及實驗內容更貼近于物聯網工程專業學生所要學習的知識點,更適合應用于物聯網工程專業<單片機原理與技術>專業課程開設。

2.3.2 滿足<傳感器原理及應用>課程實驗開設

    IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱標準配置有磁檢測傳感器、光敏傳感器、紅外對射傳感器、紅外反射傳感器、酒精傳感器、振動傳感器、聲音傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰傳感器以及超聲波傳感器等傳感器模塊,傳感器模塊覆蓋了電容式、電阻式、光敏式、氣敏式四大原理類型傳感器,配合實驗指導書學生可以掌握常用傳感器應用、會非電量與電量的轉換,掌握處理、顯示和傳送等重要知識點。

2.3.3 滿足課程實驗開設

     Zigbee無線傳感網原理及應用,(有學校也叫無線傳感網原理及應用或者傳感器微操作系統原理與設計),是物聯網工程專業的一門核心專業課程,Zigbee無線通信方式的應用也是物聯網工程專業學生必須要掌握的一門技術,其核心是圍繞美國TI公司提供的CC2530型單片機以及滿足Zigbee 2006標準的Z-Stack協議棧展開的。如圖2.2所示, IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱配備有Zigbee網關節點1個以及Zigbee節點2個,配合實驗指導書,可完成從CC2530單片機的使用,到基于Z-Stack協議棧的組網,以及無線傳感網的最終搭建等一系列實驗,由淺入深的幫助學生學習Zigbee無線傳感網方面的知識和應用。

三.支撐課程及實驗清單

     IOT-L02-06型物聯網開發應用實驗箱緊密圍繞教育部物聯網工程專業培訓計劃教學大綱進行設計,可以滿足<單片機原理與技術>、<傳感器原理及應用>、傳感網原理及應用>等物聯網工程專業的專業課程實驗開設。

3.1.1 <單片機原理與技術>課程實驗清單

CC2530篇
實驗1 CC2530 I/O控制實驗
實驗2 CC2530 Timer控制實驗
實驗3 CC2530 Watch Dog控制實驗
實驗4 CC2530 Low Power控制實驗
實驗5 CC2530 UART控制實驗
實驗6 CC2530 AD控制實驗
STM32篇
實驗1 STM32固件庫V3.5移植實驗
實驗2 LED燈實驗
實驗3 按鍵中斷實驗
實驗4 定時器實驗
實驗5 看門狗實驗
實驗6 串口通信實驗
實驗7 ADC實驗
實驗8 IIC實驗
實驗9 TFT  LCD實驗

3.1.2 <傳感器原理及應用>課程實驗清單

實驗1 溫濕度傳感器實驗
實驗2 火焰傳感器實驗
實驗3 磁檢測傳感器實驗
實驗4 振動傳感器實驗
實驗5 聲音傳感器實驗
實驗6 光敏傳感器實驗
實驗7 酒精傳感器實驗
實驗8 煙霧檢測傳感器實驗
實驗9 紅外反射傳感器實驗
實驗10 超聲波測距傳感器實驗

3.1.3 課程實驗清單

實驗1 無線點燈實驗
實驗2 基于Z-Stack星狀組網實驗
實驗3 基于Z-Stack樹狀組網實驗
實驗4 基于Z-Stack的磁檢測傳感器實驗
實驗5 基于Z-Stack的光敏傳感器實驗
實驗6 基于Z-Stack的紅外對射傳感器實驗
實驗7 基于Z-Stack的紅外反射傳感器實驗
實驗8 基于Z-Stack的火焰傳感器實驗
實驗9 基于Z-Stack的酒精檢測傳感器實驗
實驗10 基于Z-Stack的聲音傳感器實驗
實驗11 基于Z-Stack的溫濕度傳感器實驗
實驗12 基于Z-Stack的煙霧檢測傳感器實驗
實驗13 基于Z-Stack的振動傳感器實驗
實驗14 基于Z-Stack的超聲波傳感器實驗

