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嵌入式實訓室概述 隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的快速發(fā)展,嵌入式技術(shù)迎來了發(fā)展機遇的同時,也給高校的嵌入式系統(tǒng)課程帶來了挑戰(zhàn),。嵌入式系統(tǒng)具有體積小,、功能強、可靠性高等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,深入人們生活方方面面,對應(yīng)培養(yǎng)多樣化,、高端化人才的需求,。因此,越來越多高校開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用課程。以新興應(yīng)用型本科院校為例,信息工程學院計算機科學與技術(shù)專業(yè)設(shè)置了嵌入式技術(shù)的理論課程,、實驗課程,、課程設(shè)計和系統(tǒng)集成項目實訓,目的是培養(yǎng)同時具備嵌入式系統(tǒng)軟硬件綜合開發(fā)與應(yīng)用能力的高素質(zhì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人才。 嵌入式系統(tǒng)實訓室是進行嵌入式系統(tǒng)課程教學的重要場所,它為學生提供一個專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)學習實訓環(huán)境,。實訓室一般設(shè)置有嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺,、各種傳感器模塊、嵌入式處理器開發(fā)板,、儀器設(shè)備等硬件設(shè)施,。同時還配備了完善的軟件平臺,如嵌入式操作系統(tǒng)、開發(fā)工具鏈,、仿真平臺等,。 在實訓室內(nèi),學生可以接觸各種主流的嵌入式處理器和微控制器,如ARM、MIPS,、AVR,、DSP等,學習嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、嵌入式操作系統(tǒng)移植,、驅(qū)動程序開發(fā),、系統(tǒng)仿真、應(yīng)用程序設(shè)計等內(nèi)容,。通過完成一系列的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計實訓,學生可以較系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法,培養(yǎng)解決實際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)問題的能力,。 實訓室還要注重培養(yǎng)學生的動手能力和團隊合作精神,。學生需要通過團隊形式開展項目實訓,在指導教師的指導下,從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計到項目實現(xiàn)全過程中練習嵌入式系統(tǒng)開發(fā),。這不僅鞏固了學生的專業(yè)知識,也提高了實際能力,對今后從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作非常有幫助,。 第一部分 嵌入式實訓室概念及背景 1.1什么是嵌入式 嵌入式系統(tǒng)（embedded system），是一種嵌入機械或電氣系統(tǒng)內(nèi)部,、具有專一功能和實時計算性能的計算機系統(tǒng),。嵌入式系統(tǒng)常被用于高效控制許多常見設(shè)備，被嵌入的系統(tǒng)通常是包含數(shù)位硬件和機械部件的完整設(shè)備,，例如汽車的防鎖死煞車系統(tǒng),。相反，通用計算機如個人電腦則設(shè)計靈活,，可以智能處理各式各樣的運算情況,，以滿足廣大終端用戶不同的需要。 現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)通常是基于微控制器（如含集成內(nèi)存和/或外設(shè)接口的中央處理單元）的,，但在較復雜的系統(tǒng)中普通微處理器（使用外部存儲芯片和外設(shè)接口電路）也很常見,。通用型處理器、專門進行某類計算的處理器,、為手持應(yīng)用訂制設(shè)計的處理器等,，都可能應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)。常見的專用處理器有數(shù)字信號處理器,。 嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵特性是處理特定的任務(wù),，因此工程師能對其進行優(yōu)化，以降低產(chǎn)品的體積和成本,，提升可靠性和性能,。 嵌入式系統(tǒng)的物理形態(tài)包括便攜設(shè)備如計步器、電子手表和MP3播放器,，大型固定裝置如交通燈,、工廠控制器，大型復雜系統(tǒng)如混合動力汽車,、磁共振成像設(shè)備,、航空電子設(shè)備等。它們的復雜度低至單片機,，高至大型底盤或外殼內(nèi)安裝有多個部件,、外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)。 嵌入式系統(tǒng)的主要特征包括:
