CN206671824U - 无线传感器网络学习盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种无线传感器网络学习盒，包括：透明外壳及其内部的实验电路板，透明外壳上开设有多个开孔；实验电路板包括：温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块以及微处理器；温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块分别电连接至微处理器；模拟量输入模块、开关量输入模块及JTAG接口通过开孔穿出透明外壳；Wifi模块连接外部网络设备，JTAG接口接收外部调试指令并传送至微处理器，模拟量输入模块、开关量输入模块实现数据交互；温湿度传感器与三轴加速度传感器分别采集周围环境的温湿度信息与无线传感器网络学习盒的运动信息并将其传送至微处理器。

Description

无线传感器网络学习盒

技术领域

本实用新型涉及教学实验仪器设备领域，尤其涉及一种无线传感器网络学习盒。

背景技术

无线传感器网络是物联网核心技术之一，其特点是多技术集成，涉及传感器技术、嵌入式系统技术、无线联网与通信技术等。学生在学习无线传感器网络课程时，最佳的学习方式是理论学习与实验操作相结合。

由于教学计划安排和教学时数的限制，学生经常感到无线传感器网络课程实验操作时间严重不足，如果能够在图书馆、自习室学习的时候，也能象在实验室中一样做实验，那将极大地提高学习效率。要想实现在实验室以外的地方自主安排实验，就必须要有一套便于携带、不需要复杂辅助设备支持的实验系统。

实用新型内容

为了解决现有的在学习无线传感器网络过程中，学生不便于实验课后自主进行实验学习的问题，本实用新型提出了一种无线传感器网络学习盒。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种无线传感器网络学习盒，包括：透明外壳及其内部的实验电路板，透明外壳上开设有多个开孔；实验电路板包括：温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块以及微处理器；温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块分别电连接至微处理器；模拟量输入模块、开关量输入模块及JTAG接口通过开孔穿出透明外壳；Wifi模块连接于外部网络设备，JTAG接口接收外部调试指令并传送至微处理器，模拟量输入模块、开关量输入模块在实验过程中实现数据交互；温湿度传感器与三轴加速度传感器分别采集周围环境的温湿度信息与无线传感器网络学习盒的运动信息并将其传送至微处理器，微处理器根据调试指令处理温湿度信息与运动信息与外部网络设备的通信。

进一步地，实验电路板还包括：可调电位器，可调电位器电连接至模拟量输入接口，可调电位器的移动手柄或旋钮通过透明外壳上对应的开孔穿出透明外壳。

进一步地，实验电路板还包括：开关，开关电连接至开关量输入接口，开关通过透明外壳上对应的开孔穿出透明外壳。

进一步地，透明外壳对应温湿度传感器的位置开有通气孔，通气孔处设有防护网。

进一步地，实验电路板还包括电源模块，电源模块的电源接口通过开孔穿出透明外壳，电源模块电连接于微处理器，用于为无线传感器网络学习盒提供电能。

进一步地，还包括：LCD显示模块，LCD显示模块连接于微处理器，用于采集信息的显示。

进一步地，还包括：LED指示灯，LED指示灯连接于微处理器，用于显示工作状态与报警信息。

本实用新型的有益效果在于，通过本实用新型的无线传感器网络学习盒，可以为学生提供学习无线传感器网络实验的硬件基础，并且便于携带、不需要复杂辅助设备支持。学生能够使用本实用新型的无线传感器网络学习盒，在图书馆、自习室等实验室以外的地方自主安排实验，极大地提高了学习效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的透明外壳开孔示意图。

图3为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的外观示意图。

附图标号：

微处理器 11

FLASH存储器 12

实时钟模块 13

JTAG接口 14

温湿度传感器 15

三轴加速度传感器 16

模拟量输入模块 17

可调电位器 171

开关量输入模块 18

开关 181

LED指示灯 19

LCD显示模块 20

USB接口 21

Wifi模块 22

电源模块 23

透明外壳 30

模拟量输入端子开孔 31

开关量输入端子开孔 32

可调电位器开孔 33

开关开孔 34

JTAG接口连接器开孔 35

外接电源端子开孔 36

USB接口连接器开孔 37

传感器通气开孔 38

电路板 40

模拟量输入端子 41

开关量输入端子 42

JTAG接口连接器 45

外接电源端子 46

USB接口连接器 47

防护网 48

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域相关技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护的范围。