3.1.4 藍牙通信課程實驗

實驗1 基于BLE協議棧LED實驗
實驗2 基于BLE協議棧的串口實驗
實驗3 基于BLE協議棧的無線點燈實驗
實驗4 基于BLE協議棧的串口AT命令控制實驗
實驗5 基于BLE協議棧的串口透傳實驗

3.1.5 WiFi通信課程實驗

實驗1  WiFi模塊的使用實驗

一、硬件資源

1.物聯網網關
2.WiFi網關節點開發板
3.433節點開發板
4.藍牙主機節點開發板
5.
藍牙從機節點開發板
6.zigbee網關節點開發板
7.zigbee節點開發板
8.Ipv6節點開發板
9.傳感器模塊:磁檢測傳感器模塊、光敏傳感器模塊、紅外對射傳感器模塊、紅外反射傳感器模塊、酒精傳感器模塊、振動傳感器模塊、聲音傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、火焰傳感器模塊、超聲波傳感器
10.
傳感器模塊:燈光蜂鳴器模塊、直流電機模塊、步進電機模塊

二、軟件資源

Android 4.0
交叉編譯器: arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp;
Bootloader Superboot & U-Boot-1.1.6;
內核:Linux-3.0.8;
文件系統:YAFFS2/CRAFS/NFS/UBIFS/;

三、實驗清單

 <單片機原理與技術>課程實驗清單
CC2530篇
實驗1 CC2530 I/O控制實驗
實驗2 CC2530 Timer控制實驗
實驗3 CC2530 Watch Dog控制實驗
實驗4 CC2530 Low Power控制實驗
實驗5 CC2530 UART控制實驗
實驗6 CC2530 AD控制實驗
STM32篇
實驗1 STM32固件庫V3.5移植實驗
實驗2 LED燈實驗
實驗3 按鍵中斷實驗
實驗4 定時器實驗
實驗5 看門狗實驗
實驗6 串口通信實驗
實驗7ADC實驗
實驗8 IIC實驗
實驗9 TFT LCD實驗
<傳感器原理及應用>課程實驗清單
實驗1 紅外反射傳感器實驗
實驗2 火焰傳感器實驗
實驗3 磁檢測傳感器實驗
實驗4 振動傳感器實驗
實驗5 聲音傳感器實驗
實驗6 光敏傳感器實驗
實驗7 酒精傳感器實驗
實驗8 煙霧檢測傳感器實驗
實驗9 溫濕度傳感器實驗
實驗10 超聲波測距傳感器實驗
課程實驗清單
實驗1 無線點燈實驗
實驗2 基于Z-Stack星狀組網實驗
實驗3 基于Z-Stack樹狀組網實驗
實驗4 基于Z-Stack的磁檢測傳感器實驗
實驗5 基于Z-Stack的光敏傳感器實驗
實驗6 基于Z-Stack的紅外對射傳感器實驗
實驗7 基于Z-Stack的紅外反射傳感器實驗
實驗8 基于Z-Stack的火焰傳感器實驗
實驗9 基于Z-Stack的酒精檢測傳感器實驗
實驗10 基于Z-Stack的聲音傳感器實驗
實驗11基于Z-Stack的溫濕度傳感器實驗
實驗12基于Z-Stack的煙霧檢測傳感器實驗
實驗13基于Z-Stack的振動傳感器實驗
實驗14基于Z-Stack的超聲波傳感器實驗
藍牙通信課程實驗清單
實驗1 基于BLE協議棧LED實驗
實驗2 基于BLE協議棧的串口實驗
實驗3 基于BLE協議棧的無線點燈實驗
實驗4 基于BLE協議棧的串口AT命令控制實驗
實驗5 基于BLE協議棧的串口透傳實驗
WiFi通信課程實驗清單
實驗1  WiFi模塊的使用實驗