CN209514991U - 一种高校物联网教学设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高校物联网教学设备，涉及通信、电子技术、物联网和教育相关领域，为解决现有技术中的传统教学设备器件繁琐，便捷性、实时性不足，无法根据已有设备选择最佳无线通讯方式，缺乏最新物联网通信技术的问题。所述口袋实验室智能硬件包括无线通信模块，所述无线通信模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、WiFi模块、OFDM模块和LoRa模块，所述蓝牙模块、ZigBee模块和WiFi模块均与串口线双向连接，所述OFDM模块和LoRa模块均与SPI总线双向连接，所述SPI总线与OLED屏双向连接，所述串口线和SPI总线均与STM32单片机双向连接，所述STM32单片机的输入端与按键模块的输出端连接，所述STM32单片机分别与电源模块、Arduino接口和仿真调试及下载模块双向连接。

Description

一种高校物联网教学设备

技术领域

本实用新型涉及通信、电子技术、物联网和教育相关领域，具体为一种高校物联网教学设备。

背景技术

由于物联网技术的快速发展，很多高校缺乏前沿物联网技术的相关课程和设备，无法满足学生对新技术的学习兴趣及动手能力的培养，传统教学实验箱体积较大，不适合学生开展课下学习及开发，传统教学实验箱需要用电源适配器实时供电，现场应用场景非常受限。

传统教学实验箱需要电源适配器、烧写器、串口调试工具等，器件过于繁琐，严重影响学生使用的便捷性、实时性，现场应用环境复杂，无法根据已有设备选择最佳无线通讯方式，同时已有设备缺乏最新物联网通信技术，传统51单片机硬件资源过少，缺少丰富的外设接口，自身功能少；因此市场急需研制一种高校物联网教学设备来帮助人们解决现有的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高校物联网教学设备，以解决上述背景技术中提出的传统教学设备器件繁琐，便捷性、实时性不足，无法根据已有设备选择最佳无线通讯方式，缺乏最新物联网通信技术的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高校物联网教学设备，包括口袋实验室智能硬件，所述口袋实验室智能硬件包括无线通信模块，所述无线通信模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、WiFi模块、OFDM模块和LoRa模块，所述蓝牙模块、ZigBee模块和WiFi模块均与串口线双向连接，所述OFDM模块和LoRa模块均与SPI总线双向连接，所述SPI总线与OLED屏双向连接，所述串口线和SPI总线均与STM32单片机双向连接，所述STM32单片机的输入端与按键模块的输出端连接，所述STM32单片机分别与电源模块、Arduino接口和仿真调试及下载模块双向连接，所述Arduino接口与传感器双向连接。

优选的，所述口袋实验室智能硬件前端面一侧的上端设置有蓝牙和ZigBee烧写接口，所述口袋实验室智能硬件前端面另一侧的上端设置有OFDM外置功放模块，所述蓝牙和ZigBee烧写接口的下端设置有第一Arduino传感口，所述第一Arduino传感口的下端设置有复位模块，所述复位模块的下端设置有Debug模块，所述Debug模块的一侧设置有MCU模块，所述OFDM外置功放模块的下端设置有电源开关，所述电源开关的下端设置有SWD模块，所述MCU模块的下端设置有第二Arduino传感口，所述MCU模块的一侧设置有LED灯。

优选的，所述口袋实验室智能硬件前端面的两端均设置有电池模块，所述口袋实验室智能硬件的一侧设置有OFDM天线模块，所述口袋实验室智能硬件前端面的另一侧设置有WiFi烧写模块。

优选的，所述蓝牙模块和ZigBee模块采用CC2650芯片，所述蓝牙模块和ZigBee模块均包括32位ARM处理器。

优选的，所述OFDM模块采用AT86RF215芯片，所述LoRa模块采用SX1276射频芯片。

优选的，所述WiFi模块采用ESP8266EX芯片，所述WiFi模块包括射频收发单元、MAC单元、基带处理单元、WiFi协议和配置信息及网络协议栈。

优选的，所述电源模块包括电池供电单元和Micro USB接口供电单元。

优选的，所述第一Arduino传感口和第二Arduino传感口均设置有两个，所述Debug模块和SWD模块对称设置，所述复位模块和电源开关均与口袋实验室智能硬件点焊连接。

优选的，所述电池模块设置有两个，所述OFDM天线模块与口袋实验室智能硬件点焊连接，所述OFDM天线模块延伸至口袋实验室智能硬件的外部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该实用新型解决了高校存在物联网课程及设备无法实现与社会应用同步，学生只能在实验室做实验的弊端，极大程度上缩短学校课程与社会实际应用的差距，同时确保了学生可以实时进行试验，填补了现有教学设备不能满足学生随时随地学习及应用的空白，能有效的提高学生对物联网行业的认知及实际应用开发的能力；

