CN109841121A - 教学用物联网的实训箱 - Google Patents

Abstract

一种教学用物联网的实训箱，包括箱体、箱体电路板、箱体盖板、盖体、盖体电路板、盖体盖板、主开发模块、次开发模块、转接模块及控制模块，所述主开发模块、次开发模块、转接模块以可拆卸的方式安装在箱体盖板上且分别与箱体电路板电气连接，控制模块设在箱体电路板上，主开发模块、次开发模块及转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与控制模块电气连接，转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与主开发模块和次开发模块电气连接；所述盖体与箱体活动连接，盖体电路板与箱体电路板电气连接，盖体电路板上电气连接若干次开发模块，盖体电路板上的次开发模块通过与箱体电路板的电气连接完成与主开发模块、控制模块及转接模块的电气连接。

Description

教学用物联网的实训箱

技术领域

本发明涉及教学实训系统技术领域，更确切地说涉及一种教学用物联网的实训箱。

背景技术

随着智能技术发展，智能物联网技术在各个领域的应用日渐成熟。比如智能家居技术领域，智能家居通过物联网技术将家中的各种设备，如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与传统家居相比，智能家居不仅具有传统的通用功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。

目前，智能物联网市场蓬勃发展，各类人才较为紧缺，为了满足市场的需求，各类中高职院校也纷纷开设相关课程。然而，目前教学用物联网的实训箱还存在以下问题：(1)实训时，开发用单片机模块和被开发模块之间的连接是人工接线的方式，这种方式耗时耗力，效率低下，而且反复接线也会导致接线损坏或者信号不良等问题，一方面直接影响实训课的进行的效果，另一方面也增加了实训系统的使用成本；(2)在需要进行信号等检测时，需要用万用表的探针接触细小的芯片引脚进行测试，由于芯片引脚太小很难快速精准的进行测试，这同样降低了实训的效率，另外反复用万用表的探针接触细小的芯片引脚也会引起芯片引脚信号的稳定性问题，严重时会导致芯片损坏。因此需要提供一种全新的实训箱，以满足物联网教学的实际需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有教学用物联网的实训系统的缺陷，提供一种使用方便、性能稳定、实训效率高且使用成本低的教学用物联网的实训箱。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种教学用物联网的实训箱，包括箱体、箱体电路板、箱体盖板、盖体、盖体电路板、盖体盖板、主开发模块、次开发模块、转接模块及控制模块，所述箱体电路板固定在所述箱体内，所述箱体盖板设置在所述箱体电路板上方并将所述箱体电路板围合在所述箱体内，所述主开发模块、次开发模块、转接模块以可方便拆卸的方式安装在所述箱体盖板上且分别与所述箱体电路板电气连接，所述控制模块设在所述箱体电路板上，所述主开发模块、次开发模块及转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与所述控制模块电气连接，所述转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与所述主开发模块和次开发模块电气连接；所述盖体与箱体活动连接，所述盖体电路板固定在所述盖体内，所述盖体电路板上方设置盖体盖板，所述盖体盖板将所述盖体电路板围合在所述盖体内，所述盖体电路板与所述箱体电路板电气连接，所述盖体电路板上电气连接若干所述次开发模块，所述次开发模块以可方便拆卸的方式安装在所述盖体盖板上，所述盖体电路板上的次开发模块通过与箱体电路板的电气连接完成与所述主开发模块、控制模块及转接模块的电气连接。

进一步地，所述主开发模块包括主开发模块电路板及安装在主开发模块电路板上的单片机，所述主开发电路板上设有用于与箱体电路板电气连接的电气接口，所述主开发模块通过所述设置在主开发电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接。

进一步地，所述主开发模块还包括与所述单片机电气连接的显示器和USB接口，所述显示器和USB均设置在所述主开发模块电路板上。

进一步地，所述单片机为51系列单片机或者430系列单片机。

进一步地，所述次开发模块包括次开发模块电路板及安装在所述次开发模块电路板上的功能模块，所述次开发模块电路板通过设置在所述次开发电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接。

进一步地，所述功能模块为Zigbee模块、声控模块、指纹识别组件、3G模块、光照温湿度探测模块、显示模块、GPRS模块、4G模块、人体红外探测模块、燃气探测模块、RFID射频识别模块、直流电机驱动模块、烟雾探测模块、步进电机驱动模块中的一种或多种。

进一步地，所述次开发模块通过电路布线分别与所述转接模块电气连接。

进一步地，所述转接模块包括转接模块电路板及设置其上的电气接口和测试接口，所述转接模块电路板通过设置在所述转接模块电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接，所述测试接口与电气接口电气连接。

