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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,高校普遍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股份有限公司开发了IOT-L02-05型物联网综合实验箱,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-L02-05型物联网综合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,同时也可满足非物联网工程专业对物联网相关技术实验设备的体验需求。物联网综合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。
该实验箱以STC单片机为核心构建多种传感器节点,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,烟雾,红外传感,光敏,火焰等多种传感技术,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,使用Zigbee、433、Wifi、蓝牙、IPV6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

● 实验箱采用纯模块化设计,单个传感器节点分为节点底板、射频模块和传感器模块三部分,各模块均采用可插拔方式,扩展性强,易维修维护升级。
● 实验箱标配WiFi、Zigbee、433MHz、蓝牙等主流局域网无线通信模块。
● 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,可独立Android App软件开发平台使用,大大增加了实验箱的实用性。
● 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。
● 完整详尽的实验指导书,并提供硬件设备原理图,应用程序源码供学生学习和二次开发。
● 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

    如下图2.1,2.2所示,广州飞瑞敖电子科技股份有限公司IOT-L02-05型物联网综合实验箱主体由嵌入式A9开发板,以及围绕嵌入式开发板的十二个节点组成。其中1-11号节点为传感器节点,12号节点为高频RFID射频识别节点。每个传感器节点又由节点底板、射频模块以及传感器模块组成。实验箱标配有Wi-Fi,Zigbee,433MHz,蓝牙,IPV6无线射频模块以及温湿度、光敏等11款传感器模块。所有节点及模块均采用牛角座可插拔式设计,方便老师学生实验。随箱附送物联网综合实验想配套光盘包含实验指导书、实验源代码、电路原理图、应用软件等丰富实验资源。

2.2 产品示意图

图2.1 广州飞瑞敖电子科技股份有限公司IOT-L02-05型物联网综合实验箱
图2.2 物联网综合实验箱标示图

2.3 产品功能详解

    广州飞瑞敖电子科技股份有限公司IOT-L02-05型物联网综合实验箱可满足物联网工程专业<单片机原理与技术><传感器原理与应用>、<Zigbee无线传感网原理与应用>以及<物联网通信技术>等专业课程的实验开设。

2.3.1 满足<单片机原理与技术>课程实验开设

    如图2.2所示的IOT-L02-05型物联网综合实验箱的WiFi传感器节点和433MHz传感器节点的节点底板上板载一枚STC12C5A16S2型51单片机,用于进行传感器数据采集,传感器数据处理以及数据发送。5,6,7号Zigbee节点的射频模块上配备有一枚TI公司的CC2530 MCU,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,与传统的单片机开发板相比,该节点底板(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-L02-05型物联网综合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共计11款传感器模块,11种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标准的Z-Stack协议栈展开的。如图2.2所示,IOT-L02-05型物联网综合实验箱配备有Zigbee协调器节点1个以及Zigbee传感器节点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。

2.3.4 满足<物联网通信技术>课程实验开设

   除了2.3.3节提到Zigbee无线通信技术,Wi-Fi,433MHz,蓝牙,IPV6这几种无线通信技术也在物联网技术所涉及的行业中有着广泛的应用。如图2.2所示,物联网综合实验箱配备有Wi-Fi传感器节点,433MHz传感器节点,蓝牙传感器节点,IPV6传感器节点,结合实验指导书,学生将学习到如何使用这两种无线通信方式进行传感器数据的无线采集。

2.4 主要模块介绍

2.4.1 嵌入式A9开发板

    嵌入式A9开发板采用10层板沉金工艺、布局、布线设计,主控芯片:ARM Cortex-A9架构,四核,主频1.2GHZ,2GB DDR3,8GB eMMC;操作系统:支持Android 4.3、Linux 3.0、Ubuntu 12;USB接口:支持4路USB;1路USB OTG,带过流保护电路;音频接口:工业级声卡芯片,支持麦克风录音,支持插入检测功能,支持LINE_IN、LINE_OUT以及3G打电话功能;以太网接口:工业级千兆网卡芯片;硬盘接口:2.5Gbps SATA II接口;显示接口:1路24bit LCD (支持电阻电容屏),并支持1920x1080P全高清。
图2.3 嵌入式A9开发板

2.4.2 Wi-Fi传感器节点

如图2.4所示为实验箱上的Wi-Fi温湿度传感器节点,有WiFi模块、温湿度模块以及节点底板三部分组成,所有模块均采用可插拔方式设计,扩展性强,易维护维修。
图2.4 Wi-Fi温湿度传感器节点
 

三、支撑课程及实验清单

3.1支撑课程及实验清单

    IOT-L02-05物联网综合实验箱满足物联网工程专业<单片机原理与技术><传感器原理与应用>、<Zigbee无线传感网原理与应用>以及<物联网通信技术>等专业课程的实验需求。

3.2 <单片机原理与技术>课程实验

实验1 STC单片机IO口准双向输出实验
实验2 STC单片机定时器实验
实验3 STC单片机串口通信实验
实验4 STC单片机掉电保存实验
实验5 STC单片机ADC转换实验
实验6 CC2530 单片机LED控制实验
实验7 CC2530 单片机按键控制实验
实验8 CC2530 单片机外部中断实验
实验9 CC2530 单片机定时器实验
实验10 CC2530 单片机串口实验
实验11 CC2530 单片机看门狗实验
实验12 CC2530 单片机能源管理实验

3.3 <传感器原理与应用>课程实验

实验1 酒精传感器实验
实验2 红外对射传感器实验
实验3 红外反射传感器实验
实验4 磁控传感器实验
实验5 烟雾检测传感器实验
实验6 声音传感器实验
实验7 光敏传感器实验
实验8 温湿度传感器实验
实验9 火焰传感器实验
实验10 振动传感器实验
实验11 超声波测距传感器实验
实验12 高频RFID模块的使用

3.4 课程实验

实验1 基于ZStack的LED控制实验
实验2 基于ZStack的串口实验
实验3 基于ZStack的按键实验
实验4 BasicRF点对点通信实验
实验5 ZStack点播通信实验
实验6 ZStack组播通信实验
实验7 ZStack广播通信实验
实验8 ZStack星状组网实验
实验9 CC2530 红外反射传感器实验
实验10 CC2530 红外对射传感器实验
实验11 CC2530 光敏传感器实验
实验12 CC2530 温湿度传感器实验

3.5 <物联网通信技术>课程实验

实验1 433MHz无线通信实验
实验2 WiFi模块的使用
实验3 基于BLE协议栈LED实验
实验4 基于BLE协议栈的串口实验
实验5基于BLE协议栈的无线点灯实验
实验6 基于BLE协议栈的串口AT命令控制实验
实验7 基于BLE协议栈的串口透传实验
实验8  IPV6通信实验

一、硬件资源

1、物联网网关
2、433MHz节点
3、Zigbee协调器
4、Zigbee节点
5、IPV6节点
6、WiFi节点
7、RFID高频节点
8、蓝牙节点
9.传感器模块
10、执行器模块

二、软件资源

配套实验指导书光盘资料