專利名稱：物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及科研教學(xué)實驗裝置，尤其涉及一種應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)或傳感網(wǎng)技術(shù)專業(yè)科研教學(xué)的綜合實訓(xùn)裝置。
背景技術(shù)：
目前用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實驗的實訓(xùn)裝置大都采用實驗箱的結(jié)構(gòu)形式，實驗箱形式的產(chǎn)品存在以下缺點(一)傳感節(jié)點輸入輸出模塊單一，且不固定，不利實驗室管理；(二)在實驗實訓(xùn)時不能由學(xué)生自己編程或者下載程序，開放性較差；(三)監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像不能同時傳輸?shù)缴衔粰C，通信方式缺乏綜合性。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)實驗箱的上述缺陷與不足，申請人經(jīng)過研究改進，提供一種系統(tǒng)架構(gòu)清晰、綜合性強、開放性好，便于管理的物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，解決了物聯(lián)網(wǎng)科研教學(xué)實驗中所遇到的問題。本實用新型的技術(shù)方案如下一種物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，包括一個或多個通用傳感節(jié)點，每個通用傳感節(jié)點由提供電源和輸入輸出接口的通用板，以及安裝在通用板上的Zigbee模塊、傳感模塊組成，用于輸入信號并控制輸出；所述通用傳感節(jié)點組成Zigbee自組網(wǎng)，與協(xié)調(diào)器進行通信；協(xié)調(diào)器，由提供電源的通用板，以及安裝在通用板上的Zigbee模塊組成；與所述通用傳感節(jié)點、嵌入式網(wǎng)關(guān)以及計算機進行通信；嵌入式網(wǎng)關(guān)，采用ARM9內(nèi)核，起智能網(wǎng)關(guān)的作用，通過串口連接協(xié)調(diào)器對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)；同時是嵌入式技術(shù)實訓(xùn)裝置，能開展嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗；計算機，通過串口連接協(xié)調(diào)器對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)；實訓(xùn)臺，內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)以及供通用傳感節(jié)點連接的各輸入輸出模塊，用于模擬代替家電、照明、智能紅外報警、監(jiān)控等被控對象，進行無線組網(wǎng)實訓(xùn)和嵌入式技術(shù)實訓(xùn)。其進一步的技術(shù)方案為所述通用傳感節(jié)點的電源可由充電電池供電，也可由 USB供電并充電。其進一步的技術(shù)方案為所述通用傳感節(jié)點的輸出可用香蕉插頭連接3個I/O 口線，也可用20芯牛角插頭連接多個I/O 口線。其進一步的技術(shù)方案為所述可供通用傳感節(jié)點連接的輸入輸出模塊包括聲音報警模塊、LED調(diào)光模塊、步進電機控制模塊、直流電機控制模塊、液晶顯示模塊、LED屏模塊、 RFID模塊、風(fēng)扇控制模塊，所述各輸入輸出模塊的接口通用。其進一步的技術(shù)方案為所述計算機與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過有線、GPRS、WiFi進行通信，傳輸圖像或聲音數(shù)據(jù)。其進一步的技術(shù)方案為所述計算機和嵌入式網(wǎng)關(guān)通過GPRS與手機通信。其進一步的技術(shù)方案為所述Zigbee模塊的芯片型號為CC2530。其進一步的技術(shù)方案為所述ARM9內(nèi)核的芯片型號為S3C2440。本實用新型的有益技術(shù)效果是(1)輸入輸出模塊直觀，便于管理。系統(tǒng)架構(gòu)清晰，可以讓學(xué)生較容易地理解物聯(lián)網(wǎng)。(2)綜合物聯(lián)網(wǎng)無線組網(wǎng)、嵌入式技術(shù)、計算機應(yīng)用軟件的三層技術(shù)，覆蓋多門物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程實驗和實訓(xùn)，可減少實驗室投資，性價比高。(3)開放性好。展示了物聯(lián)網(wǎng)不同層面的核心技術(shù)，針對無線組網(wǎng)、嵌入式技術(shù)、計算機應(yīng)用軟件的三層技術(shù)，學(xué)生都可以動手編程，可訓(xùn)練學(xué)生針對Zigbee協(xié)議芯片 CC2530.ARM9內(nèi)核芯片S3 2440、計算機在物聯(lián)網(wǎng)各環(huán)節(jié)上編程實踐和創(chuàng)新能力，(4)功能齊全、綜合性強。對不同類型的數(shù)據(jù)(監(jiān)控、聲音、圖像)，不同類型的通信方式(Zigbee、RFID、GPRS、WiFi )均可同時綜合在一個項目里完成實驗。