1.2 嵌入式知識結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)分為四層結(jié)構(gòu),，分別為：硬件層、驅(qū)動層,、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層,。 硬件層： 包括處理器,、存儲器、微控制器,、I/O,、DAC ADC、電源,、總線,、定時器 計數(shù)器等等。此外根據(jù)不同的應(yīng)用場景,，嵌入式硬件會集成不同的傳感器,，例如攝像頭、雷達,、GPS等等,。 基于ARM平臺的設(shè)計開發(fā)（Cortex-A8/Cortex-A9/Cortex-A53/Cortex-M系列等） 基于TI DSP平臺的設(shè)計開發(fā)（2000/5000/6000系列、DM6446/DM6447 達芬奇系列） 基于FPGA 平臺的設(shè)計開發(fā)（Altere/Xilinx 系列） 驅(qū)動層： 基于Linux操作系統(tǒng)的Bootloader,、平臺支持代碼,、各類設(shè)備驅(qū)動 基于 Windows CE/Mobil/phone 平臺的驅(qū)動定制、開發(fā) Cortex-M系列的uC/OS,、FreeRTOS VxWorks BSP 開發(fā) 操作系統(tǒng)層： Linux 內(nèi)核開發(fā)（內(nèi)存管理、文件系統(tǒng),、進程管理,、進程通信、電源管理,、實時性改進等） Android框架層開發(fā) 應(yīng)用層： Android應(yīng)用開發(fā) QT/E的應(yīng)用與開發(fā) VxWorks 應(yīng)用開發(fā) IOS應(yīng)用開發(fā) Windows CE應(yīng)用開發(fā) 1.3嵌入式技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng) 本專業(yè)培養(yǎng)面向軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工程技術(shù)人員,、軟件和信息技術(shù)服務(wù)人員等職業(yè)群，能夠從事智能終端,、物聯(lián)網(wǎng)等嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā),、測試、集成,、技術(shù)支持與維護等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能人才,。 掌握以下知識： (1)掌握必備的思想政治理論、科學文化基礎(chǔ)知識和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化知識,。 (2)熟悉與本專業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)以及環(huán)境保護,、安全消防、文明生產(chǎn)等知識,。 (3 )掌握數(shù)模電路基礎(chǔ)及常用傳感器基本原理,。 (4)掌握計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)。 (5)熟悉單片機,、ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本原理,。 (6)熟悉嵌入式操作系統(tǒng)基本原理,。 (7 )掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理。 (8)掌握Android應(yīng)用程序開發(fā)基本原理,。 (9)掌握嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)基本原理,。 具備以下能力： (1 )具有探究學習、終身學習,、分析問題和解決問題的能力,。 (2)具有良好的語言、文字表達能力和溝通能力,。 (3)具有良好的文檔策劃,、編寫及圖像處理能力。 (4)具有計算機語言程序編程能力,。 (5)具有單片機系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)能力,。 (6 )具有Android應(yīng)用程序開發(fā)能力。 (7 )具有嵌入式應(yīng)用軟件測試及撰寫測試報告能力,。 (8)具有移動智能終端產(chǎn)品開發(fā)及測試能力,。 (9)具有嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)能力。 (10)具有嵌入式系統(tǒng)集成,、技術(shù)支持及維護能力,。 (11)具有綜合應(yīng)用專業(yè)知識進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。 