本發(fā)明涉及一種實驗箱，尤其是一種基于STM32微控制器的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱，屬于實驗教學(xué)領(lǐng)域及物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)是未來科技發(fā)展的重要方向，社會對這方面人才的需求日漸增加，因此許多大學(xué)也專門開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)這一專業(yè)，但物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)備仍不能跟上這種需求。

STM32是當前最適合物聯(lián)網(wǎng)的微控制器，它資源豐富，成本低廉，使用門檻低。但市面上基于STM32的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱十分少，大部分都沒有足夠的傳感器及系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)思路供教學(xué)及開發(fā)使用。不僅如此，市面上的實驗箱實驗電路固定，更不能供學(xué)習(xí)STM32使用，令整個物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的成本升高。這樣的實驗箱靈活性和擴展性差，十分不利于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新血液的流入及其壯大與發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于STM32微控制器的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱，該實驗箱解決了上述現(xiàn)有實驗箱靈活性與擴展性差的問題，不僅為物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)與開發(fā)提供實驗設(shè)備，也為STM32嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)與開發(fā)提供必要工具，讓教學(xué)與開發(fā)無縫對接。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種基于STM32微控制器的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱，包括箱體、特制平臺以及附加電路板；所述特制平臺安裝在箱體內(nèi)，特制平臺上設(shè)置有安裝槽及安裝孔；所述附加電路板安裝在特制平臺上，且位于箱體內(nèi)，附加電路板上設(shè)置有排座；所述箱體內(nèi)通過安裝槽、安裝孔和排座安裝有STM32核心單元模塊、傳感器模塊、功能執(zhí)行模塊和通訊模塊，所述傳感器模塊、功能執(zhí)行模塊和通訊模塊分別與STM32核心單元模塊連接，所述STM32核心單元模塊包括STM32微控制器及其外圍電路，STM32核心單元模塊是實驗箱的MCU，充當實驗箱的大腦，實驗者僅用該模塊就可以進行部分物聯(lián)網(wǎng)模擬實驗，外圍電路如時鐘電路，濾波電路、各種燒寫及數(shù)據(jù)傳輸接口電路，液晶屏接口電路、TF卡接口電路等。

優(yōu)選的，還包括箱蓋，所述箱蓋通過固定扣與箱體連接。

優(yōu)選的，所述箱蓋上配置了一個口袋，該口袋用于放置實驗箱的各種說明書和包含電子文檔、代碼的光盤。

優(yōu)選的，所述特制平臺由五塊亞克力板組合而成，并通過螺絲與安裝孔配合固定安裝在箱體內(nèi)，所述安裝槽上設(shè)置有凸起的定位條，特制平臺整體安裝在箱體內(nèi)，與箱體不容易分離，使實驗箱更堅固，模塊安裝在特制平臺上，增加模塊穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，所述特制平臺具有預(yù)留空間，該預(yù)留空間與箱體內(nèi)底部之間形成一個配件槽，所述配件槽放置了一個仿真器、一個下載器、兩條與仿真器和下載器配套的USB線、若干根用于電路連接的杜邦線以及一個5V輸出的交流轉(zhuǎn)直流插頭；此外，配件槽還可以根據(jù)不同的需要放置其他器件。

優(yōu)選的，所述特制平臺與箱體內(nèi)底部之間設(shè)置有供電模塊，所述供電模塊采用220V交流轉(zhuǎn)5V直流降壓模塊，提供四路5V的USB電源接口，220V市電通過降壓模塊，提供穩(wěn)定的5V直流電源，滿足實驗箱所有模塊的電壓需求。

優(yōu)選的，所述附加電路板通過螺絲與安裝孔配合固定安裝在特制平臺上，部分模塊可以在附加電路板上自由插拔，讓部分模塊的引腳引到特制平臺的表面，為連接提供便利，更直觀的為實驗者呈現(xiàn)電路連接；這種設(shè)置提高了實驗箱的可用性和靈活性，利于提高實驗效果，易于實驗者理解。