(5)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域，讓學(xué)生及早的認(rèn)識和了解物聯(lián)網(wǎng)，研究無線射頻識別、傳感網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系和應(yīng)用模式，更進一步的推動國家的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向前發(fā)展。(6)采用傳感節(jié)點模擬控制對象，實現(xiàn)模擬智能農(nóng)業(yè)和智能家居綜合實訓(xùn)項目。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是本實用新型的實訓(xùn)臺面板圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，本實用新型包括以下組件一、通用傳感節(jié)點，數(shù)量為一個以上，每個通用傳感節(jié)點由提供電源和輸入輸出接口的通用板，以及安裝在通用板上的Zigbee模塊(本實施例中Zigbee模塊的芯片型號為 CC2530)、傳感模塊組成。本實施例中設(shè)置5個通用傳感節(jié)點，5個傳感節(jié)點可插上用于處理不同類型數(shù)據(jù)的傳感模塊，進一步連接不同的輸入輸出模塊，用于輸入傳感器信號或RFID 信號，以及控制輸出，如聲音報警、LED調(diào)光、步進電機控制、直流電機控制、液晶顯示、LED 屏、RFID、風(fēng)扇控制等，各模塊接口都通用，主要看傳感節(jié)點選用怎樣的程序。多個模塊在連接線較少的情況下可接在同一個通用傳感節(jié)點上。本實施例的5個傳感節(jié)點組成Zigbee 自組網(wǎng)，與協(xié)調(diào)器進行通信。通用傳感節(jié)點的電源可以由充電電池供電，也可以由USB供電并充電，由多種方式輸出，如可以用香蕉插頭連接3個I/O 口線，也可以用20芯牛角插頭連接多個I/O 口線。二、協(xié)調(diào)器，由提供電源的通用板，以及安裝在通用板上的Zigbee模塊組成，其硬件結(jié)構(gòu)與通用傳感節(jié)點基本相同，但不具備傳感模塊來連接各種輸入輸出模塊。協(xié)調(diào)器與各通用傳感節(jié)點進行通信，并通過串口 RS232與嵌入式網(wǎng)關(guān)以及計算機進行通信。三、嵌入式網(wǎng)關(guān)，采用ARM9內(nèi)核(本實施例中ARM9內(nèi)核的芯片型號為S3C2440)，起智能網(wǎng)關(guān)的作用，其通過串口 RS232連接協(xié)調(diào)器對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)。嵌入式網(wǎng)關(guān)同時也是嵌入式技術(shù)實訓(xùn)裝置，能開展嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗。 嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗，項目如下(一)一般實驗跑馬燈(端口的使用)、數(shù)碼管顯示實驗、外部中斷實驗、PWM (脈寬調(diào)制)、串行通信、IIC總線、ADC (AD轉(zhuǎn)換)。(二)Linux操作系統(tǒng)下實驗 Linux開發(fā)環(huán)境的搭建、IXD顯示、以太網(wǎng)接口(數(shù)據(jù)與計算機互聯(lián)互通_光敏)、CM0S攝像頭、GSM/GPRS實驗、WIFI實驗。(傳輸視頻到計算機)、IIS音頻總線(傳輸音頻到計算機)、 常用B00TL0ADER的配置與編譯、LINUX內(nèi)核移植及YAFFS文件系統(tǒng)制作、LINUX驅(qū)動程序?qū)嵗?GPI0)、Qt的安裝、創(chuàng)建窗口及按鈕、菜單及快捷鍵、鼠標(biāo)鍵盤事件、Qt繪圖(簡單無線溫濕度數(shù)據(jù)采集上下位機控制及數(shù)據(jù)顯示)。(三)高級實驗無線多點數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控。四、計算機，通過串口 RS232與協(xié)調(diào)器連接，對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)。計算機與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過有線、GPRS、WiFi進行通信，傳輸圖像或聲音數(shù)據(jù)。此外，計算機和嵌入式網(wǎng)關(guān)還通過GPRS與手機通信。五、實訓(xùn)臺，內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)，以及供通用傳感節(jié)點選擇連接的各種輸入輸出模塊，如聲音報警模塊、LED調(diào)光模塊、步進電機控制模塊、直流電機控制模塊、液晶顯示模塊、 LED屏模塊、RFID模塊、風(fēng)扇控制模塊等。用于模擬代替家電、照明、智能紅外報警、監(jiān)控等被控對象，進行無線組網(wǎng)實訓(xùn)和嵌入式技術(shù)實訓(xùn)。本實用新型采用實訓(xùn)臺形式，通用傳感節(jié)點的輸入輸出模塊置于實驗臺的面板上，嵌入式系統(tǒng)也置于面板上，使無線組網(wǎng)實訓(xùn)和嵌入式技術(shù)實訓(xùn)合二為一，并綜合這兩門課程應(yīng)用，展示物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。本實用新型由傳感節(jié)點設(shè)計制作、多傳感節(jié)點組網(wǎng)實訓(xùn)、嵌入式系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)四部分組成，展示了物聯(lián)網(wǎng)不同層面的核心技術(shù)。