2、该实用新型解决了高校物联网教学设备造价高、体积大、通讯方式及功能单一的问题，降低了设备的使用及维修成本，且开发步骤简单，方便携带；

3、该实用新型充分实现所学与社会应用紧密结合，激发学生学习兴趣及自我创新应用。

附图说明

图1为本实用新型的一种高校物联网教学设备的结构连接图；

图2为本实用新型的口袋实验室智能硬件的正视图；

图3为本实用新型的口袋实验室智能硬件的后视图。

图中：1、口袋实验室智能硬件；2、传感器；3、无线通信模块；4、蓝牙模块；5、ZigBee模块；6、WiFi模块；7、OFDM模块；8、LoRa模块；9、串口线；10、按键模块；11、电源模块；12、Arduino接口；13、SPI总线；14、OLED屏；15、STM32单片机；16、仿真调试及下载模块；17、蓝牙和ZigBee烧写接口；18、OFDM外置功放模块；19、第一Arduino传感口；20、复位模块；21、Debug模块；22、MCU模块；23、电源开关；24、SWD模块；25、第二Arduino传感口；26、电池模块；27、OFDM天线模块；28、WiFi烧写模块；29、LED灯。

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。

请参阅图1-3，本实用新型提供的一种实施例：一种高校物联网教学设备，包括口袋实验室智能硬件1，采用两路Micro USB接口分别进行串口调试及程序下载仿真，设备状态信息通过板载OLED屏14及LED灯29显示，口袋实验室智能硬件1包括无线通信模块3，无线通信模块3包括蓝牙模块4、ZigBee模块5、WiFi模块6、OFDM模块7和LoRa模块8，OFDM模块7支持Sub-1G频段多种调制解调方式，能够有效抑制和消除由于信道的时延扩展引起的频率选择性衰落、具有较高的频谱利用率和容易实现调制解调，LoRa模块8采用扩频调制技术，具有更远的通信距离，工作频段在420-450MHz,采用高效的循环交织纠错编码技术，抗干扰性及灵敏度得到极大提高，蓝牙模块4、ZigBee模块5和WiFi模块6均与串口线9双向连接，OFDM模块7和LoRa模块8均与SPI总线13双向连接，SPI总线13与OLED屏14双向连接，串口线9和SPI总线13均与STM32单片机15双向连接，STM32单片机15具有丰富的ADC、IIC、SPI、USART等外设接口以及高性能，极大的丰富了学生的学习生活及应用，部分SPI、IIC、USART、ADC外设接口通过Arduino接口12实现与传感器2连接，周期性获取传感信息，STM32单片机15的输入端与按键模块10的输出端连接，按键模块10采用多路按键连接主控单元，可以根据使用场景的需求自定义功能，提高现场的可操作性，STM32单片机15分别与电源模块11、Arduino接口12和仿真调试及下载模块16双向连接，仿真调试及下载模块16采用两路Micro USB接口实现程序的快速下载及在线仿真调试，简捷快速，同时调试信息可以通过STM32单片机15驱动板载OLED屏14显示，通过一根Micro USB数据线就可以实现设备供电、电池充电、串口调试、程序下载、设备仿真调试等功能，极大的简易了学生实际应用及学习，极大的降低了维修成本，Arduino接口12与传感器2双向连接。

进一步，口袋实验室智能硬件1前端面一侧的上端设置有蓝牙和ZigBee烧写接口17，口袋实验室智能硬件1前端面另一侧的上端设置有OFDM外置功放模块18，蓝牙和ZigBee烧写接口17的下端设置有第一Arduino传感口19，第一Arduino传感口19的下端设置有复位模块20，复位模块20的下端设置有Debug模块21，Debug模块21的一侧设置有MCU模块22，OFDM外置功放模块18的下端设置有电源开关23，电源开关23的下端设置有SWD模块24，MCU模块22的下端设置有第二Arduino传感口25，MCU模块22的一侧设置有LED灯29。

进一步，口袋实验室智能硬件1前端面的两端均设置有电池模块26，口袋实验室智能硬件1的一侧设置有OFDM天线模块27，口袋实验室智能硬件1前端面的另一侧设置有WiFi烧写模块28。

进一步，蓝牙模块4和ZigBee模块5采用CC2650芯片，蓝牙模块4和ZigBee模块5均包括32位ARM处理器，独立运行系统，通过串口与STM32单片机15通信。

进一步，OFDM模块7采用AT86RF215芯片，LoRa模块8采用SX1276射频芯片。

进一步，WiFi模块6采用ESP8266EX芯片，WiFi模块6包括射频收发单元、MAC单元、基带处理单元、WiFi协议和配置信息及网络协议栈，利用它可以轻松实现串口设备的无线网络功能。