1.4嵌入式實訓室配備專業(yè)核心課程主要教學內(nèi)容 （1）單片機項目開發(fā) 單片機系統(tǒng)開發(fā)流程概述,；Keil C51集成開發(fā)環(huán)境搭建和運行,；C51程序設(shè)計；單片機中斷系統(tǒng)應(yīng)用,；定時器/計數(shù)器應(yīng)用,；串口通信應(yīng)用；數(shù)碼顯示與鍵盤接口 ,； A/D與D/A應(yīng)用,；常用外設(shè)芯片接口應(yīng)用等 （2）ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 ARM微處理器結(jié)構(gòu)簡介；ARM指令系統(tǒng)與應(yīng)用,；ARM開發(fā)平臺搭建,；ARM 的GPIO端口編程；ARM存儲器應(yīng)用,；ARM接口技術(shù),；Bootloadeo移植；嵌入 式Linux內(nèi)核移植及嵌入式Linux文件系統(tǒng)移植等,。 （3）智能硬件技術(shù)與應(yīng)用 智能硬件產(chǎn)品概述,；傳感器應(yīng)用技術(shù)；硬件控制技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)和智能 系統(tǒng)等部分,。傳感器應(yīng)用包含生物傳感,、物理傳感及化學傳感等內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)接入包含紅外,、藍牙,、NFC、ZigBee,、Wi-Fi和二維碼等內(nèi)容,，智能系統(tǒng)則主 要是云計算應(yīng)用。 （4）嵌入式Android項目設(shè)計與開發(fā) Android開發(fā)環(huán)境搭建,；Android控件Widgets應(yīng)用,；Android圖形界面設(shè)計； Android數(shù)據(jù)存儲,；Android應(yīng)用數(shù)據(jù)交互,；Android多線程程序設(shè)計；Android 多媒體程序設(shè)計,；Android異步程序設(shè)計及Android嵌入式實例項目應(yīng)用等,。 （5）移動智能終端應(yīng)用開發(fā) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論；無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),；自動識別技術(shù),；條形碼技術(shù)；定位技術(shù),；Android應(yīng)用層技術(shù)開發(fā)及系統(tǒng)項目集成案例等,。 （6）嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) 嵌入式串口通信程序設(shè)計；驅(qū)動應(yīng)用程序設(shè)計,；多任務(wù)多線程程序設(shè)計；基于QT或Android界面交互程序設(shè)計,；嵌入式接口程序設(shè)計,；基于BOA服務(wù)器遠程程序控制及綜合控制程序設(shè)計。 1.5嵌入式實訓室基本要求 (1)嵌入式硬件技能實訓室 嵌入式硬件技能實訓室應(yīng)配備服務(wù)器,、投影設(shè)備,、白板、計算機,、Wi-Fi環(huán)境,、電路實 訓箱、單片機和ARM實訓板,，提供云計算環(huán)境接入等,；用于數(shù)模電路基礎(chǔ)、單片機項目開發(fā)、ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用,、ARM接口高級技術(shù)及編程等課程的教學與實訓,。 (2)嵌入式軟件開發(fā)實訓室 嵌入式軟件開發(fā)實訓室應(yīng)配備服務(wù)器、投影設(shè)備,、白板,、計算機、Wi-Fi環(huán)境,，提供云 計算環(huán)境接入,，嵌入式操作系統(tǒng)虛擬環(huán)境、計算機編程相關(guān)軟件,、V交互設(shè)計軟件及軟件 測試工具等,；用于計算機編程語言、嵌入式軟件測試,、C+ +高級編程等課程的教學與實訓,。 (3)嵌入式綜合技能實訓室 嵌入式綜合技能實訓室應(yīng)配備服務(wù)器、投影設(shè)備,、白板,、計算機、Wi-Fi環(huán)境,，提供云計算環(huán)境接入,、Android開發(fā)相關(guān)軟件及工具、物聯(lián)網(wǎng)實訓平臺及智能硬件實訓系統(tǒng),；用于智能硬件技術(shù)與應(yīng)用,、嵌入式Android項目設(shè)計與開發(fā)、移動智能終端應(yīng)用開發(fā),、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā),、嵌入式項目綜合實踐等課程的教學與實訓。 (4)校外實訓基地基本要求 校外實訓基地基本要求為：具有穩(wěn)定的校外實訓基地,；能夠開展嵌入式技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)相關(guān)實訓活動,，實訓設(shè)施齊備，實訓崗位,、實訓指導教師確定,，實訓管理及實施規(guī)章制度齊全。 