进一步地，所述测试接口设置在所述转接模块电路板上便于测试的位置上。

进一步地，所述电气接口设置在所述转接模块电路板朝向箱体电路板的一侧，所述测试接口设置在相对的另一侧。

进一步地，设置在所述转接模块上的电气接口和测试接口均为三个，所述三个电气接口中一个电气接口通过控制模块的电气布线与次开发模块电气连接，其余二个电气接口通过控制模块的电气布线分别与主开发模块电气连接。

进一步地，所述电气接口为弹性排针，所述测试接口为测试排针，所述测试排针的高度均大于弹性排针与转接模块电路板的焊接高度，所述测试排针上每一根针对应主开发模块或次开发模块上的一个线路焊接点。

进一步地，所述控制模块包括控制模块处理器及分别与所述控制模块处理器电气连接的音频输入组件、音频输出组件及电源管理组件。

进一步地，所述音频输入组件包括一音频识别处理器以及和音频识别处理器电气连接的麦克风，所述音频识别处理器与所述控制模块处理器电气连接。

进一步地，所述音频输出组件包括一音频输出处理器、与所述音频输出处理器电气连接的扬声器。

进一步地，所述音频输出组件还包括一音频放大器，该音频放大器的一端与所述音频输出处理器电气连接，另一端和所述扬声器电气连接。

进一步地，所述控制模块还包括指纹识别组件，所述指纹识别组件与所述控制模块处理器电气连接。

与现有技术相比，本发明教学用物联网的实训箱通过设置转接模块，通过电气布线将所有的次开发模块分别与转接模块连接，从而克服了现有实训系统中人工接线带来效率低下问题，提高了实训系统的操作效率，也避免了接线损坏或者因此导致的信号不良问题，提高了整个实训系统的稳定性并降低了系统使用的成本；另外通过在转接模块引入测试接口，在需要进行信号等检测时，将万用表的探针直接接触测试接口进行测试，这不但提高了实训的效率，也避免了反复用万用表的探针接触细小的芯片引脚引起的芯片引脚信号不稳定或者芯片损坏的问题，进一步提升了实训系统的稳定性以，也降低了系统的使用成本。

附图说明

图1为本发明教学用物联网的实训箱的立体示意图。

图2为本发明教学用物联网的实训箱的去除主开发模块、次开发模块及转接模块后的立体示意图。

图3为本发明教学用物联网的实训箱的一个部分立体分解示意图。

图4为本发明教学用物联网的实训箱的另一部分立体分解示意图。

图5为本发明教学用物联网的实训箱的又一部分立体分解示意图。

图6为本发明教学用物联网的实训箱工作原理示意框图。

图7为本发明教学用物联网的实训箱的主开发模块的示意图。

图8为本发明教学用物联网的实训箱的转接模块的示意图。

图9为本发明教学用物联网的实训箱的控制模块的工作原理示意框图。

具体实施方式

请参阅图1～9，本发明教学用物联网的实训箱，包括箱体1、箱体电路板2、箱体盖板3、盖体4、盖体电路板5、盖体盖板6、主开发模块7、次开发模块8、转接模块9及控制模块10，所述箱体电路板2固定安装在所述箱体1内，所述箱体盖板3设置在所述箱体电路板2上方并将所述箱体电路板2围合在所述箱体1内，所述主开发模块7、次开发模块8、转接模块9以可方便拆卸的方式安装在所述箱体盖板3上且分别与所述箱体电路板2电气连接，所述控制模块10设在所述箱体电路板2上，所述主开发模块7、次开发模块8及转接模块9通过箱体电路板2上的电路布线分别与所述控制模块10电气连接，所述转接模块9通过箱体电路板2上的电路布线分别与所述主开发模块7和次开发模块8电气连接；所述盖体4与箱体1活动连接，所述盖体电路板5固定在所述盖体4内，所述盖体电路板5上方设置盖体盖板6，所述盖体盖板6将所述盖体电路板5围合在所述盖体4内，所述盖体电路板5与所述箱体电路板2电气连接，所述盖体电路板5上电气连接若干所述次开发模块8，所述次开发模块8以可方便拆卸的方式安装在所述盖体盖板6上，所述盖体电路板5上的次开发模块8通过与箱体电路板2的电气连接完成与所述主开发模块7、控制模块8及转接模块9的电气连接。

