CN103165005B - 物联网工程教学开放实验平台 - Google Patents

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安海龙
普剑
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Abstract

本发明公开了一种物联网工程教学开放实验平台，包括相互通信连接的第一、二、三模块，第一模块包括嵌入式无线网关和分别与其传信连接的WIFI模块、ZigBee协调器、3G模块和图像传感器，第二模块包括微控制器A和分别与其传信连接的温湿度传感器、温度传感器、振动传感器、红外传感器、光敏模块、步进电机、通用编辑接口A和ZigBee模块A，第三模块包括微控制器B和分别与其传信连接的通用编程接口B、ZigBee模块B、FRID模块、12864液晶显示器和矩阵键盘。该物联网工程教学开放实验平台将各个实验节点集成在同一平台内，并针对本科生教学做了针对设计，解决了从基础教学到专业教学再到教学研发等各个阶段的实验需求，增加了对基础实验环节的扩展，实现了对物联网工程专业教学实践环节的无缝支持。<!--1-->

Description

物联网工程教学开放实验平台
技术领域
本发明属于物联网技术领域，具体的说是涉及一种物联网工程教学开放实验平台。
背景技术
当前全国各大高等院校分别陆续开设物联网工程专业，在高校物联网建设过程中，除了需要大量高水平的师资还需要建设专业的物联网实验室。建设物联网实验室对实验设备的数量和质量上都有很大的需求。但是，目前现存的物联网实验设备大多采用模块分离设计，非常不利于本科生实验室的管理；大部分实验设备针对性较强（只针对某一项技术或应用而设计），不适用于本科生的教学实验；对基础教学支持较弱，不能满足物联网基础课程的实践需求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种物联网工程教学开放实验平台，能够满足本科生的教学实验，适应本科生物联网课程的实践需求。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种物联网工程教学开放实验平台，包括相互通信连接的第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块包括嵌入式无线网关和分别与该嵌入式无线网关传信连接的WIFI模块、ZigBee协调器、3G模块和图像传感器，所述第二模块包括微控制器A和分别与该微控制器A传信连接的温湿度传感器、温度传感器、振动传感器、红外传感器、光敏模块、步进电机、通用编辑接口A和ZigBee模块A，所述第三模块包括微控制器B和分别与该微控制器B传信连接的通用编程接口B、ZigBee模块B、FRID模块、12864液晶显示器和矩阵键盘。
作为本发明的进一步改进，所述WIFI模块、3G模块和图像传感器分别通过USB2.0总线与所述嵌入式无线网关传信连接，所述ZigBee协调器与所述嵌入式无线网关通过RS232通用串行总线进行通信。
作为本发明的进一步改进，所述图像传感器支持JPEG压缩和可变分辨率采集。
作为本发明的进一步改进，所述振动传感器、红外传感器、光敏模块和步进电机与所述微控制器A通过I/O接口进行数据传输，所述ZigBee模块A与所述微控制器A通过通用串行总线进行数据传输，所述温湿度传感器与所述微控制器A通过单总线进行数据传输，所述温度传感器与所述微控制器A通过TWI总线进行数据传输。
作为本发明的进一步改进，所述矩阵键盘与所述微控制器B通过通用I/O接口进行数据传输，所述12864液晶显示器与所述微控制器B通过8位并行数据总线进行数据传输，所述FRID模块与所述微控制器B通过SPI串行总线进行数据传输，所述ZigBee模块B与所述微控制器B通过通用串行接口进行数据传输。
本发明的有益效果是：该物联网工程教学开放实验平台将各个实验节点集成在同一平台内，并针对本科生教学做了针对性设计，解决了从基础教学到专业教学再到教学研发等各个阶段的实验需求，增加了对基础实验环节的扩展，实现了对物联网工程专业教学实践环节的无缝支持。
附图说明
图1为本发明模块结构示意图。
结合附图，作以下说明：
1——嵌入式无线网关        2——WIFI模块
3——ZigBee协调器          4——3G模块
5——温湿度传感器           6——通用编辑接口A
7——ZigBee模块A           8——ZigBee模块B
9——通用编程接口B         10——温度传感器
11——微控制器A            12——步进电机
13——FRID模块             14——微控制器B
15——振动传感器            16——红外传感器
17——光敏模块             18——12864液晶显示器
19——矩阵键盘              20——图像传感器
101——第一模块             102——第二模块
103——第三模块
具体实施方式
结合附图，对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。
如图1所示，为一种物联网工程教学开放实验平台的模块结构示意图，包括相互通信连接的第一模块101、第二模块102和第三模块103，第一模块101包括嵌入式无线网关1和分别与该嵌入式无线网关传信连接的WIFI模块2、ZigBee协调器3、3G模块4和图像传感器20，第二模块102包括微控制器A11和分别与该微控制器A传信连接的温湿度传感器5、温度传感器10、振动传感器15、红外传感器16、光敏模块17、步进电机12、通用编辑接口A6和ZigBee模块A7，第三模块103包括微控制器B14和分别与该微控制器B传信连接的通用编程接口B9、ZigBee模块B8、FRID模块13、12864液晶显示器18和矩阵键盘19。
其中，嵌入式无线网关1采用ARM11处理器配合嵌入式Linux操作系统，通过RS232串行总线与ZigBee协调器3进行连接，用于收发由微控制器传来的传感器数据。WIFI模块2、3G模块4和图像传感器20分别通过USB2.0总线与嵌入式无线网关1传信连接，WIFI模块2支持标准IEEE 802.11g和IEEE 802.11b，图像传感器20支持JPEG压缩和可变分辨率采集，3G模块支持WCDMA，主要用于接入3G网络。ZigBee协调器3，主芯片采用TICC2530F256，256K Flash，无线频率2.4GHz，支持无线协议ZigBee2007，可视传输距离1.6km（使用2dBi增益全向天线），通过RS232通用串行总线与嵌入式无线网关1进行通信连接，主要负责嵌入式无线网关1与微控制器进行通信。
所述振动传感器15、红外传感器16、光敏模块17和步进电机12与微控制器A11通过I/O接口进行数据传输， ZigBee模块A7与微控制器A11通过通用串行总线进行数据传输，温湿度传感器5与微控制器A11通过单总线进行数据传输，温度传感器10与微控制器A11通过TWI总线进行数据传输。
所述矩阵键盘19与微控制器B14通过通用I/O接口进行数据传输，12864液晶显示器18与微控制器B14通过8位并行数据总线进行数据传输，FRID模块13采用基于RC522芯片的高频（13.56MHZ）读卡器模块，通过SPI串行总线与微控制器B14进行数据传输，主要用于RFID相关实验，ZigBee模块B8与微控制器B14通过通用串行接口进行数据传输。
上述三个部分可以根据实验需求既可以单独工作也可以相互之间自由组合。第一模块可以单独完成如下实验任务：
ARM体系结构与编程实验一：
通用IO接口实验
ARM中断系统实验
定时器/计数器实验
Flash读写实验
SDcard读写实验
串行通信总线实验
ARM体系结构与编程实验二：
交叉编译环境搭建
嵌入式Linux操作系统裁剪移植
嵌入式WinCE操作系统裁剪移植
Android系统移植
嵌入式Web Server移植
Wifi通信实验
GSM/3G通信实验
图像采集实验
嵌入式Web服务器实验
驱动开发实验：
驱动认知实验
简单I/O接口设备驱动
通用USART串行总线驱动实验
字符设备驱动实验
块设备驱动实验
第二模块和第三模块可以完成如下实验：
微控制器实验：
通用I/O控制实验
定时器/计数器实验
看门狗定时器实验
中断实验
通用串行总线控制实验
EEPROM数据持久化实验
Flash程序空间读写实验
数字电子时钟设计与实现
数字万年历设计与实现
数字频率发生器设计与实现
传感器及反向控制实验
数字温度检测实验
数字湿度检测实验
振动检测实验
红外热源检测实验
光线检测实验
步进微控电机控制实验
智能窗帘控制实验
RFID实验：
RFID认知实验
RC522读卡器配置实验
Mifare卡注册激活
Mifare卡读写实验
Mifare卡加密/解密
防碰撞实验
Zigbee实验：
CC2530基础实验
Zigbee信道控制实验
Zigbee自动组网实验
Zigbee网络路由设计实验
Zigbee2007协议栈应用实验
无线数据收发实验
AES加密与解密实验
Flash读写实验
物联网综合实验
嵌入式网络视频监控系统设计与实现
嵌入式Web Server设计与实现
嵌入式Linux shell的设计与实现
多功能智能窗帘控制系统的设计与实现
杰普物联网综合环境监测系统的设计与实现
杰普智能家居系统的设计与实现
除了上述针对不同课程的实验以外，物联网工程教学开放实验平台还可以完成对实际应用场景的模拟，能够在环境监控、智能家居、智能农业等方面实现良好实验室模拟系统。另外，物联网工程教学开放实验平台还配备专业的教学软件及其相关教程，并且完全开放实例和应用软件代码。