第二部分 嵌入式實訓室介紹 2.1嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺 嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺是針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)進行教學的平臺,。由核心控制單元,、無線通信單元、電機驅(qū)動單元,、循跡功能單元,、功能擴展單元、功能電路單元、邊緣智能處理單元等部分組成,。 嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺作為新型教學載體,，按照項目引領(lǐng)和任務(wù)驅(qū)動的教學模式,采取模塊化、積木式的設(shè)計理念,可以根據(jù)不同的教學實訓需求,通過組合功能模塊單元,完成不同難度和不同系統(tǒng)框架的實驗實訓系統(tǒng)的自主設(shè)計和搭建,。 系統(tǒng)可以選配和定制各種傳感器,、執(zhí)行器、自動識別和創(chuàng)新應(yīng)用模塊來擴充功能,。支持選配全系列的物聯(lián)網(wǎng)通信單元實現(xiàn)無線組網(wǎng)和智能互聯(lián),可以接入多種云平臺進行云端的數(shù)據(jù)交互和互聯(lián)控制,。 系統(tǒng)支持視覺(圖像分類、目標檢測,、圖像分割)和語音這兩大典型AI應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā),可實現(xiàn)邊緣智能和云端智能兩種AI技術(shù)路線,從而達到智能駕駛和車聯(lián)網(wǎng)等綜合應(yīng)用效果,。系統(tǒng)全面融合了不同層次和專業(yè)背景人才的培養(yǎng)需求,完全滿足電子信息、嵌入式,、物聯(lián)網(wǎng),、人工智能、移動互聯(lián),、機器人等電子信息大類專業(yè)的核心課程日常教學,、實踐訓練和競賽創(chuàng)新的使用要求。
課程資源： 《嵌入式MCU開發(fā)高級-RT-Thread應(yīng)用開發(fā)》 《嵌入式微控制器應(yīng)用開發(fā)》 《嵌入式微控制器應(yīng)用開發(fā)|項目實戰(zhàn)》 《Python編程》 《OpenCV計算機視覺應(yīng)用開發(fā)》 《機器學習與應(yīng)用》 《深度學習框架開發(fā)》 《人工智能應(yīng)用開發(fā)實踐》 硬件參數(shù)： 1.核心控制單元 (1) Arduino核心控制單元 1) 核心處理器,，主頻≤16MHz,； 2) 內(nèi)存和存儲：≥256KB Flash，≥8KB SRAM,； 3) 板載資源及擴展接口：1路12V供電接口,、1路電源管理模塊、1路12V供電接口,，1路電源管理模塊接口,，1路硬件復位按鍵，2個功能按鍵,，2個LED燈,，1路任務(wù)板接口，1路循跡板接口,，1路通信顯示板接口，1路電機驅(qū)動板接口,，1路擴展板接口,，1路USB轉(zhuǎn)串口。 (2) STC8A核心控制單元 1) 處理器,，主頻≥24MHz,； 2) 內(nèi)存和存儲：≥64KB Flash，≥8KB RAM； 3) 支持ISP編程,，支持單芯片在線仿真,； 4) 板載資源及擴展接口：1路12V供電接口、1路電源管理模塊,、1路12V供電接口,，1路電源管理模塊接口，1路硬件復位按鍵,，2個功能按鍵,，2個LED燈，1路任務(wù)板接口,，1路循跡板接口,，1路通信顯示板接口，1路電機驅(qū)動板接口,，1路擴展板接口,，1路USB轉(zhuǎn)串口。 (3) 核心控制單元 1) 核心處理器,，主頻≤168MHz,； 2) 內(nèi)存和存儲：≥1MB Flash，≥192KB SRAM,； 3) 板載資源及擴展接口：1路12V供電接口,，1路硬件復位按鍵，1路電源管理模塊接口,，4個功能按鍵,，4個LED燈，1路任務(wù)板接口,，1路循跡板接口,，1路通信顯示板接口，1路擴展板接口,， 5路CAN總線接口,，1個SD卡插槽，1路3.5寸TFT顯示屏接口,，1路RS485通信接口,，1路4Pin串口，1路DAC接口,。 2.通信顯示單元 1) OLED顯示屏,； 2) 2路通信模塊接口，兩個通信模塊同時工作,； 3) 板載資源及擴展接口及接口：1路電源開關(guān),、1路以太網(wǎng)接口,、1路14Pin核心控制單元接口、2個WiFi模塊重置按鍵,、1個WiFi模塊供電開關(guān),、1個ZigBee模塊程序下載接口； 4) 1路WIFI通信模塊：支持IEEE802.11b/g 無線標準,，頻率范圍2.412~2.484 GHz,，波特率范圍 1200~115200bps；1路ZigBee通信模塊：采用CC2530芯片,，支持2.4~2.4853G主頻通信,，板載OLED屏。 3.電機驅(qū)動單元 1) 電機接口控制電路：4個電機接口,，1個電機驅(qū)動接口,，2個碼盤接口； 2) 電源管理電路：1個12V電源接口,，1個電源開關(guān),，1個電源指示燈和1路5V轉(zhuǎn)3.3V電路； 3) 電機驅(qū)動電路：2路雙H橋電機驅(qū)動器,，每個H橋高輸出電流,，支持單/雙刷直流電機、步進電機驅(qū)動控制,；PWM控制接口,；支持4V~18V的寬電源供電電壓。 4. 