一种物联网互动教学设备的制作方法

[0001]
本发明涉及物联网教学技术领域，具体领域为一种物联网互动教学设备。


背景技术：

[0002]
近年来，随着信息技术的快速发展，基于pc的物联网技术在教育行业得到广泛应用。物联网技术中基于应用软件和嵌入式系统的现代化设备打破了高校教学方式的原有格局。随着高校教学改革的不断深入，教学方式逐渐向现代化、信息化、多元化方向发展，物联网互动教学设备在教学实践中的地位也越来越凸显。而随着物联网技术的不断发展，当前基于pc机的物联网终端逐渐被移动设备所替代，尤其是近年来开源android系统的发展更加速了这一进程，android智能手机逐渐转变成物联网终端设备，成为物联网互动教学设备中不可或缺的重要组成部分，物联网互动教学设备是融合传感器技术、嵌入式系统、分布式信息处理技术、无线通信技术和智能控制等先进技术的物联网产品，它具有较多外围设备，如wi-fi模块、zigbee模块、射频模块、摄像头和蓝牙等模块。厂商为了实现多功能和缩短开发周期，通常将具有不同功能的外围设备集中设计在同一电路板上，这样造成了电路板体积大，携带不便，操作不灵活，且成本高，硬件可配置性较低等问题，同时现有物联网互动教学设备的设计仍未摆脱传统教学仪器的设计思想，在功能、结构等方面过分强调“与教材一致”，教学仪器中的各部分功能是由厂家先行设计并出厂封装好的，学生在潜意识中会认为某一接口为特定外设设计；同时缺乏对学生自主实验设计支持的多样性和灵活性，致使“学”与“做”不能尽快融会贯通，导致教学效果大打折扣。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种物联网互动教学设备，以解决上述背景技术中提出的无线通信技术和智能控制等先进技术的物联网产品，它具有较多外围设备，如wi-fi模块、zigbee模块、射频模块、摄像头和蓝牙等模块。厂商为了实现多功能和缩短开发周期，通常将具有不同功能的外围设备集中设计在同一电路板上，这样造成了电路板体积大，携带不便，操作不灵活，且成本高，硬件可配置性较低等问题，同时现有物联网互动教学设备的设计仍未摆脱传统教学仪器的设计思想，在功能、结构等方面过分强调“与教材一致”，教学仪器中的各部分功能是由厂家先行设计并出厂封装好的，学生在潜意识中会认为某一接口为特定外设设计；同时缺乏对学生自主实验设计支持的多样性和灵活性，致使“学”与“做”不能尽快融会贯通，导致教学效果大打折扣的问题。
[0004]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种物联网互动教学设备，包括智能手机，所述智能手机的下端接口连接有独立核心板，所述独立核心板内设置有stm核心芯片，所述stm核心芯片双向电连接有i/o口引脚接口，所述stm核心芯片的输出端单向电连接于仿真器下载开关的输入端，所述stm核心芯片的输入端单向电连接于电源开关的输出端，所述电源开关的输入端单向电连接于电源接口的输出端，所述stm核心芯片双向电连接有lcd模块接口，所述stm核心芯片的输入端单向电连接有仿真器下载口，所述stm核心芯片的
输入端单向电连接有复位开关，所述stm核心芯片的控制信号接口双向电连接于plhxd芯片的控制信号接口，所述stm核心芯片的像素数据输出接口单向电连接于plhxd芯片的像素数据输入接口，所述stm核心芯片双向电连接有usb接口，所述stm核心芯片双向电连接有协调控制器，所述协调控制器上安装有zigbee中心节点，所述zigbee中心节点无线电连接有zigbee终端节点，所述zigbee终端节点双向电连接有温度传感器。
[0005]
优选的，所述智能手机是基于android系统的智能手机。
[0006]
优选的，所述stm核心芯片的型号为stmfzet芯片。
[0007]
优选的，所述usb接口为上microusb接口。
[0008]
优选的，所述stm核心芯片内设置有第一接口控制模块、状态判别模块和主控制逻辑模块。
[0009]
优选的，所述plhxd芯片内设置有第二接口控制模块、时钟控制模块和电源。