Claims (1)

1.一种物联网工程教学开放实验平台，其特征在于：包括相互通信连接的第一模块(101)、第二模块(102)和第三模块(103)，所述第一模块包括嵌入式无线网关(1)和分别与该嵌入式无线网关传信连接的WIFI模块(2)、ZigBee协调器(3)、3G模块(4)和图像传感器(20)，所述第二模块包括微控制器A(11)和分别与该微控制器A传信连接的温湿度传感器(5)、温度传感器(10)、振动传感器(15)、红外传感器(16)、光敏模块(17)、步进电机(12)、通用编辑接口A(6)和ZigBee模块A(7)，所述第三模块包括微控制器B(14)和分别与该微控制器B传信连接的通用编程接口B(9)、ZigBee模块B(8)、FRID模块(13)、12864液晶显示器(18)和矩阵键盘(19)；
所述WIFI模块(2)、3G模块(4)和图像传感器(20)分别通过USB2.0总线与所述嵌入式无线网关(1)传信连接，所述ZigBee协调器(3)与所述嵌入式无线网关(1)通过RS232通用串行总线进行通信；
所述图像传感器(20)支持JPEG压缩和可变分辨率采集；
所述振动传感器(15)、红外传感器(16)、光敏模块(17)和步进电机(12)与所述微控制器A(11)通过I/O接口进行数据传输，所述ZigBee模块A(7)与所述微控制器A(11)通过通用串行总线进行数据传输，所述温湿度传感器(5)与所述微控制器A(11)通过单总线进行数据传输，所述温度传感器(10)与所述微控制器A(11)通过TWI总线进行数据传输；
所述矩阵键盘(19)与所述微控制器B(14)通过通用I/O接口进行数据传输，所述12864液晶显示器(18)与所述微控制器B(14)通过8位并行数据总线进行数据传输，所述FRID模块(13)与所述微控制器B(14)通过SPI串行总线进行数据传输，所述ZigBee模块B(8)与所述微控制器B(14)通过通用串行接口进行数据传输。
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