傳感節(jié)點的感知與組網(wǎng)，各種的通信方式的綜合運用，應(yīng)用層界面設(shè)計及監(jiān)控程序的編寫，為這3個層面設(shè)計了光照傳感器的檢測控制、溫濕度傳感器的檢測控制、點對點通信過程、數(shù)據(jù)包解析、無線傳感節(jié)點信號強度測試、GPRS通信、嵌入式系統(tǒng)的傳輸圖像、應(yīng)用界面的設(shè)計、串行通信數(shù)據(jù)添加數(shù)據(jù)庫、通過計算機控制Zigbee節(jié)點、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信、計算機通過WIFI接受并顯示視頻等多個單項實驗；還設(shè)計了智能農(nóng)業(yè)、智能家居(異構(gòu)網(wǎng))等綜合實訓(xùn)。本實用新型把所有實驗都聚焦到單片機、嵌入式及計算機三大平臺，并詳細(xì)給出了各自平臺環(huán)境的搭建方法及基礎(chǔ)實驗。可用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)課程實驗及實訓(xùn)， 也可以作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的培訓(xùn)。物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)臺主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)， 針對無線組網(wǎng)技術(shù)、Zigbee通信、嵌入式技術(shù)、可視化程序設(shè)計等課程的實驗；以及物聯(lián)網(wǎng)無線組網(wǎng)實訓(xùn)、嵌入式技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實訓(xùn)等實踐類課程及學(xué)生創(chuàng)新活動。本實用新型的主要實訓(xùn)項目如下基礎(chǔ)實驗1、按鍵控制LED燈閃爍。2、點陣圖型12864LCD模塊顯示。3、定時器 T1、T2、T3、T4 的使用。4、I/O外部中斷的使用。5、片內(nèi)溫度的測量。6、有線串口收發(fā)。[0045]7、按鍵設(shè)置系統(tǒng)功耗模式及睡眠方式的喚醒。8、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集。9、光照強度數(shù)據(jù)采集。10、壓力傳感器數(shù)據(jù)采集。11、酒精濃度傳感器數(shù)據(jù)采集。12、煙霧傳感器數(shù)據(jù)采集。13、加速度傳感器數(shù)據(jù)采集。14、RFID讀卡數(shù)據(jù)采集。15、光電感應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)采集。16、步進電機的控制。17、直流電機的控制。18、LED照明燈無級調(diào)光控制。19、LED點陣屏顯示控制。20、傳感節(jié)點信號強度的檢測。21、風(fēng)扇、蜂鳴器控制。22、傳感節(jié)點利用GPRS遠(yuǎn)程控制。高級實驗UZigbee點對點通信——溫濕度數(shù)據(jù)采集控制(無線、綁定過程)。2、Zigbee 協(xié)議分析。3、樹形組網(wǎng)——兩個溫濕度一個光照(三個節(jié)點中間一個節(jié)點為路由器進行轉(zhuǎn)發(fā))。4、Zigbee星狀網(wǎng)通信——RFID讀卡數(shù)據(jù)、溫濕度采集控制(終端節(jié)點、匯聚節(jié)點)。5、Zigbee Mesh網(wǎng)通信——智能家居。6、Zigbee桌面程序——無線LED點陣屏顯示控制。嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗(裸機)1、跑馬燈(端口的使用)。2、數(shù)碼管顯示實驗。3、外部中斷實驗。4、P麗(脈寬調(diào)制)。5、串行通信。6、IIC 總線。7、ADC (AD 轉(zhuǎn)換)。Linux操作系統(tǒng)下實驗ULinux開發(fā)環(huán)境的搭建。2、LCD 顯示。3、以太網(wǎng)接口(數(shù)據(jù)與計算機互聯(lián)互通_光敏)。4、CMOS 攝像頭。5、GSM/GPRS 實驗。[0083]6、WIFI實驗。(傳輸視頻到計算機)。7、IIS音頻總線(傳輸音頻到計算機)。8、常用B00TL0ADER的配置與編譯。9、LINUX內(nèi)核移植及YAFFS文件系統(tǒng)制作。10、LINUX 驅(qū)動程序?qū)嵗?GPI0)。11、Qt 的安裝。12、創(chuàng)建窗口及按鈕。13、菜單及快捷鍵。14、鼠標(biāo)鍵盤事件。15、Qt繪圖(簡單無線溫濕度數(shù)據(jù)采集上下位機控制及數(shù)據(jù)顯示)。實訓(xùn)項目一無線多點數(shù)據(jù)采集。項目二 數(shù)據(jù)圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)層實驗1、數(shù)據(jù)庫的操作。2、應(yīng)用界面的設(shè)計。3、串行通信數(shù)據(jù)添加數(shù)據(jù)庫(Zigbee模塊)。4、通過計算機控制Zigbee節(jié)點。5、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信(計算機通過有局域網(wǎng)接受ARM板上的信息)。6、GPRS 的通信。