CN105118357A - 一种教学用物联网实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种教学用物联网实验箱，它包括实验箱体，在实验箱体内安装有处理器、传感器模块、执行机构、监控终端、通信模块、电源模块，所述传感器模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连，所述执行机构与处理器相连，用于执行实验对象的动作；所述处理器与固定式监控终端相连，与移动式监控终端通过通信模块相连，用于人机互动。本发明非常适合刚入门的新手进行物联网相关知识进行学习，并能够根据实际的教学实验目的，模拟出相应物联网应用实例，具有良好的操作性和实用性。同时还设置有循迹机器人与其搭配使用，可以有效提高学生的学习能力与动手能力，大大增加学生的兴趣，具有良好的实用性。

Description

一种教学用物联网实验箱

技术领域

本发明涉及一种教学用物联网实验箱。

背景技术

物联网指的是物联网指的是将无处不在(Ubiquitous)的末端设备(Devices)和设施(Facilities)，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产(Assets)、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”(Mote)，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(GrandIntegration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网(Intranet)、专网(Extranet)、和/或互联网(Internet)环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中展示的CockpitDashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

物联网是信息与通信技术的目标从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，而万物的连接就形成了物联网，它是对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。物联网(InternetofThings)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是：“TheInternetofthings”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

随着物联网的普及，全国很多高校建立了专门的“物联网”学院或专业，用于从事“物联网”的教学和研究。目前，在高校尚无专门的物联网实验室，学生不能切身体验物联网的性能，因此，开发一种教学用的物联网实验箱很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能让学生切身体验物联网性能的教学用物联网实验箱。

本发明所采用的技术方案为：一种教学用物联网实验箱，它包括实验箱体，在实验箱体内安装有处理器、传感器模块、执行机构、监控终端、通信模块、电源模块，所述传感器模块用于采集实验参数，所述传感器模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连，所述执行机构与处理器相连，用于执行实验对象的动作；所述监控终端包括固定式监控终端或/和移动式监控终端，所述处理器与固定式监控终端相连，与移动式监控终端通过通信模块相连，用于人机互动。

按上述技术方案，在实验箱体内还配置有循迹机器人；所述循迹机器人包括机器人控制器、机器人传感器模块、机器人无线通信模块。

按上述技术方案，所述传感器模块为红外传感器、烟雾传感器、雨滴检测传感器、加速度传感器、GPS传感器、温度传感器、超声波传感中的一种或几种，所述执行机构包括舵机、步进电机、直流电机。

按上述技术方案，所述通信模块为蓝牙、WIFI、ZigBee通信模块中的一种或几种。

按上述技术方案，所述固定式监控终端为LCD液晶显示模块。

按上述技术方案，所述移动式监控终端为手机或PC机或平板电脑。

按上述技术方案，所述循迹机器人包括车架，车架上设有左右两个驱动步进电机、右驱动轮、左驱动轮、前万向轮、后万向轮、电源，所述机器人传感器模块包括设置在车架上的多个光电循迹传感器、红外复眼传感器、指南针，所述机器人控制器包括机器人处理器、步进电机驱动模块。

本发明所取得的有益效果为：

1)本发明非常适合刚入门的新手进行物联网相关知识进行学习，并能够根据实际的教学实验目的，模拟出相应物联网应用实例，具有良好的操作性和实用性；

2)本发明设计的物联网应用教学实验箱在实际应用过程中，针对其中的处理器，可以加载基于Arduino开发平台的硬件编程环境，能够有效模拟出各类系统与物联网相结合的场景，能够为物联网的实际应用提供完备的实验基础；

3)本实验箱还设置循迹机器人与其搭配使用，可以有效提高学生的学习能力与动手能力，大大增加学生的兴趣，具有良好的实用性。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明中循迹机器人的机构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图所示，本实施例提供了一种教学用物联网实验箱，它包括实验箱体1，在实验箱体内安装有处理器、传感器模块、执行机构、监控终端、通信模块、电源模块，所述传感器模块用于采集实验参数，所述传感器模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连，所述执行机构与处理器相连，用于执行实验对象的动作；所述监控终端包括固定式终端或/和移动式终端，所述处理器与固定式终端相连，与移动式终端通过通信模块相连，用于人机互动。

本实施例中，所述处理器为采用ATMEAG公司的单片机Atmega328作为核心处理器，其可用于Arduino开发平台的硬件编程环境，非常适合刚入门的新手进行物联网相关知识的学习，具有良好的操作性和实用性。所述传感器模块为红外传感器、烟雾传感器、雨滴检测传感器、加速度传感器、GPS传感器、温度传感器、超声波传感中的一种或几种。学习者根据不同的实验选择不同种类的传感器进行实验。其中，执行机构用于执行动作，其包括包括舵机、步进电机、直流电机或其它的执行电路，完成对应实验对象的动作执行。所述通信模块为蓝牙、WIFI、ZigBee通信模块中的一种或几种，多种通讯方式混合使用，可以方便学习者的使用，增加学习者对无线通信的理解。固定式终端为LCD液晶屏，移动式终端为手机、PC机及平板电脑。电源模块用于保障整个实验箱内系统的正常供电，其设有5V和3.3V两种电压5V用于处理器、传感器模块和执行机构等供电，3.3V为无线通信模块供电，通过电源模块，可以保障实验箱的正常运行。