功能擴展單元 (1) 功能擴展板 1) ≥1路6P接口 2) ≥4路3P功能擴展接口 3) ≥1路4P串口 4) ≥1路4P IIC通信接口 5) ≥1路16P核心控制單元接口 (2) 傳感器單元 1) 霍爾傳感器單元： 2) 火焰?zhèn)鞲衅鲉卧?/p> 3) 紅外熱釋電人體檢測傳感器單元 4) 溫濕度傳感器單元 5) 光照度傳感器單元 6) 空氣污染檢測傳感器單元 7) 超聲波傳感器單元 8) 姿態(tài)傳感器單元 9) 紅外測溫傳感器單元 10) 氣壓海拔檢測傳感器單元 11) 壓力傳感器單元 12) 光敏電阻傳感器單元 (3) 執(zhí)行器單元 1) RGB LED燈單元 2) 繼電器單元 3) 直流電機單元 4) 步進電機單元 (4) 自動識別單元 5.通信應(yīng)用單元 (1) WiFi無線通信單元 1) 射頻芯片,； 2) 工作頻段：2.4~2.4835GHz,； 3) 發(fā)射功率：≥20dBm（100mW）； 4) 工作電壓：3.0~3.3V 5) 支持AT指令集,、服務(wù)器AT指令集,，支持串口通信，支持標準的IEEE 802.11b/g/n協(xié)議和完整的TCP/IP協(xié)議棧,，支持STA/AP/STA+AP工作模式,、支持SmartConfig、串口透傳,、I/O口控制,、開機透傳、PWM輸出等功能,。 (2) 藍牙無線通信單元:采用標準Bluetooth V4.1協(xié)議,，配套上位機軟件，支持AT指令配置,，主從機切換,，透傳模式傳輸。 1) 主控：工作頻段2379~2496MHz,； 2) 工作電壓：2.35~3.3V,； 3) 通信接口：UART，波特率4800~256000bps,。 (3) ZigBee無線通信單元:配套上位機軟件,，支持AT指令配置，協(xié)調(diào)器,、路由器及終端設(shè)備切換,，可實現(xiàn)單播、組播及廣播模式組網(wǎng),，支持透傳模式,、半透明模式及協(xié)議模式通信。 1) 主控：≥256KB Flash,，≥8KB RAM,； 2) 信道：支持 11~26信道（2405~2480MHZ）； 3) 通信接口：要求提供≥1路UART接口,，波特率2400~1000000bps,。 6. 視覺感知單元 7.智能控制單元 8.邊緣智能處理終端 主要實驗項目： 1.Arduino核心板實驗 (1) 輕觸按鍵實驗 (2) 流水燈實驗 (3) ADC采集實驗 (4) 串口通信實驗 2.核心板實驗 (1) 流水燈實驗 (2) 按鍵檢測實驗 (3) 定時器中斷應(yīng)用實驗 (4) 串口通信數(shù)據(jù)收發(fā)實驗 3.核心控制單元實驗 (1) 流水燈實驗 (2) 按鍵檢測實驗 (3) 定時器中斷應(yīng)用實驗 (4) PWM輸出實驗 (5) 外部中斷應(yīng)用實驗 (6) 串口通信數(shù)據(jù)收發(fā)實驗 (7) DMA數(shù)據(jù)傳輸實驗 (8) 內(nèi)部溫度傳感器實驗 4.擴展模塊實驗 (1) 霍爾磁場檢測實驗 (2) 火焰檢測實驗 (3) 紅外熱釋電人體檢測實驗 (4) 溫濕度測量實驗 (5) 光照強度測量實驗 (6) 空氣污染檢測實驗 (7) 超聲波測距實驗 (8) 姿態(tài)檢測實驗 (9) 紅外測溫實驗 (10) 大氣壓測量實驗 (11) 壓力測量實驗 (12) 光強度測量實驗 (13) RGB LED燈驅(qū)動實驗 (14) 繼電器驅(qū)動實驗 (15) 直流電機驅(qū)動實驗 (16) 步進電機驅(qū)動實驗 (17) 13.56M RFID實驗 (18) 語音識別交互控制實驗 (19) 數(shù)碼管驅(qū)動顯示實驗 (20) 點陣屏顯示驅(qū)動實驗 (21) WiFi無線通信數(shù)據(jù)交互實驗 (22) 藍牙無線通信數(shù)據(jù)交互實驗 (23) ZigBee無線通信數(shù)據(jù)交互實驗 5.機器視覺應(yīng)用實驗 (1) 彩色圖像采集實驗 (2) 灰度圖像處理實驗 (3) 圖像濾波實驗 (4) 圖像翻轉(zhuǎn)實驗 (5) ROI設(shè)置實驗 (6) 畫圖畫線實驗 (7) 色塊檢測實驗 (8) 閾值分割實驗 (9) 標記跟蹤實驗 (10) 模板匹配實驗 (11) 掃碼識別實驗 (12) 特征檢測實訓 (13) 人臉檢測實訓 (14) 人臉識別實訓 2.2嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用創(chuàng)新實訓開發(fā)裝置 嵌入式系統(tǒng)綜合應(yīng)用創(chuàng)新實訓開發(fā)裝置包含數(shù)控云臺攝像頭、智能小車運動控制自動糾正轉(zhuǎn)速,、碼盤測速單元,、現(xiàn)場總線通信單元、RFID射頻通信模塊,、信息顯示單元,、智能循跡模塊、OLED顯示模塊,、電量監(jiān)測單元,、WiFi通信單元、ZigBee通信單元,、離線式語音識別單元,、紅外通信單元、超聲波,、光照強度等多種傳感器單元,。 裝置配套STM32F4開發(fā)資源包、離線式語音識別開發(fā)資源包,、圖像數(shù)據(jù)處理終端開發(fā)資源包,、RFID開發(fā)資源包、Android應(yīng)用開發(fā)資源包,、圖像識別與處理資源包等相關(guān)教學資源,。 