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一、产品简介

1.1 产品设计背景

    随着物联网产业的发展和普及,急需大量的相关领域的技术人才,具备物联网系统设计,系统及设备的硬件设计以及软件代码编写等方面的物联网技术开发能力,在实际应用方面,也需要工程系统集成,项目实施,安装调试,管理和维护等多种物联网技术人员和管理人员。我国因此制订了物联网专业高素质创新型人才的培养计划,物联网专业在高等学校和职业院校也越来越多的开设,用以培养物联网系统设计,系统及设备的硬件设计及软件代码编写等方面的物联网的技术人才。
    由于以往传统的电子实验箱无法满足物联网教学的需求,我们需要一套性能优越又实用的,满足各种需求的物联网教学实验设备,完整的覆盖物联网的感知层、网络层和应用层的教学内容,满足多门物联网相关课程的实验需求,并且遵循可靠性、先进性、开放性和可扩展性原则,紧密符合物联网人才培养高要求。基于以上广州飞瑞敖电子科技有限公司公司开发了 IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱,其目标就是建设起集教学、实验、创新、体验和研发功能于一体的物联网实验教学系统。

1.2 产品设计目标

    广州飞瑞敖电子科技股份有限公司 IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱紧密围绕教育部物联网工程专业培训计划教学大纲进行设计,可以满足<单片机原理与技术>、<传感器原理及应用>、传感网原理及应用>等物联网工程专业的专业课程实验开设。物联网开发应用实验箱内完整的体现了物联网的三层结构:感知层、网络层和应用层,从硬件应用到软件设计,让学生掌握整个物联网体系结构与构建设计技术,以及从底层到上层软件的开发。
    该实验箱基于可靠性、先进性、开放性和可扩展性原则开发,可以使用多种网络协议连接各个节点,箱内包括种类丰富的感知层设备和网络层接入设备,学生可以从中学习和实践包括温度,湿度等多种传感技术,以及相应硬件与软件的设计技术,也可以学习和实践传感器网络的构建技术,掌握Zigbee,蓝牙,Wifi等通信方式构建传感器网络。实验箱还包括采用ARM Cortex-A9处理器基于Android操作系统的嵌入式开发板,可以作为物联网的数据网关开发,也可以作为应用层进行各种基于Android应用软件开发。

1.3 产品创新点

● 实验箱采用纯模块设计,各个节点可以相互组合实验,也可以每个节点独立实验,接口丰富方便与传感器和外设连接。
● 传感器种类丰富涵盖了电容式传感器、电阻式传感器、光敏传感器、气敏传感器等十余种不同种类的传感器。
● 实验箱搭配高效能Cortex-A9开发板搭载Android操作系统,学生可在本地对采集数据进行处理。
● 在一个实验箱内完整的体现了物联网的三层结构-感知层、网络层和应用层。从硬件应用到软件设计,一步步引导学生了解整个物联网体系结构。针对不同专业的学生设计了不同的实验题目,包含内容丰富多彩。
● 实验箱上的每一个节点完全采用可插拔设计,同时支持外置电源适配器供电,方便学生做一些需要将节点移动或者室外的实验。
● 实验箱提供多种传感器的同时还提供了丰富的控制器,不仅可“感知”、同时还能“控制”。
● 完整详尽的实验指导书,源码详细注释并且完全开放方便学生学习和二次开发。
● 实验箱上的每个节点可以满足高校老师科研项目,独立开发或者组网开发。
● 实验箱紧密围绕教育部物联网工程专业培训计划教学大纲进行设计,可以满足<单片机原理与技术>、<传感器原理及应用>、、<物联网通信技术>等物联网工程专业的专业课程实验开设。

二.产品介绍

2.1 产品概述

    如图2.1所示, IOT-L02-06型开发应用实验箱由Cortex-A9平板开发板(右下角)以及围绕其的多个无线传感器节点组成。Cortex-A9开发板配备一款7寸电容屏,运行Android操作系统可以做为Android APP开发平台使用。多个无线传感器节点由节点底板、无线射频模块、传感器&执行器模块以及2.8寸电阻触屏,各个模块之间均采用插针可插拔形式设计。实验箱标配Wi-Fi,Zigbee,蓝牙3种无线射频模块,磁检测传感器模块、光敏传感器模块、红外对射传感器模块、红外反射传感器模块、酒精传感器模块、振动传感器模块、声音传感器模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、火焰传感器模块、超声波传感器等多种传感器模块。