[0010]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种物联网互动教学设备与传统教学设备相比，将广泛使用的智能手机作为实验终端，实现了实验编程与智能手机数据监控相结合，实验过程灵活方便，学生通过利用此物联网互动教学设备的外围设备接口，很容易搭建适合自己的学习平台，组合出不同的功能模块，完成不同的实验任务。将手机终端、核心板与外围设备相互分离，降低了电路板复杂性和制造成本，使仪器各部件功能明确、结构突出、形象直观，进而吸引学生注意力，激发学生创新思维，使教学仪器充分发挥知识载体的作用，遵从教学过程中的认知规律，本发明很好地体现了物联网的三层特征，其中设计包含传感层、传输层和应用层的典型实验。感知层实验，例如温度传感器实验，主要让学生了解核心板硬件结构：传输层实验，例如无线信号传输实验，主要是学习zigbee网络的组网过程；应用层实验，例如络开发实验，主要是学习软件设计和数据库的开发。同时，系统软件的交互界面能够对温度参数进行实时显示，本发明设计简单合理，学生可以根据实验需要自由选择外围模块构建物联网控制系统，还可以自行设计其他的扩展功能模块，并与现有模块一起使用构建新的物联网控制系统，具有很好的灵活性、开放性、扩展性。该教学设备的投入应用将会大大提高学生的物联网控制系统的应用开发能力和创新能力，具有较高的实用价值。
附图说明
[0011]
图1为本发明的结构示意图；
[0012]
图2为本发明的独立核心板的结构示意图。
[0013]
图中：1-智能手机、2-独立核心板、3-stm32核心芯片、301-第一接口控制模块、302-状态判别模块、303-主控制逻辑模块、4-i/口引脚接口、5-仿真器下载开关、6-电源开关、7-电源接口、8-lcd模块接口、9-仿真器下载口、10-复位开关、11-pl2303hxd芯片、111-第二接口控制模块、112-时钟控制模块、113-电源、12-usb接口、13-协调控制器、14-zigbee中心节点、15-zigbee终端节点、16-温度传感器。
具体实施方式
[0014]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
[0015]
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种物联网互动教学设备，包括智能手机1，智能手机1的下端接口连接有独立核心板2，独立核心板2内设置有stm32核心芯片3，stm32核心芯片3的中文名为嵌入式单片机，是意法半导体集团开发的一个系列的微控制器，其是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计的。在stm32f105和stm32f107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出stm32基本型系列、增强型系列、usb基本型系列、互补型系列；新系列产品沿用增强型系列的72mhz处理频率。内存包括64kb到256kb闪存和20kb到64kb嵌入式sram。新系列采用lqfp64、lqfp100和lfbga100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合stm32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求，第一，在结构设计上，采用“通用手机设备+定制核心板+自构外设元件”的模块化设计，将正被广泛使用的开源android智能手机作为通用终端，定制的独立核心板2为中间件，与外设功能元件共同构成实验平台。将手机终端、核心板与外围设备相互分离，降低了电路板复杂性和制造成本，使仪器各部件功能明确、结构突出、形象直观，进而吸引学生注意力，激发学生创新思维，使教学仪器充分发挥知识载体的作用，遵从教学过程中的认知规律，第二，在工艺设计中，贯彻标准化、通用化、系列化原则，使基础元件的生产、供应纳入“三化”轨道，不但能提高元件质量，而且容易维修，更换方便。第三，在教学内容上，既可高效地测试硬件传感器，传输模块，更方便地实现动态组网，移动监控等物联网实验。