智能小車完成運動控制與自動糾正轉(zhuǎn)速,、傳感器數(shù)據(jù)采集、視頻采集與處理,、二維碼識別,、車牌識別、顏色識別,、紅外控制,、WiFi傳輸、ZigBee通信,、RFID射頻識別,、APP應(yīng)用開發(fā)等功能。 裝置留有多種應(yīng)用擴展接口,，可與多種設(shè)備互聯(lián)互通,，可聯(lián)網(wǎng)、組網(wǎng)控制,，支持窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),，可作為多種教學平臺使用，適用于單片機,、傳感器,、嵌入式、物聯(lián)網(wǎng),、機器人,、汽車電子、移動互聯(lián)與智能控制等電子通信類相關(guān)專業(yè)教學實踐應(yīng)用,。 裝置滿足嵌入式技術(shù)應(yīng)用開發(fā)技能大賽日常技能訓練與教學需求,，符合嵌入式技能大賽的通信協(xié)議標準。 平臺支持多門在線學習課程,，需提供包括但不限于《Android AI應(yīng)用與開發(fā)|項目式教學》,、《Android高級程序設(shè)計》、《移動機器人自動駕駛》,、《嵌入式競賽平臺應(yīng)用開發(fā)》,、《嵌入式競賽平臺無線組網(wǎng)通信》課程的在線學習服務(wù)平臺。
硬件參數(shù) 1.智能小車 (1) 車體尺寸(長X寬X高)：≥300mm×220mm×220mm,； (2) 車身采用鋼制車身,，全面開槽； (3) 車身重心可自由安裝和調(diào)整,； (4) 平臺為四輪驅(qū)動,； (5) 車身重量≥1.8kg (含電池組)。 2.核心控制單元 (1) 內(nèi)核架構(gòu)：指令集≥32位，最大工作頻率168MHZ,，F(xiàn)lash大小≥1M,，≥192kB RAM 支持浮點單元 (FPU) 單精度，工作電壓1.8V-3.6V,； (2) 電源管理芯片：輸入電壓3.5-28V,，輸出電壓0.8~25V，輸出電流最大5A,，開關(guān)頻率≥570KHz； (3) CAN總線收發(fā)器：支持最大數(shù)據(jù)速率不低于1Mb/s,，輸入電平與3.3V和5V設(shè)備兼容,，可以連接110個節(jié)點，未通電的節(jié)點不會干擾總線線路,，發(fā)送數(shù)據(jù)顯性超時功能,，對電池和接地具有短路保護； 3.智能顯示通信單元 4.電機單元 5.車載供電單元 6.智能循跡 7.功能任務(wù)擴展單元 (1) ≥1個超聲波測距模塊,； (2) ≥1個光強度傳感器,； (3) ≥1個光敏電阻； (4) ≥1個紅外發(fā)射模塊,； (5) ≥1個智能語音識別交互模塊,； (6) ≥1個900M RFID標簽； (7) ≥1個13.56M RFID讀寫卡模塊,； (8) ≥1個蜂鳴器單元,； (9) ≥2路左右雙閃LED電路； (10) 通過16Pin（DC3-16）排線與核心控制單元相連,。 8. 電機控制單元 9.攝像頭模塊單元 2.3智能移動小車 智能移動小車集智能視覺攝像頭,、智能視覺攝像頭俯仰角度控制單元、智能移動小車運動控制單元,、測速碼盤模塊,、信息顯示單元、電量監(jiān)測單元,、WiFi通信單元,、ZigBee通信單元、超聲波測距單元,、光照強度檢測單元,、語音識別單元等智能硬件單元于一體。 平臺配套的開源硬件開發(fā)資源包,、智能視覺識別開發(fā)資源包,、Python開發(fā)資源包等相關(guān)資源。 可完成智能移動小車運動控制,、傳感器數(shù)據(jù)采集,、智能視覺識別（顏色,、圖形識別）、紅外通信,、WiFi傳輸,、ZigBee通信等功能。 智能移動小車留有多種應(yīng)用擴展接口,，可與多種設(shè)備互聯(lián)互通,，可組網(wǎng)控制，可作為多種教學平臺使用,，適用于單片機,、傳感器、機器人,、智能控制等教學實踐應(yīng)用,。 智能移動小車可與智能手機、PAD等終端互聯(lián)互通,，其上位機與智能移動小車的通信方式滿足全國職業(yè)院校技能大賽嵌入式技術(shù)應(yīng)用開發(fā)賽項的標準通信協(xié)議,，方便學生訓練使用。
硬件參數(shù)
(1) 尺寸(長X寬X高)：≥300mm×220mm×220mm,； (2) 車身采用鋼制車身,，全面開槽； (3) 車身重心可自由安裝和調(diào)整,； (4) 平臺為四輪驅(qū)動,； (5) 車身重量：≥1.8kg (含電池組)。 2.控制器單元一 3.控制器單元二 4. 智能視覺攝像頭單元 5. 智能視覺攝像頭俯仰角度控制單元 6.智能顯示通信單元 7.電機單元 8.車載供電單元 9. 任務(wù)板單元 實訓項目 配套智能移動小車動作控制,，自動行駛,，與沙盤標志物交互控制實訓。 2.4物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓系統(tǒng)一套面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的多功能教學實訓平臺,系統(tǒng)架構(gòu)遵循典型的物聯(lián)網(wǎng)三層模型,包含感知層,、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,。