图1为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的结构示意图，如图1所示，本实用新型的无线传感器网络学习盒包括：透明外壳30及其内部的实验电路板40，透明外壳30上开设有多个开孔；实验电路板40包括：温湿度传感器15、三轴加速度传感器16、JTAG接口14、模拟量输入模块17、开关量输入模块18、Wifi模块22以及微处理器11；温湿度传感器15、三轴加速度传感器16、JTAG接口14、模拟量输入模块17、开关量输入模块18、Wifi模块22分别电连接至微处理器11；模拟量输入模块17、开关量输入模块18及JTAG接口14通过开孔穿出透明外壳30；Wifi模块22连接于外部网络设备，JTAG接口14接收外部调试指令并传送至微处理器11，模拟量输入模块17、开关量输入模块18在实验过程中实现数据交互；温湿度传感器15与三轴加速度传感器16分别采集周围环境的温湿度信息与无线传感器网络学习盒的运动信息并将其传送至微处理器11，微处理器11根据调试指令处理温湿度信息与运动信息与外部网络设备的通信。

其中，透明外壳30主要起到保护电路板40的作用，在实施过程中，透明外壳30可以选择有机玻璃作为外壳材料，一方面，有机玻璃为透明材质，方便在实验过程对内部实验电路板40的观察与学习，另一方面，有机玻璃在抗冲击方面性能优异，可以防止内部电路板在意外跌落情况下遭受磕碰损坏。

微处理器11，是电路板的核心，用于信息采集、处理、存储、通信和显示控制等。其通过与实验电路板10上其他器件的配合共同实现实验目的。

温湿度传感器15，连接于微处理器11，用于采集学习盒周边环境的温度及湿度信息并传送给微处理器11。具体地，使用微型集成传感器，与微处理器11通过I²C总线相连，用于采集学习盒周边环境的温度及湿度，生成温度与湿度信息，传送给微处理器11，并存储至FLASH存储器12。

三轴加速度传感器16，连接于微处理器11，用于采集无线传感器网络学习盒的运动信息并传送给微处理器11。具体地，使用微型集成传感器，与微处理器11通过SPI总线相连，用于采集学习盒的运动信息，存储至FLASH存储器12；

JTAG接口14，连接于微处理器11，用于对学习盒的软件调试。该JTAG接口14连接于微处理器11，用于对微处理器11内部软件进行调试的接口。进行不同无线传感器网络实验时，实验人员可以通过该软件调试接口14，对微处理器11所执行的程序进行重新烧录、更改等操作。

WiFi模块22，连接于微处理器11，用于学习盒与其它智能设备进行无线联网通信。该模块是搭建无线传感器网络实验的必要模块，通过该Wifi模块可以实现学习盒与外部智能设备进行无线数据交互。

在其中一个具体实施例中，模拟量输入模块17，是学习盒的模拟量输入通道，用于连接来自可调电位器171或/和其它仪表或设备的模拟量信号，并进行信号滤波、放大等处理，传送给微处理器11；具体地，模拟量输入模块17设置两个独立的模拟量输入通道，其中第一通道用于连接可调电位器171，第二通道用于连接来自其它仪表或设备的模拟量信号，比如连接电化学传感器。该两个独立的模拟量输入通道，可以兼顾学生方便操作的优点与接口可拓展的优点。

可调电位器171，与模拟量输入模块17电连接，在进行模拟量信号采集实验时，用于改变输入信号的大小。拟量输入模块17设置2个独立的模拟量输入通道，其中第一通道用于连接可调电位器171，改变可调电位器171的位置是改变了模拟量输入模块17第一通道输入信号的大小。

在其中一个具体实施例中，开关量输入模块18，是学习盒的开关量输入通道，用于连接来自开关181或/和其它仪表或设备的开关量信号，并进行信号隔离、整形等处理，传送给微处理器11；一种优选的方案是设置8个独立的开关量输入通道，其中4个通道用于连接开关181，另外4个通道用于连接来自其它仪表或设备的开关量信号。该4个独立的开关量输入通道，可以兼顾学生方便操作的优点与接口可拓展的优点。

开关181，与开关量输入模块18电连接，设置4个独立的开关，用于人机交互，用途可以使用软件组态，一种优选的方案是用于学习盒的显示内容切换。例如，4个开关组合成输入0001时，显示温度值；4个开关组合成输入0002时，显示湿度值。

电源模块23，连接于微处理器11，电源模块23的电源接口通过开孔穿出透明外壳30，用于为无线传感器网络学习盒提供电能。具体地，当不采用USB接口21为学习盒提供工作电源的工作方式时，电源模块23用于将外接的5V直流电源转换为学习盒内部元器件工作所需的各等级电压电源。

LED指示灯19，LED指示灯连接于微处理器11，用于显示工作状态与报警信息。具体地，使用低功耗贴片LED指示灯，设置6个，用途可以使用软件组态，一种优选的方案是两个用于WiFi模块22工作状态指示，另外4个用于采集信息的超限报警。例如，设置温度报警高限为28度，当采集的温度信息高于28度时，微处理器11点亮其中一个LED指示灯。

LCD显示模块20，LCD显示模块连接于微处理器11，用于采集信息的显示。具体地，使用低功耗字符型LCD显示模块，用于显示采集信息显示；一种优选的方案是选用单色LCD显示模块，4行显示，每行显示8个字符。

