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一、产品简介

1.1 产品设计背景

    物联网技术本身是一个多学科多技术的综合技术,物联网工程专业也是一个融合了硬件、软件、通信等诸多技术相结合的专业,市面上用于物联网工程专业实验室建设的实验设备玲琅满目,种类繁多。经过对多个高校的物联网工程专业老师进行调研调查,很多老师反应在教学和实验当中,市面上常见的物联网教学设备往往在以下两点上都存在明显不足:
    第一,重软件编写轻硬件设计。市面上常见的物联网实验箱实训台类的教学设备,往往把教学重点放在应用程序或者嵌入式程序的编写上,忽略了硬件电路设计、电路焊接这些基本技能的教学实验,虽然传统的电子电路实验室可以满足以上知识点的学习,却又和物联网技术关系不大。
    第二,学生无法理解“协议”概念。物联网即世界万物通过各种通信技术相连,通信技术是物联网技术的核心,而通信协议又是通信技术的核心。但是“协议”这个看不见摸不到的东西到底是什么?如何体现的呢?在物联网通信相关课程中会讲到WiFi通信,Zigbee通信,蓝牙通信都多种通信协议,但是这些通信协议动辄十几万几十万行的代码,如何去教学,如何去实验?如何让学生理解“协议”这两个字的本质?一直是困扰老师和学生的问题。

1.2 产品设计目标

    为了解决以上两个问题,广州飞瑞敖电子科技有限公司设计研发了IOT-S01-09型无线ModBus实训套件为教师和学生提供了一整套从硬件电路设计、动手焊接、设备调试工到代码编写完全自主进行的实训产品。系统基于433M无线数传模块和无线ModBus协议,让学习者对无线网络搭建和无线网络通信协议有一个清晰的概念。无线ModBus实训套件即可完成单片机、433M无线通信、ModBus协议数据帧格式等相关实验,非常适合与物联网综合应用设计等相关课程的实验开设。

1.3 产品创新点

● 精心设计的实验内容:物联网工程专业本身是一个硬件、软件、通信等诸多技术相结合的专业,针对现在学生在学习过程中普遍存在的重软轻硬的现象,无线ModBus实训套件可以让学生用配套的电子元器件、PCB电路板根据实验指导书一步步地完成ModBus主机和ModBus从机两个电子设备的软硬件综合设计,从而实现对无线通信、ModBu协议以及物联网技术的充分学习。实验系统改变了传统的理念教学加简单验证实验的教学模式,让学习者深入了解技术细节,剖析技术原理;实验过程充分调动了学习者的思想,培养了学习者的动手能力,提高了学习者的学习兴趣;实验过程与实际结合紧密,从实际职业需求出发,让学习者可以提前感受实际的工作,进一步明确了学习目的,提升了学习效率;
●多接口数据转发功能:IOT-S01-09型无线ModBus实训套件最终搭建起来的网络拓扑结构(数据流向)灵活多变。ModBus从机上的温湿度传感器采集环境中的温湿度数据通过433MHz无线方式传递给Modbus主机,主机从自身的433MHz接口处获取数据将其通过WiFi转发至上位机。还可通过调节ModBus主机上的“通信选择开关”可以实现RS232、WiFi模块以及433MHz模块的两两间数据通信;
● 训练硬件电路设计及焊接技能:由资深硬件工程师编写的实验“电路原理图介绍及电路板焊接实验”手把手的告诉用户电路设计和实物焊接当中需要的注意事项,能够显著提高学生该方面的能力;
● 开放性,可拓展性设计:实验系统可作为老师和学生的科研实践设备,提供所有实验源程序,对学生与老师都具有很好的参考价值,可以进一步拓展系统完成些复杂的功能和实际工程应用,可联合物联网工程信息平台完成物联网三层架构的整体实验;
● 配套丰富的软件调试工具与资料: 官方单片机开发平台,MODBUS协议分析,串口通信观察器,还有各芯片详细的资料与开发文档;

二、产品介绍

2.1 产品概述

    如图2.1所示,无线ModBus实训套件由样品主机PCBA、样品从机PCBA、PCB板以及元器件组成。学生根据实验指导书内所讲内容,首先依照样品PCBA的样式,在PCB上动手焊接元器件并测试,之后继续根据实验指导书介绍内容,完成ModBus协议程序在主机和从机上的编写和移植。

2.2 产品实物图

如图2.1所示

2.3 产品功能详解

    实训套件涵盖了硬件电路的焊接、主流单片机(STC单片机)的基本操作(I/O操作,ADC数据读取,定时器,串行通信的等编程)、433MHz无线芯片CC1101的基本操作、WiFi通信模块的使用与设置、温湿度传感器的数据读取、ModBus协议的学习与应用等实验内容,从各方面提高学习者的能力。可以作为《物联网技术》《单片机原理与应用》《工业控制网络技术》《传感器技术》等课程的实验装备。
2.4 主要模块介绍

无线ModBus实训套件--主机模块整装图

无线ModBus实训套件---从机模块整装图

三、支撑课程及实验清单

    实训套件涵盖了硬件电路的焊接、主流单片机(STC单片机)的基本操作(I/O操作,ADC数据读取,定时器,串行通信的等编程)、433MHz无线芯片CC1101的基本操作、WiFi通信模块的使用与设置、温湿度传感器的数据读取、ModBus协议的学习与应用等实验内容,从各方面提高学习者的能力。可以作为《物联网技术》《单片机原理与应用》《工业控制网络技术》《传感器技术》等课程的实验装备。

主要实验如下

实验1 电路原理图介绍及电路板焊接实验
实验2 IO口准双向输出实验
实验3 定时器实验
实验4 串口通信实验
实验5 ADC转换实验
实验6 433MHz无线通信实验
实验7 WiFi--UART数据传输实验
实验8 无线ModBus指令实验
1.无线ModBus主机节点
2.无线ModBus从机节点
3.WiFi模块
4.433无线数传模块
5.PCB及元器件

二、实验内容

实验1 电路原理图介绍及电路板焊接实验
实验2 IO口准双向输出实验
实验3 定时器实验
实验4 串口通信实验
实验5 ADC转换实验
实验6 433MHz无线通信实验
实验7 WiFi--UART数据传输实验
实验8 无线ModBus指令实验