系統(tǒng)通過智能家居、智慧農(nóng)業(yè),、智能交通和智慧安防等案例,給學生提供一個全面的實訓環(huán)境,用于學習物聯(lián)網(wǎng)的底層硬件,、業(yè)務(wù)原理和應(yīng)用開發(fā)。 實訓裝置集成運用了傳感器技術(shù),、RFID技術(shù),、接口控制技術(shù)、無線傳感網(wǎng)技術(shù)和Android應(yīng)用開發(fā)等,。平臺配合實訓臺上集成的433M無線設(shè)備,、ZigBee節(jié)點、射頻設(shè)備、各種控制設(shè)備,、網(wǎng)關(guān)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺,。通過模塊化設(shè)計,構(gòu)建了既包含基礎(chǔ)實訓又具備驗證性、設(shè)計性,、綜合性和創(chuàng)新性的多層次實訓平臺,。可實現(xiàn)智能家居的門禁安防監(jiān)控,、環(huán)境監(jiān)測,、設(shè)備智能控制,以及農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能檢測和農(nóng)業(yè)設(shè)備的智能控制等功能。 產(chǎn)品特點:
技術(shù)優(yōu)勢: （1）無線通信模組 無線節(jié)點支持通過唯眾的可視化界面生成器和可視化控制器進行在線功能配置,可以動態(tài)改變無線節(jié)點的IO口功能,無需燒錄新固件。無線節(jié)點的IO口可配置為按鍵輸入,、數(shù)字量輸入,、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和PWM輸出等功能,可按需求在這些功能之間進行切換,極大地提高了無線節(jié)點的通用性和可重用性,。 （2）可視化編輯器 系統(tǒng)提供PC端的可視化界面生成器工具,通過簡單拖拽就可以生成不同的設(shè)備操作界面,無需編程,。界面生成器支持指示燈、按鍵,、圖片,、變量視圖、超鏈接等多種可視化控件,這些控件的操作可以直接對應(yīng)到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無線節(jié)點模塊上,。生成的界面可直接導入APP使用,無需重新編譯安裝,實現(xiàn)了界面與設(shè)備的可視化綁定,。這簡化了APP的開發(fā)過程,開發(fā)者無需處理底層設(shè)備通信,通過簡單配置就可以完成界面與設(shè)備的聯(lián)動。 （3）可視化控制器 APP可以實現(xiàn)對無線節(jié)點的監(jiān)控和控制,。APP內(nèi)可以查看節(jié)點的數(shù)據(jù)和狀態(tài),也可以對節(jié)點進行動作控制,。不同無線節(jié)點之間可以進行動作聯(lián)動,聯(lián)動操作通過APP圖形化配置即可實現(xiàn),不需要編寫代碼。APP還提供動作列表編輯功能,可以將執(zhí)行器的動作順序組織成列表,指定觸發(fā)源,完成聯(lián)動控制邏輯的可視化配置,。以上功能簡化了APP的開發(fā),開發(fā)者無需處理底層連接和通信,就可以通過簡單配置實現(xiàn)節(jié)點監(jiān)控,、控制和聯(lián)動。 （4）物聯(lián)網(wǎng)關(guān) 本產(chǎn)品為基于ARM Cortex-M4核心的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān),兼容唯眾各類無線節(jié)點模塊。網(wǎng)關(guān)可以將無線節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標準TCP/IP網(wǎng)絡(luò)格式,實現(xiàn)節(jié)點與手機APP,、PC軟件的互聯(lián)互通,。 網(wǎng)關(guān)具備節(jié)點管理、多協(xié)議支持等功能,可以將不同無線節(jié)點抽象為獨立設(shè)備,構(gòu)建跨協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),。網(wǎng)關(guān)提供兩路串口透傳接口,支持Zigbee,、LoRa、NB-IoT等無線模塊的擴展,實現(xiàn)多協(xié)議轉(zhuǎn)換,。 通過手機APP或PC軟件,用戶可以監(jiān)控節(jié)點數(shù)據(jù),、配置聯(lián)動規(guī)則,無需編程即可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)控制。平臺還提供開放API,供應(yīng)用開發(fā)者進行二次開發(fā),。 本產(chǎn)品極大降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)門檻,開發(fā)者即便零編程基礎(chǔ),也可以在極短時間內(nèi)構(gòu)建自己的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景,實現(xiàn)快速開發(fā),。 