所述主开发模块7包括主开发模块电路板70及安装在主开发模块电路板70上的单片机71，所述主开发电路板70上设有用于与箱体电路板2电气连接的电气接口(未标号)，所述主开发模块7通过所述设置在主开发电路板70上的电气接口与所述箱体电路板2电气连接。所述单片机71可以采用51系列单片机或430系列单片机，所述单片机71用于处理、存储信息及下达指令，所述主开发模块7上还设有一烧录接口，所述烧录接口和所述单片机71电气连接，所述烧录接口可连接一烧写器的一端，烧写器的另一端与电脑连接，当烧写器和电脑、烧录接口连接好之后，可以开始进行程序烧写，将电脑上编辑好的程序烧录到单片机71上；所述主开发模块7上还包括一与所述单片机71电气连接的显示器72及USB接口73，所述烧录接口、USB接口73和显示器72均设置在所述主开发模块电路板70上，所述USB接口73可以通过数据线和电脑连接，用于数据及信息传送。

所述次开发模块8包括次开发模块电路板80及安装在所述次开发模块电路板80上的功能模块(未示出)，所述次开发模块电路板80通过设置在所述次开发电路板上的电气接口(未标号)与所述箱体电路板2电气连接，所述功能模块为Zigbee模块、声控模块、指纹识别组件、3G模块、光照温湿度探测模块、显示模块、GPRS模块、4G模块、人体红外探测模块、燃气探测模块、RFID射频识别模块、直流电机驱动模块、烟雾探测模块、步进电机驱动模块中的一种或多种；所述次开发模块8通过电路布线分别与所述转接模块9电气连接。所述功能模块也可以通过本身模块的烧录接口将电脑上边编辑好的程序烧录到所述次功能模块的微处理器上，或者使用已经烧录好程序的功能模块，其中烧录到所述单片机71的程序为主控程序，烧录到功能模块或提前烧录好的程序为受控程序。

所述转接模块9包括转接模块电路板90及设置其上的电气接口91和测试接口92，所述转接模块电路板90通过设置在所述转接模块电路板90上的电气接口91与所述箱体电路板2电气连接，所述测试接口92与电气接口91电气连接。所述电气接口91设置在所述转接模块电路板90上便于测试的位置上，在本实施例中，所述电气接口91设置在所述转接模块电路板90朝向箱体电路板2的一侧，所述测试接口92设置在相对的另一侧；在本实施例中，设置在所述转接模块9上的电气接口91和测试接口92均为三个，所述三个电气接口91分别和控制模块10电气连接，其中一个电气接口91通过控制模块10的电气布线和次开发模块8电气连接，另一个电气接口91通过控制模块10的电气布线和嵌有51系列单片机的主开发模块7连接，最后一个电气接口91通过控制模块10的电气布线和嵌有430系列单片机的主开发模块7连接；使用时，嵌有51系列单片机的主开发模块和嵌有430系列单片机的主开发模块任选一种使用，根据在单片机71中烧录的主控程序，自动选择对应单片机71的走线及通信；在本实施例中，所述三个电气接口91分别电气连接一个测试接口92，所述测试接口92是从所述电气接口91与转接模块电路板90焊接处引出的，在本实施例中，所述电气接口91为弹性排针，所述测试接口92为测试排针，所述测试排针的高度均大于弹性排针与转接模块电路板90的焊接高度，所述测试排针上每一根针对应主开发模块7或次开发模块8上的一个线路焊接点，在做相关电压或电流等检测时，用万能表的红黑探针直接点击对应排针上的针就可以测试，从而在一个相对较小的操作面进行测试，增加测试成功率和准确率，保证了检测效率，也避免了反复用万用表的探针接触细小的芯片引脚引起的芯片引脚信号不稳定或者芯片损坏的问题，进一步提升了实训系统的稳定性以，也降低了系统的使用成本。

所述控制模块10包括控制模块处理器101、音频输入组件102、音频输出组件103及电源管理组件104，所述音频输入组件102、音频输出组件103及电源管理组件104分别与控制模块处理器101电气连接，其中，所述音频输入组件102包括一麦克风1021，和麦克风1021电气连接的音频识别处理器1022，所述音频识别处理器1022和控制模块处理器101电气连接；所述音频输出组件103包括和控制模块处理器101电气连接的音频输出处理器1031、和所述音频输出处理器1031电气连接的扬声器1032，当然，根据实际需要，所述音频输出组件103还可以包括一音频放大器1033，所述音频放大器1033的一端和音频输出处理器1031电气连接，另一端与扬声器1032电气连接；所述电源管理组件104根据控制指令对相关电路供电或者停止供电。为了更方便的管理本发明教学用物联网的实训箱，本发明所述控制模块10还设有一指纹识别组件105，控制模块处理器101和所述指纹识别组件105电气连接，指纹识别组件105用于对使用者身份确认。

