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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,高校普遍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股份有限公司開發了IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱,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-L02-05型物聯網綜合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,同時也可滿足非物聯網工程專業對物聯網相關技術實驗設備的體驗需求。物聯網綜合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。
該實驗箱以STC單片機為核心構建多種傳感器節點,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,煙霧,紅外傳感,光敏,火焰等多種傳感技術,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,使用Zigbee、433、Wifi、藍牙、IPV6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

● 實驗箱采用純模塊化設計,單個傳感器節點分為節點底板、射頻模塊和傳感器模塊三部分,各模塊均采用可插拔方式,擴展性強,易維修維護升級。
● 實驗箱標配WiFi、Zigbee、433MHz、藍牙等主流局域網無線通信模塊。
● 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,可獨立Android App軟件開發平臺使用,大大增加了實驗箱的實用性。
● 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。
● 完整詳盡的實驗指導書,并提供硬件設備原理圖,應用程序源碼供學生學習和二次開發。
● 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

    如下圖2.1,2.2所示,廣州飛瑞敖電子科技股份有限公司IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱主體由嵌入式A9開發板,以及圍繞嵌入式開發板的十二個節點組成。其中1-11號節點為傳感器節點,12號節點為高頻RFID射頻識別節點。每個傳感器節點又由節點底板、射頻模塊以及傳感器模塊組成。實驗箱標配有Wi-Fi,Zigbee,433MHz,藍牙,IPV6無線射頻模塊以及溫濕度、光敏等11款傳感器模塊。所有節點及模塊均采用牛角座可插拔式設計,方便老師學生實驗。隨箱附送物聯網綜合實驗想配套光盤包含實驗指導書、實驗源代碼、電路原理圖、應用軟件等豐富實驗資源。

2.2 產品示意圖

圖2.1 廣州飛瑞敖電子科技股份有限公司IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱
圖2.2 物聯網綜合實驗箱標示圖

2.3 產品功能詳解

    廣州飛瑞敖電子科技股份有限公司IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱可滿足物聯網工程專業<單片機原理與技術><傳感器原理與應用>、<Zigbee無線傳感網原理與應用>以及<物聯網通信技術>等專業課程的實驗開設。

2.3.1 滿足<單片機原理與技術>課程實驗開設

    如圖2.2所示的IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱的WiFi傳感器節點和433MHz傳感器節點的節點底板上板載一枚STC12C5A16S2型51單片機,用于進行傳感器數據采集,傳感器數據處理以及數據發送。5,6,7號Zigbee節點的射頻模塊上配備有一枚TI公司的CC2530 MCU,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,與傳統的單片機開發板相比,該節點底板(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-L02-05型物聯網綜合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共計11款傳感器模塊,11種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標準的Z-Stack協議棧展開的。如圖2.2所示,IOT-L02-05型物聯網綜合實驗箱配備有Zigbee協調器節點1個以及Zigbee傳感器節點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。

2.3.4 滿足<物聯網通信技術>課程實驗開設

   除了2.3.3節提到Zigbee無線通信技術,Wi-Fi,433MHz,藍牙,IPV6這幾種無線通信技術也在物聯網技術所涉及的行業中有著廣泛的應用。如圖2.2所示,物聯網綜合實驗箱配備有Wi-Fi傳感器節點,433MHz傳感器節點,藍牙傳感器節點,IPV6傳感器節點,結合實驗指導書,學生將學習到如何使用這兩種無線通信方式進行傳感器數據的無線采集。

2.4 主要模塊介紹

2.4.1 嵌入式A9開發板

    嵌入式A9開發板采用10層板沉金工藝、布局、布線設計,主控芯片:ARM Cortex-A9架構,四核,主頻1.2GHZ,2GB DDR3,8GB eMMC;操作系統:支持Android 4.3、Linux 3.0、Ubuntu 12;USB接口:支持4路USB;1路USB OTG,帶過流保護電路;音頻接口:工業級聲卡芯片,支持麥克風錄音,支持插入檢測功能,支持LINE_IN、LINE_OUT以及3G打電話功能;以太網接口:工業級千兆網卡芯片;硬盤接口:2.5Gbps SATA II接口;顯示接口:1路24bit LCD (支持電阻電容屏),并支持1920x1080P全高清。
圖2.3 嵌入式A9開發板

2.4.2 Wi-Fi傳感器節點

如圖2.4所示為實驗箱上的Wi-Fi溫濕度傳感器節點,有WiFi模塊、溫濕度模塊以及節點底板三部分組成,所有模塊均采用可插拔方式設計,擴展性強,易維護維修。
圖2.4 Wi-Fi溫濕度傳感器節點
 

三、支撐課程及實驗清單

3.1支撐課程及實驗清單

    IOT-L02-05物聯網綜合實驗箱滿足物聯網工程專業<單片機原理與技術><傳感器原理與應用>、<Zigbee無線傳感網原理與應用>以及<物聯網通信技術>等專業課程的實驗需求。

3.2 <單片機原理與技術>課程實驗

實驗1 STC單片機IO口準雙向輸出實驗
實驗2 STC單片機定時器實驗
實驗3 STC單片機串口通信實驗
實驗4 STC單片機掉電保存實驗
實驗5 STC單片機ADC轉換實驗
實驗6 CC2530 單片機LED控制實驗
實驗7 CC2530 單片機按鍵控制實驗
實驗8 CC2530 單片機外部中斷實驗
實驗9 CC2530 單片機定時器實驗
實驗10 CC2530 單片機串口實驗
實驗11 CC2530 單片機看門狗實驗
實驗12 CC2530 單片機能源管理實驗

3.3 <傳感器原理與應用>課程實驗

實驗1 酒精傳感器實驗
實驗2 紅外對射傳感器實驗
實驗3 紅外反射傳感器實驗
實驗4 磁控傳感器實驗
實驗5 煙霧檢測傳感器實驗
實驗6 聲音傳感器實驗
實驗7 光敏傳感器實驗
實驗8 溫濕度傳感器實驗
實驗9 火焰傳感器實驗
實驗10 振動傳感器實驗
實驗11 超聲波測距傳感器實驗
實驗12 高頻RFID模塊的使用

3.4 課程實驗

實驗1 基于ZStack的LED控制實驗
實驗2 基于ZStack的串口實驗
實驗3 基于ZStack的按鍵實驗
實驗4 BasicRF點對點通信實驗
實驗5 ZStack點播通信實驗
實驗6 ZStack組播通信實驗
實驗7 ZStack廣播通信實驗
實驗8 ZStack星狀組網實驗
實驗9 CC2530 紅外反射傳感器實驗
實驗10 CC2530 紅外對射傳感器實驗
實驗11 CC2530 光敏傳感器實驗
實驗12 CC2530 溫濕度傳感器實驗

3.5 <物聯網通信技術>課程實驗

實驗1 433MHz無線通信實驗
實驗2 WiFi模塊的使用
實驗3 基于BLE協議棧LED實驗
實驗4 基于BLE協議棧的串口實驗
實驗5基于BLE協議棧的無線點燈實驗
實驗6 基于BLE協議棧的串口AT命令控制實驗
實驗7 基于BLE協議棧的串口透傳實驗
實驗8  IPV6通信實驗

一、硬件資源

1、物聯網網關
2、433MHz節點
3、Zigbee協調器
4、Zigbee節點
5、IPV6節點
6、WiFi節點
7、RFID高頻節點
8、藍牙節點
9.傳感器模塊
10、執行器模塊

二、軟件資源

配套實驗指導書光盤資料