實訓功能： 1）唯眾基礎(chǔ)硬件：包含唯眾物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、唯眾物聯(lián)節(jié)點構(gòu)成,，覆蓋,、 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)、433M無線通信,、 Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò),、BLE藍牙、 LoRa窄帶物聯(lián)通信,、 NB-IOT物聯(lián)通信技術(shù),、Android 移動互聯(lián)開發(fā)、嵌入式開發(fā),、傳感器技術(shù),、執(zhí)行控制、網(wǎng)絡(luò)通信,、 NET 開發(fā),、 JavaScript 等技術(shù)； 2）唯眾實訓模塊：采用工業(yè)級高精度傳感器,、執(zhí)行器,，涵蓋采集模擬量/數(shù)字量等多種傳感采集技術(shù)，基于行業(yè)的具體應(yīng)用進行功能模塊的設(shè)計,，提供完整的硬件驅(qū)動層,、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、協(xié)議轉(zhuǎn)換調(diào)試等教學實訓內(nèi)容,； 3）唯眾實訓項目：通過實訓掛板提供的硬件模塊,，組合形成的各種復雜應(yīng)用場景，提供完整的硬件驅(qū)動層,、網(wǎng)絡(luò)傳輸層,、唯眾應(yīng)用層（Android 和 NET）等教學實訓內(nèi)容,；
2.5 “虛實結(jié)合”開發(fā)式嵌入式系統(tǒng)教學實訓云平臺 實踐教學是高校培養(yǎng)高素質(zhì)人才不可或缺的重要組成部分,，如何 “以學生為中心”建構(gòu)一流的實驗教學課程，切實提高實踐教學質(zhì)量,，始終是高校各專業(yè)建設(shè)的重要工作之一,。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，作為傳統(tǒng)實驗教學的一種有效補充,，開放式實驗教學已經(jīng)成為加強實踐教學,、提高教學質(zhì)量的重要手段，“虛實結(jié)合”已經(jīng)成為了實驗教學的重要發(fā)展方向,，在一定程度上克服了傳統(tǒng)實驗教學的制約,。 針對傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學實訓存在的資源有限、體驗效果差,、過程難記錄和量化等問題,我們設(shè)計開發(fā)了新的嵌入式系統(tǒng)實驗課程教學平臺,。首先,利用場景化對象代替簡單的模擬控制,加強學生對實驗的綜合認知;其次,應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù),構(gòu)建三維的虛實結(jié)合場景,遠程實時反映控制對象信息,提升遠程實驗效果;再次,平臺具備開放性,學生可以隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)進行實驗,適應(yīng)新生代學習需求;最后,平臺可以實時記錄學生完整的實驗過程,為實驗的量化評價和教學改進提供數(shù)據(jù)支持。 該嵌入式系統(tǒng)教學實訓云平臺采用統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)進行管理,。軟件系統(tǒng)具有用戶管理,、場景管理、界面管理,、通信管理,、硬件管理,、文檔管理和實驗預約等功能模塊,。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),學生可通過電腦終端訪問用戶軟件,連接實驗平臺完成場景化實驗。學生的典型實驗流程是:登錄用戶軟件,選擇實驗場景和項目,進行實驗操作,軟件實時反饋硬件狀態(tài),最后保存實驗結(jié)果,。該軟件管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對整個實驗過程的集中控制和記錄,。 該嵌入式系統(tǒng)教學實訓云平臺由用戶電腦、軟件系統(tǒng),、服務(wù)器,、工控機、檢測/控制/驅(qū)動模塊,、場景對象和攝像頭組成,。平臺采用統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)用戶、資源和場景的集中管理,。教師和學生通過登錄軟件系統(tǒng),根據(jù)身份選擇不同的實驗場景和任務(wù),。為合理利用資源,軟件系統(tǒng)支持“分時復用”策略,教師可根據(jù)實際情況靈活規(guī)劃場景、設(shè)備和通信資源的使用時間和分配,學生則按預約時間進行實驗,。這樣既保證學生獲得充足資源,也提高資源利用效率,。 該平臺可根據(jù)需要增加不同類型和數(shù)量的場景化對象,擴展平臺功能,滿足教學需求,。平臺設(shè)計理念先進,功能完備,可以根據(jù)教學需求和資源狀況合理規(guī)劃和實現(xiàn)。它既確保平臺的先進性和可操作性,也兼顧了實現(xiàn)的可行性,。
2.6 嵌入式實訓室空間設(shè)計
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