2.2 产品实物图

  2.1 物联网开发应用实验箱

2.3 产品功能详解

    广州飞瑞敖电子科技股份有限公司 IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱紧密围绕教育部物联网工程专业培训计划教学大纲进行设计,可以满足<单片机原理与技术>、<传感器原理及应用>、传感网原理及应用>等物联网工程专业的专业课程实验开设。

2.3.1 满足<单片机原理与技术>课程实验开设

    IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱各节点配置一枚STM32型MCU可完成单片机原理与技术课程的实验开设。同时实验箱Zigbee节点的射频模块上配备有一枚TI公司的CC2530 MCU,这枚MCU也是整个无线传感网络的核心。CC2530在不搭配Z-Stack无线通信协议栈时,其功能相当于一枚8051型单片机,可以满足物联网工程专业下的<单片机原理与技术>实验课程的实验开设。与传统的单片机开发板相比,该节点(单片机板)虽然外围器件较少,但是更能体现出物联网技术中的节能低功耗的优势,所涉及实验内容更贴近于物联网工程专业学生所要学习的知识点,更适合应用于物联网工程专业<单片机原理与技术>专业课程开设。

2.3.2 满足<传感器原理及应用>课程实验开设

    IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱标准配置有磁检测传感器、光敏传感器、红外对射传感器、红外反射传感器、酒精传感器、振动传感器、声音传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器以及超声波传感器等传感器模块,传感器模块覆盖了电容式、电阻式、光敏式、气敏式四大原理类型传感器,配合实验指导书学生可以掌握常用传感器应用、会非电量与电量的转换,掌握处理、显示和传送等重要知识点。

2.3.3 满足课程实验开设

     Zigbee无线传感网原理及应用,(有学校也叫无线传感网原理及应用或者传感器微操作系统原理与设计),是物联网工程专业的一门核心专业课程,Zigbee无线通信方式的应用也是物联网工程专业学生必须要掌握的一门技术,其核心是围绕美国TI公司提供的CC2530型单片机以及满足Zigbee 2006标准的Z-Stack协议栈展开的。如图2.2所示, IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱配备有Zigbee网关节点1个以及Zigbee节点2个,配合实验指导书,可完成从CC2530单片机的使用,到基于Z-Stack协议栈的组网,以及无线传感网的最终搭建等一系列实验,由浅入深的帮助学生学习Zigbee无线传感网方面的知识和应用。

三.支撑课程及实验清单

     IOT-L02-06型物联网开发应用实验箱紧密围绕教育部物联网工程专业培训计划教学大纲进行设计,可以满足<单片机原理与技术>、<传感器原理及应用>、传感网原理及应用>等物联网工程专业的专业课程实验开设。

3.1.1 <单片机原理与技术>课程实验清单

CC2530篇
实验1 CC2530 I/O控制实验
实验2 CC2530 Timer控制实验
实验3 CC2530 Watch Dog控制实验
实验4 CC2530 Low Power控制实验
实验5 CC2530 UART控制实验
实验6 CC2530 AD控制实验
STM32篇
实验1 STM32固件库V3.5移植实验
实验2 LED灯实验
实验3 按键中断实验
实验4 定时器实验
实验5 看门狗实验
实验6 串口通信实验
实验7 ADC实验
实验8 IIC实验
实验9 TFT  LCD实验

3.1.2 <传感器原理及应用>课程实验清单

实验1 温湿度传感器实验
实验2 火焰传感器实验
实验3 磁检测传感器实验
实验4 振动传感器实验
实验5 声音传感器实验
实验6 光敏传感器实验
实验7 酒精传感器实验
实验8 烟雾检测传感器实验
实验9 红外反射传感器实验
实验10 超声波测距传感器实验