USB接口21，连接于微处理器11，作用有两个，其一是用作学习盒与其它智能设备进行有线通信的接口，其二是通过USB接口21为学习盒提供工作电源。

学生在进行无线传感器网络实验时，首先搭建无线传感器网络系统，搭建无线传感器网络系统的方式具有两种，一种为将无线网络学习盒通过USB接口21与笔记本电脑或台式电脑相连，构建最基本的无线传感器网络实验系统；另一种为通过多个无线网络学习盒一起使用，使用Wifi模块22交互连接，构成无线传感器网络系统，帮助完成全部无线传感器网络的基础实验。在搭建好无线传感器网络系统后，就可以通过JTAG接口14烧录、修改程序，通过可调电位器171、开关181对输入数据控制，进行基础实验。

图2为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的透明外壳开孔示意图，图3为本实用新型实施例的无线传感器网络学习盒的外观示意图。结合图2、图3所示，透明外壳30上开设多个开孔，包括：模拟量输入端子开孔31、开关量输入端子开孔32、可调电位器开孔33、开关开孔34、JTAG接口连接器开孔35、外接电源端子开孔36、USB接口连接器开孔37和传感器通气开孔38。这些开孔均是用于将对应接口或装置穿出透明外壳30，方便实验人员对其进行连接。

其中，模拟量输入端子开孔31，用于模拟量输入端子41穿出机壳，模拟量输入端子41与模拟量输入模块17电连接。

开关量输入端子开孔32，用于开关量输入端子42穿出机壳，开关量输入端子42与开关量输入模块18电连接。

可调电位器开孔33，用于可调电位器171的移动手柄或旋钮穿出机壳。

开关开孔34，用于开关181穿出机壳。

JTAG接口连接器开孔35，用于JTAG接口连接器45穿出机壳。

外接电源端子开孔36，用于外接电源端子46穿出机壳，外接电源端子46与电源模块23电连接。

USB接口连接器开孔37，用于USB接口连接器47穿出机壳，USB接口连接器47与USB接口21电连接。

传感器通气开孔38，用作通气孔，使温湿度传感器15与外界空气充分接触，提高采集信息的准确度。需要特别说明的是，传感器通气开孔38并非用于将温湿度传感器15穿出透明外壳30，而目的是使温湿度传感器15与外界空气充分接触，提高采集信息的准确度，并且在该传感器开孔上表面装有通气防护网48，用于防止大颗粒物质落入通气孔。

本实用新型的有益效果在于，通过本实用新型的无线传感器网络学习盒，可以为学生提供学习无线传感器网络实验的硬件基础，并且便于携带、不需要复杂辅助设备支持。学生能够使用本实用新型的无线传感器网络学习盒，在图书馆、自习室等实验室以外的地方自主安排实验，极大地提高了学习效率。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.无线传感器网络学习盒，其特征在于，包括：透明外壳及其内部的实验电路板，所述透明外壳上开设有多个开孔；

所述实验电路板包括：温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块以及微处理器；所述温湿度传感器、三轴加速度传感器、JTAG接口、模拟量输入模块、开关量输入模块、Wifi模块分别电连接至所述微处理器；

所述模拟量输入模块、开关量输入模块及JTAG接口通过所述开孔穿出所述透明外壳；

所述Wifi模块连接外部网络设备，所述JTAG接口接收外部调试指令并传送至所述微处理器，所述模拟量输入模块、开关量输入模块在实验过程中实现数据交互；

所述温湿度传感器与三轴加速度传感器分别采集周围环境的温湿度信息与所述无线传感器网络学习盒的运动信息并将其传送至所述微处理器，所述微处理器根据所述调试指令处理所述温湿度信息与运动信息与所述外部网络设备的通信。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，所述实验电路板还包括：可调电位器，所述可调电位器电连接至所述模拟量输入接口，所述可调电位器的移动手柄或旋钮通过所述透明外壳上对应的开孔穿出所述透明外壳。

3.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，所述实验电路板还包括：开关，所述开关电连接至所述开关量输入接口，所述开关通过所述透明外壳上对应的开孔穿出所述透明外壳。

4.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，所述透明外壳对应所述温湿度传感器的位置开有通气孔，所述通气孔处设有防护网。

5.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，所述实验电路板还包括电源模块，所述电源模块的电源接口通过开孔穿出所述透明外壳，所述电源模块电连接于所述微处理器，用于为无线传感器网络学习盒提供电能。

6.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，还包括：LCD显示模块，所述LCD显示模块连接于所述微处理器，用于采集信息的显示。

7.根据权利要求1所述的无线传感器网络学习盒，其特征在于，还包括：LED指示灯，所述LED指示灯连接于所述微处理器，用于显示工作状态与报警信息。