7、計算機通過WIFI接受并顯示視頻。實訓(xùn)1、與Zigbee的匯聚節(jié)點通信并顯示拓?fù)鋱D(即時采樣)。2、路燈遠(yuǎn)程控制。3、智能農(nóng)業(yè)(濕度噴霧、光照增光系統(tǒng)、溫度加溫)。4、智能家居(門禁、通風(fēng)、電飯煲、洗衣機、電熱水器、監(jiān)控、短信、周界等)。5.家庭智能安防。以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例。可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于包括一個或多個通用傳感節(jié)點，每個通用傳感節(jié)點由提供電源和輸入輸出接口的通用板， 以及安裝在通用板上的Zigbee模塊、傳感模塊組成，用于輸入信號并控制輸出；所述通用傳感節(jié)點組成Zigbee自組網(wǎng)，與協(xié)調(diào)器進行通信；協(xié)調(diào)器，由提供電源的通用板，以及安裝在通用板上的Zigbee模塊組成；與所述通用傳感節(jié)點、嵌入式網(wǎng)關(guān)以及計算機進行通信；嵌入式網(wǎng)關(guān)，采用ARM9內(nèi)核，起智能網(wǎng)關(guān)的作用，通過串口連接協(xié)調(diào)器對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)；同時是嵌入式技術(shù)實訓(xùn)裝置，能開展嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗；計算機，通過串口連接協(xié)調(diào)器對每個通用傳感節(jié)點進行監(jiān)控，并用于傳輸圖像和聲音數(shù)據(jù)；實訓(xùn)臺，內(nèi)置嵌入式系統(tǒng)以及供通用傳感節(jié)點連接的各輸入輸出模塊，用于模擬代替包括家電、照明、智能紅外報警、監(jiān)控在內(nèi)的被控對象，進行無線組網(wǎng)實訓(xùn)和嵌入式技術(shù)實訓(xùn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述通用傳感節(jié)點的電源可由充電電池供電，也可由USB供電并充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述通用傳感節(jié)點的輸出可用香蕉插頭連接3個I/O 口線，也可用20芯牛角插頭連接多個I/O 口線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述可供通用傳感節(jié)點連接的輸入輸出模塊包括聲音報警模塊、LED調(diào)光模塊、步進電機控制模塊、直流電機控制模塊、液晶顯示模塊、LED屏模塊、RFID模塊、風(fēng)扇控制模塊，所述各輸入輸出模塊的接口通用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述計算機與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過有線、GPRS、WiFi進行通信，傳輸圖像或聲音數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述計算機和嵌入式網(wǎng)關(guān)通過GPRS與手機通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述Zigbee模塊的芯片型號為 CC2530。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其特征在于所述ARM9內(nèi)核的芯片型號為 S3CM40。
專利摘要本實用新型公開一種物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)裝置，其包括一個或多個通用傳感節(jié)點、協(xié)調(diào)器、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計算機以及實訓(xùn)臺。本實用新型把所有實驗都聚焦到單片機、嵌入式及計算機三大平臺，并詳細(xì)給出了各自平臺環(huán)境的搭建方法及基礎(chǔ)實驗?？捎糜谖锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)課程實驗及實訓(xùn)，也可以作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的培訓(xùn)。物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)臺主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)，針對無線組網(wǎng)技術(shù)、Zigbee通信、嵌入式技術(shù)、可視化程序設(shè)計等課程的實驗；以及物聯(lián)網(wǎng)無線組網(wǎng)實訓(xùn)、嵌入式技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實訓(xùn)等實踐類課程及學(xué)生創(chuàng)新活動。
文檔編號G09B23/18GK202221632SQ20112024447
公開日2012年5月16日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者周志德, 曹建峰, 杜偉略, 潘健, 蔡建軍, 陳天娥 申請人:無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院