实验箱中处理器使用无线通信模块将处理好的数据传递到移动式监控终端进行显示与管理(或传递到云平台进行统一的显示与管理)，其中，监控终端可以为设置在实验箱体上的LCD液晶显示模块，也可以为我们平常用的移动手机或电脑或平板，监控终端可以反向将控制指令通过无线通信部分3传递处理器，由处理器控制执行机构动作。

例如本发明中物联网实验板上的雨滴检测传感器，用于检测是否下雨及雨量的大小，广泛用于汽车自动刮水系统和智能天窗系统中。在汽车自动刮水系统中，执行机构为刮水器电动机，当雨滴检测传感器检测出雨量实时雨量，并利用处理器将检测出的信号进行变换，根据变换后的信号自动地按雨量设定刮水器电机工作间歇时间，增加能量的有效利用；在智能天窗系统中，雨滴检测传感器一旦检测到下雨，会自动控制天窗电动机启动，从而关闭天窗，提高驾驶的舒适性。除此之外，本物联网实验板上的其他传感器也诸多应用，例如光敏传感器，在汽车智能灯光系统中，利用物联网实验板上的光敏模块，实时检测车辆行驶环境明亮程度，当行驶环境较暗时，减小汽车灯光供电电流，减少亮度，反之则增大电流，增加亮度，使汽车达到最安全的驾驶模式，提高车辆在恶劣环境下行驶的安全性；比如实验箱中的一氧化碳传感器，当传感器检测到室内环境中的一氧化碳浓度过高时，利用处理器将检测到的信号进行处理，然后控制窗户电动机动作，使窗户开启以降低室内一氧化碳浓度(实验箱内仅仅通过电动机执行动作进行模拟开窗动作)。

本发明为增加学生学习的积极性与趣味性，使用循迹机器人作为学习的载体，学生通过物联网学习基础实验板了解了物联网相关基础知识以后，就可以通过本发明中的循迹机器人，根据不同的需求，搭建自己的物联网机器人，使用灵活，同时可以大大增加学生学习的积极性和效率。所述循迹机器人包括车架9，车架9上设有左右两个驱动步进电机5、右驱动轮4、左驱动轮8、前万向轮2、后万向轮7、电源3、机器人控制器、机器人传感器模块6、机器人无线通信模块，所述机器人传感器模块包括设置在车架上的多个光电循迹传感器、红外复眼传感器、指南针,其中光电循迹传感器主要在机器人进行巡线实验室时使用，通过该传感器可以让机器人按一定的路线行走，完成一些特点的操作；红外复眼传感器主要帮助机器人获取外界环境是否有火源，当在进行灭火机器人实验时，可以通过红外复眼对火源进行定位；指南针主要为机器人运动是方向进行参照，方便机器人在环境中进行定位，保证机器人运动具有正确的方向性。循迹机器人可根据条件选配其实验环境(实验环境可在实验箱体外设置)，例如现在安卓智能设备越来越多，我们就可以利用循迹机器人的无线通信模块(例如蓝牙模块)，与安卓手机进行通信，获取手机的重力加速度数据，通过手机的重力加速度控制循迹机器人的运动状态(即通过机器人控制器控制左右两个驱动步进电机运动)，当遇到障碍物时，通过光电循迹传感器反馈给机器人控制器，再由机器人控制器控制左右两个驱动步进电机实现壁障。

Claims (7)

1.一种教学用物联网实验箱，其特征在于：它包括实验箱体，在实验箱体内安装有处理器、传感器模块、执行机构、监控终端、通信模块、电源模块，所述传感器模块用于采集实验参数，所述传感器模块的信号输出端与处理器的信号输入端相连，所述执行机构与处理器相连，用于执行实验对象的动作；所述监控终端包括固定式监控终端或/和移动式监控终端，所述处理器与固定式监控终端相连，与移动式监控终端通过通信模块相连，用于人机互动。

2.根据权利要求1所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：在实验箱体内还配置有循迹机器人；所述循迹机器人包括机器人控制器、机器人传感器模块、机器人无线通信模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：所述传感器模块为红外传感器、烟雾传感器、雨滴检测传感器、加速度传感器、GPS传感器、温度传感器、超声波传感中的一种或几种，所述执行机构包括舵机、步进电机、直流电机。

4.根据权利要求1或2所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：所述通信模块为蓝牙、WIFI、ZigBee通信模块中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：所述固定式监控终端为LCD液晶显示模块。

6.根据权利要求1或2所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：所述移动式监控终端为手机或PC机或平板电脑。

7.根据权利要求2所述的一种教学用物联网实验箱，其特征在于：所述循迹机器人包括车架，车架上设有左右两个驱动步进电机、右驱动轮、左驱动轮、前万向轮、后万向轮、电源，所述机器人传感器模块包括设置在车架上的多个光电循迹传感器、红外复眼传感器、指南针，所述机器人控制器包括机器人处理器、步进电机驱动模块。