所述箱体盖板3整体形状与箱体1的底壁相似，所述箱体盖板3上对应主开发模块7、次开发模块8以及控制模块9分别设置有若干固定孔30及固定套件31，所述固定套件31包括固定套311、环形磁铁312以及螺钉313，所述固定套311呈阶梯通孔状，所述环形磁铁312安装在所述固定套311的阶梯通孔内，所述螺钉313穿过所述环形磁铁312及固定套311的阶梯通孔将所述固定套件31固定在所述箱体1的底壁上，所述固定套311的阶梯凸缘3111支撑在所述箱体盖板3上；所述主开发模块7、次开发模块8、转接模块9的四角分别向外突出设置有磁性导向柱(未标号)；另外，所述箱体盖板3对应箱体电路板2上相应的电气连接端口分别对应设置有相应的箱体连接通道31；使用时，将所述导向柱装入固定套311对应的孔内，在环形磁铁312及磁性导向柱的磁力作用下，确保主开发模块7、次开发模块8、转接模块9与箱体盖板3之间的可靠且又方便拆卸的连接，同时，所述主开发模块7、次开发模块8、转接模块9分别通过相应的箱体连接通道31与对应的电气连接端口完成可靠地电气连接。所述盖体盖板6的结构与所述箱体盖板3上设有同样结构的固定孔及固定套件，其上次开发模块8与盖体盖板6的可拆卸连接方式与箱体盖板与主开发模块7、次开发模块8、转接模块9的连接方式相同，在此不再赘述。这种可方便拆卸且可靠的连接模式，方便了教学用物联网的实训箱的功能更新和组合，比如可以根据实际教学需求方便地更新或添加新的次开发模块8，以满足教学需求。

本发明教学用物联网的实训箱使用时，首先对使用者进行身份录入，即使用者指纹作为指纹锁，指纹识别组件105以数字信号发送给控制模块处理器101，所述控制模块处理器101识别确认使用者信息后解锁。同时，为了避免引起不必要的语音指令误触发，开机后可以在下达语音指令前或下达语音指令后用指纹进行识别确认。如对光照温湿度探测模块进行开发时，在通电状态下，首先对着麦克风1021通过声音下达指令“开机”，麦克风1021通过音频信号将“开机”指令发送给语音处理器1022，语音处理器1022再以数字信号的方式向控制模块处理器101发送“开机”指令，控制模块处理器101对电源管理组件104发出“开机”指令，电源管理组件104收到“开机”指令后，启动电源开机，电源管理组件104反馈“已开机”的数字信号给控制模块处理器101，接收到“已开机”指令后控制模块处理器101将“已开机”数字信号发送给音频输出组件103的音频输出处理器1031，音频输出处理器1031将“已开机”指令发送给音频放大器1033，音频放大器1033又以模拟音频信号形式发送扬声器1032，扬声器1032将“已开机”以语音的模式播放。接着，使用者使用指纹通过指纹识别组件22进行身份确认，指纹识别组件22识别指纹并确认使用者身份后，指纹识别组件22发送信号到控制模块处理器21，控制模块处理器21发送“通电”命令给电源管理组件23，电源管理组件23执行控制模块2上对主开发模块11、次开发模块12和转接模块3的供电。然后，将主开发模块7、光照温湿度探测模块(即次开发模块8)、转接模块9分别和控制模块10电气连接，完成连接后，通过主开发模块7上的烧录接口将已编辑好的主控程序烧录到主开发模块7的单片机71上，然后通过次开发模块8上的JTAG接口将已编辑好的受控程序烧录到次开发模块8上，烧录完成后，点击复位开关或者启动开关，开启主开发模块7、光照温湿度探测模块的主控程序和受控程序开始工作，此时光照温湿度探测模块根据编辑好的主控程序的控制，使用光照传感器和温湿度传感器对周围的光照、温湿度进行探测，探测到数据后，所述主开发模块7的单片机71读取该探测数据并将该数据发送到主开发模块7的显示器72，显示器72上将显示出探测数据，或者通过将所述主开发模块7上的USB接口73与电脑连接，将探测数据显在电脑上显示。同时，在主开发模块7中烧录的主控程序如果编辑有报警程序，当检测到的光照或温湿度超过设定值时，就会触发警报报警，通过显示器或电脑显示的数据与设定数值进行验证。最后，完成主开发模块7和次开发模块8的实训后，使用者使用指纹通过指纹识别组件105先行身份确认，对麦克风1021下达声音指令“关机”，麦克风1021通过音频信号将“关机”指令发送给音频识别处理器1022，音频识别处理器1022以数字信号的方式向控制模块处理器101发送“关机”指令，控制模块处理器101收到“关机”指令后，对音频输出处理器1031发出“已关机”指令，然后音频输出处理器1031将“已关机”指令发送给音频放大器1033，经放大器1033放大后并以模拟信号的方式发送给扬声器1032，扬声器1032再以模拟信号的方式发出“已关机”指令，最终扬声器1034播报“已关机”语音。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种教学用物联网的实训箱，其特征在于，包括箱体、箱体电路板、箱体盖板、盖体、盖体电路板、盖体盖板、主开发模块、次开发模块、转接模块及控制模块，所述箱体电路板固定在所述箱体内，所述箱体盖板设置在所述箱体电路板上方并将所述箱体电路板围合在所述箱体内，所述主开发模块、次开发模块、转接模块以可方便拆卸的方式安装在所述箱体盖板上且分别与所述箱体电路板电气连接，所述控制模块设在所述箱体电路板上，所述主开发模块、次开发模块及转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与所述控制模块电气连接，所述转接模块通过箱体电路板上的电路布线分别与所述主开发模块和次开发模块电气连接；所述盖体与箱体活动连接，所述盖体电路板固定在所述盖体内，所述盖体电路板上方设置盖体盖板，所述盖体盖板将所述盖体电路板围合在所述盖体内，所述盖体电路板与所述箱体电路板电气连接，所述盖体电路板上电气连接若干所述次开发模块，所述次开发模块以可方便拆卸的方式安装在所述盖体盖板上，所述盖体电路板上的次开发模块通过与箱体电路板的电气连接完成与所述主开发模块、控制模块及转接模块的电气连接。