stm32核心芯片3双向电连接有i/o口引脚接口4，stm32核心芯片3的输出端单向电连接于仿真器下载开关5的输入端，stm32核心芯片3的输入端单向电连接于电源开关6的输出端，电源开关6的输入端单向电连接于电源接口7的输出端，stm32核心芯片3双向电连接有lcd模块接口8，stm32核心芯片3的输入端单向电连接有仿真器下载口9，stm32核心芯片3的输入端单向电连接有复位开关10，stm32核心芯片3的控制信号接口双向电连接于pl2303hxd芯片11的控制信号接口，stm32核心芯片3的像素数据输出接口单向电连接于pl2303hxd芯片11的像素数据输入接口，stm32核心芯片3双向电连接有usb接口12，stm32核心芯片3双向电连接有协调控制器13，协调控制器13上安装有zigbee中心节点14，zigbee中心节点14无线电连接有zigbee终端节点15，zigbee终端节点15双向电连接有温度传感器16，基于zigbee的物联网环境温度监测系统主要由温度传感器16、zigbee终端节点15、协调控制器13、独立核心板2、智能手机1等部分构成。其中，温度传感器16实现温度数据的采集、存储、上传；协调控制器13负责zigbee网络的组建，进而实现温度传感器13与物联网教学仪器中独立核心板2之间的数据无线传输；物联网教学仪器中独立核心板2通过控制指令的发送、接收及数据处理，完成对温度监测的编程与实现；智能手机1上的物联网教学实验app可以实时的监测各节点的环境温度，并通过折线图动态描绘出温度变化趋势，用户控制程序运行于android系统应用层，用户控制程序通过接收用户的输入操作，生成卡相应的控制指令然后通过串口线发送到物联网教学仪器中独立核心板2上的stm32控制器3，stm32控制器3完成控制指令解析，并依据解析结果实现对不同外围设备的控制。整个发明的设计思想既顺应了教学仪器改革的发展趋势，又符合教学仪器设计原则，是教学仪器发展的必然要求。采用该实验模块进行组合教学，学生根据实验要求搭建自己的系统硬件，这样可大大提高课堂教学效率，提高学生的学习兴趣，促进学
生动手能力的不断提高。另外，随着科技发展和知识更新，教学仪器中某一模块的淘汰替代了整个实验箱的淘汰，而且在使用过程中不同实验箱的相同模块可以相互替换，在节省设备资金投入的同时，减少了资源浪费。
[0016]
具体而言，智能手机1是基于android系统的智能手机。
[0017]
具体而言，stm32核心芯片3的型号为stm32f103zet6芯片。
[0018]
具体而言，usb接口12为上microusb接口。
[0019]
具体而言，stm32核心芯片3内设置有第一接口控制模块301、状态判别模块302和主控制逻辑模块303。
[0020]
具体而言，pl2303hxd芯片11内设置有第二接口控制模块111、时钟控制模块112和电源113。
[0021]
工作原理：本发明在使用时，通过对stm32核心芯片3进行编程实现不同外围设备的控制，并采用usb转串口和otg(on-the-go)技术将指令实时传送到智能手机1，在智能手机1上进行软件设计，实现二者的双向通信，进而完成不同的物联网教学实验与创新项目探索。该物联网互动教学设备经特殊结构和电路设计实现智能手机1与嵌入式设备的通信，接口设计成标准的micro型的usb接口12，与智能手机1数据线接口一致，保证与android智能手机的物理接口兼容。在该模块上设计有仿真器下载口9，可使用计算机完成stm32软件设计，并通过该口下载到stm32核心芯片3中，进行实验调试。为达到实验操作的灵活性、节省成本和提高物联网互动教学设备利用率的目的，该模块提供外围设备的接口，所有外围设备都是可选的，通过对不同外围设备进行组合，并接插在接口引脚上，就可完成物联网实验的硬件搭建，打破了原有物联网互动教学设备的设计格局，使得设计出的新型物联网互动教学设备具有模块通用性好、实践形式扩展性好和教学过程直观性强等特征。
[0022]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0023]
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
[0024]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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