进一步，电源模块11包括电池供电单元和Micro USB接口供电单元，电池供电单元采用两节18650可充电电池实现电源供电，同时利用Micro USB数据线及充电电路可以为电池充电，Micro USB接口供电单元是直接采用Micro USB数据线连接任意Micro USB接口进行供电，能够有效降低使用成本，极大地提高了多场景的可适用性。

进一步，第一Arduino传感口19和第二Arduino传感口25均设置有两个，Debug模块21和SWD模块24对称设置，复位模块20和电源开关23均与口袋实验室智能硬件1点焊连接。

进一步，电池模块26设置有两个，OFDM天线模块27与口袋实验室智能硬件1点焊连接，OFDM天线模块27延伸至口袋实验室智能硬件1的外部。

工作原理：使用时，5V转3.3V及3.7V转3.3V电路使学生通过一根Micro USB数据线能实现设备供电，同时采用两节18650电池供电，通过设备集成18650电池充电电路，可以通过Micro USB数据线进行电池充电，能够有效降低使用成本，开发使用过程中，通过MicroUSB数据线连接口袋实验室智能硬件1及电脑，通过仿真调试及下载模块16进行程序下载及仿真调试，设备状态信息通过板载OLED屏14及LED灯29显示，板载Arduino接口12连接相关外设，例如传感器2等获取相关信息，通过驱动STM32单片机15与无线通信模块3中的蓝牙模块4、ZigBee模块5、WiFi模块6、OFDM模块7和LoRa模块8实现与外部的无线通信。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种高校物联网教学设备，包括口袋实验室智能硬件（1），其特征在于：所述口袋实验室智能硬件（1）包括无线通信模块（3），所述无线通信模块（3）包括蓝牙模块（4）、ZigBee模块（5）、WiFi模块（6）、OFDM模块（7）和LoRa模块（8），所述蓝牙模块（4）、ZigBee模块（5）和WiFi模块（6）均与串口线（9）双向连接，所述OFDM模块（7）和LoRa模块（8）均与SPI总线（13）双向连接，所述SPI总线（13）与OLED屏（14）双向连接，所述串口线（9）和SPI总线（13）均与STM32单片机（15）双向连接，所述STM32单片机（15）的输入端与按键模块（10）的输出端连接，所述STM32单片机（15）分别与电源模块（11）、Arduino接口（12）和仿真调试及下载模块（16）双向连接，所述Arduino接口（12）与传感器（2）双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述口袋实验室智能硬件（1）前端面一侧的上端设置有蓝牙和ZigBee烧写接口（17），所述口袋实验室智能硬件（1）前端面另一侧的上端设置有OFDM外置功放模块（18），所述蓝牙和ZigBee烧写接口（17）的下端设置有第一Arduino传感口（19），所述第一Arduino传感口（19）的下端设置有复位模块（20），所述复位模块（20）的下端设置有Debug模块（21），所述Debug模块（21）的一侧设置有MCU模块（22），所述OFDM外置功放模块（18）的下端设置有电源开关（23），所述电源开关（23）的下端设置有SWD模块（24），所述MCU模块（22）的下端设置有第二Arduino传感口（25），所述MCU模块（22）的一侧设置有LED灯（29）。

3.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述口袋实验室智能硬件（1）前端面的两端均设置有电池模块（26），所述口袋实验室智能硬件（1）的一侧设置有OFDM天线模块（27），所述口袋实验室智能硬件（1）前端面的另一侧设置有WiFi烧写模块（28）。

4.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述蓝牙模块（4）和ZigBee模块（5）采用CC2650芯片，所述蓝牙模块（4）和ZigBee模块（5）均包括32位ARM处理器。

5.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述OFDM模块（7）采用AT86RF215芯片，所述LoRa模块（8）采用SX1276射频芯片。

6.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述WiFi模块（6）采用ESP8266EX芯片，所述WiFi模块（6）包括射频收发单元、MAC单元、基带处理单元、WiFi协议和配置信息及网络协议栈。

7.根据权利要求1所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述电源模块（11）包括电池供电单元和Micro USB接口供电单元。

8.根据权利要求2所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述第一Arduino传感口（19）和第二Arduino传感口（25）均设置有两个，所述Debug模块（21）和SWD模块（24）对称设置，所述复位模块（20）和电源开关（23）均与口袋实验室智能硬件（1）点焊连接。

9.根据权利要求3所述的一种高校物联网教学设备，其特征在于：所述电池模块（26）设置有两个，所述OFDM天线模块（27）与口袋实验室智能硬件（1）点焊连接，所述OFDM天线模块（27）延伸至口袋实验室智能硬件（1）的外部。