3.1.3 课程实验清单

实验1 无线点灯实验
实验2 基于Z-Stack星状组网实验
实验3 基于Z-Stack树状组网实验
实验4 基于Z-Stack的磁检测传感器实验
实验5 基于Z-Stack的光敏传感器实验
实验6 基于Z-Stack的红外对射传感器实验
实验7 基于Z-Stack的红外反射传感器实验
实验8 基于Z-Stack的火焰传感器实验
实验9 基于Z-Stack的酒精检测传感器实验
实验10 基于Z-Stack的声音传感器实验
实验11 基于Z-Stack的温湿度传感器实验
实验12 基于Z-Stack的烟雾检测传感器实验
实验13 基于Z-Stack的振动传感器实验
实验14 基于Z-Stack的超声波传感器实验

3.1.4 蓝牙通信课程实验

实验1 基于BLE协议栈LED实验
实验2 基于BLE协议栈的串口实验
实验3 基于BLE协议栈的无线点灯实验
实验4 基于BLE协议栈的串口AT命令控制实验
实验5 基于BLE协议栈的串口透传实验

3.1.5 WiFi通信课程实验

实验1  WiFi模块的使用实验

一、硬件资源

1.物联网网关
2.WiFi网关节点开发板
3.433节点开发板
4.蓝牙主机节点开发板
5.
蓝牙从机节点开发板
6.zigbee网关节点开发板
7.zigbee节点开发板
8.Ipv6节点开发板
9.传感器模块:磁检测传感器模块、光敏传感器模块、红外对射传感器模块、红外反射传感器模块、酒精传感器模块、振动传感器模块、声音传感器模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、火焰传感器模块、超声波传感器
10.
传感器模块:灯光蜂鸣器模块、直流电机模块、步进电机模块

二、软件资源

Android 4.0
交叉编译器: arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp;
Bootloader Superboot & U-Boot-1.1.6;
内核:Linux-3.0.8;
文件系统:YAFFS2/CRAFS/NFS/UBIFS/;

三、实验清单

 <单片机原理与技术>课程实验清单
CC2530篇
实验1 CC2530 I/O控制实验
实验2 CC2530 Timer控制实验
实验3 CC2530 Watch Dog控制实验
实验4 CC2530 Low Power控制实验
实验5 CC2530 UART控制实验
实验6 CC2530 AD控制实验
STM32篇
实验1 STM32固件库V3.5移植实验
实验2 LED灯实验
实验3 按键中断实验
实验4 定时器实验
实验5 看门狗实验
实验6 串口通信实验
实验7ADC实验
实验8 IIC实验
实验9 TFT LCD实验
<传感器原理及应用>课程实验清单
实验1 红外反射传感器实验
实验2 火焰传感器实验
实验3 磁检测传感器实验
实验4 振动传感器实验
实验5 声音传感器实验
实验6 光敏传感器实验
实验7 酒精传感器实验
实验8 烟雾检测传感器实验
实验9 温湿度传感器实验
实验10 超声波测距传感器实验
课程实验清单
实验1 无线点灯实验
实验2 基于Z-Stack星状组网实验
实验3 基于Z-Stack树状组网实验
实验4 基于Z-Stack的磁检测传感器实验
实验5 基于Z-Stack的光敏传感器实验
实验6 基于Z-Stack的红外对射传感器实验
实验7 基于Z-Stack的红外反射传感器实验
实验8 基于Z-Stack的火焰传感器实验
实验9 基于Z-Stack的酒精检测传感器实验
实验10 基于Z-Stack的声音传感器实验
实验11基于Z-Stack的温湿度传感器实验
实验12基于Z-Stack的烟雾检测传感器实验
实验13基于Z-Stack的振动传感器实验
实验14基于Z-Stack的超声波传感器实验
蓝牙通信课程实验清单
实验1 基于BLE协议栈LED实验
实验2 基于BLE协议栈的串口实验
实验3 基于BLE协议栈的无线点灯实验
实验4 基于BLE协议栈的串口AT命令控制实验
实验5 基于BLE协议栈的串口透传实验
WiFi通信课程实验清单
实验1  WiFi模块的使用实验