2.如权利要求1所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述主开发模块包括主开发模块电路板及安装在主开发模块电路板上的单片机，所述主开发电路板上设有用于与箱体电路板电气连接的电气接口，所述主开发模块通过所述设置在主开发电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接。

3.如权利要求2所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述主开发模块还包括与所述单片机电气连接的显示器和USB接口，所述显示器和USB均设置在所述主开发模块电路板上。

4.如权利要求2所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述单片机为51系列单片机或者430系列单片机。

5.如权利要求1所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述次开发模块包括次开发模块电路板及安装在所述次开发模块电路板上的功能模块，所述次开发模块电路板通过设置在所述次开发电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接。

6.如权利要求5所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述功能模块为Zigbee模块、声控模块、指纹识别组件、3G模块、光照温湿度探测模块、显示模块、GPRS模块、4G模块、人体红外探测模块、燃气探测模块、RFID射频识别模块、直流电机驱动模块、烟雾探测模块、步进电机驱动模块中的一种或多种。

7.如权利要求5所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述次开发模块通过电路布线分别与所述转接模块电气连接。

8.如权利要求1所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述转接模块包括转接模块电路板及设置其上的电气接口和测试接口，所述转接模块电路板通过设置在所述转接模块电路板上的电气接口与所述箱体电路板电气连接，所述测试接口与电气接口电气连接。

9.如权利要求8所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述测试接口设置在所述转接模块电路板上便于测试的位置上。

10.如权利要求9所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述电气接口设置在所述转接模块电路板朝向箱体电路板的一侧，所述测试接口设置在相对的另一侧。

11.如权利要求8所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，设置在所述转接模块上的电气接口和测试接口均为三个，所述三个电气接口中一个电气接口通过控制模块的电气布线与次开发模块电气连接，其余二个电气接口通过控制模块的电气布线分别与主开发模块电气连接。

12.如权利要求8所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述电气接口为弹性排针，所述测试接口为测试排针，所述测试排针的高度均大于弹性排针与转接模块电路板的焊接高度，所述测试排针上每一根针对应主开发模块或次开发模块上的一个线路焊接点。

13.如权利要求1所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述控制模块包括控制模块处理器及分别与所述控制模块处理器电气连接的音频输入组件、音频输出组件及电源管理组件。

14.如权利要求13所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述音频输入组件包括一音频识别处理器以及和音频识别处理器电气连接的麦克风，所述音频识别处理器与所述控制模块处理器电气连接。

15.如权利要求13所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述音频输出组件包括一音频输出处理器、与所述音频输出处理器电气连接的扬声器。

16.如权利要求15所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述音频输出组件还包括一音频放大器，该音频放大器的一端与所述音频输出处理器电气连接，另一端和所述扬声器电气连接。

17.如权利要求13所述的教学用物联网的实训箱，其特征在于，所述控制模块还包括指纹识别组件，所述指纹识别组件与所述控制模块处理器电气连接。