優(yōu)選的，所述傳感器模塊是實驗箱的信號源，為實驗提供實時的數(shù)據(jù)，其包括步進電機及其驅(qū)動模塊、直流電機及其驅(qū)動模塊、舵機云臺驅(qū)動模塊、舵機驅(qū)動模塊、紅外遙控模塊、游戲搖桿模塊、聲音播放模塊和繼電器模塊；傳感器模塊能將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32核心單元模塊中，經(jīng)過分析和處理后，再按照程序驅(qū)動功能執(zhí)行模塊，實現(xiàn)特定功能的運動和控制，或者將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到特定裝置上。

優(yōu)選的，所述功能執(zhí)行模塊是智能物聯(lián)網(wǎng)的重要部分，由STM32核心單元模塊控制，能智能地對傳感器模塊的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，其包括步進電機及其驅(qū)動模塊、直流電機及其驅(qū)動模塊、舵機云臺驅(qū)動模塊、舵機驅(qū)動模塊、紅外遙控模塊、游戲搖桿模塊和繼電器模塊。

優(yōu)選的，所述通訊模塊是STM32核心單元模塊與外部裝置之間的信息橋梁，其包括以太網(wǎng)模塊、藍牙模塊、NRF2401無線模塊、Wi-Fi轉(zhuǎn)串口模塊、ZigBee模塊、GPS定位模塊和GSM/GPRS模塊；傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過分析處理后，按照預(yù)先制定好的通訊規(guī)范，通過通訊模塊進行實時數(shù)據(jù)傳輸與信息交換。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明采用模塊化放置，讓實驗者自主接線，用直觀的方式讓實驗者了解電路，而不是將線路固定，只在軟件方面進行操作；不僅可以通過特制平臺將模塊安裝在箱體內(nèi)，而且還可以通過附加電路板將部分模塊的引腳引到特制平臺表面，為連接提供便利，更直觀的為實驗者呈現(xiàn)電路連接，這種設(shè)置提高了實驗箱的可用性和靈活性，利于提高實驗效果，易于實驗者理解。

2、本發(fā)明將所有模塊按模塊功能分類固定安裝在箱體內(nèi)，實驗者可根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?，靈活選擇一個或多個模塊進行實驗或開發(fā)，能有效增強實驗箱的靈活性，讓實驗者在實驗時清楚地了解模塊的作用及它們與STM32微控制器的連接，并減少模塊之間的干擾，主要適用基于STM32微控制器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)與開發(fā)，但箱內(nèi)資源也能兼顧其他類型微控制器的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)與開發(fā)。

3、本發(fā)明的實驗箱配備了大量的傳感器模塊和通訊模塊，以豐富的資源拓展了可進行的物聯(lián)網(wǎng)實驗，這樣的實驗箱設(shè)計發(fā)揚了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)實驗箱的優(yōu)點，并彌補了它們的缺點，為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展提供更好的奠基石。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱中箱體與特制平臺的分體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱中各模塊的分區(qū)圖。

圖4為本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱中特制平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱中附加電路板的電子電路圖。

其中，1-箱體，2-箱蓋，3-特制平臺，4-附加電路板，5-STM32核心單元模塊，6-傳感器模塊，7-功能執(zhí)行模塊，8-通訊模塊，9-預(yù)留空間，10-配件槽。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1和圖2所示，本實施例的物聯(lián)網(wǎng)實驗箱包括箱體1、箱蓋2、特制平臺3以及附加電路板4，所述箱蓋2通過固定扣與箱體1連接，所述特制平臺3安裝在箱體1內(nèi)，所述附加電路板4安裝在特制平臺3上，且位于箱體1內(nèi)。

所述箱體1內(nèi)安裝有STM32核心單元模塊5、傳感器模塊6、功能執(zhí)行模塊7和通訊模塊8，各模塊的分區(qū)如圖3所示，左部區(qū)域放置傳感器模塊6，上部區(qū)域放置STM32核心單元模塊5，中間區(qū)域放置功能執(zhí)行模塊7，右部和下部區(qū)域放置通訊模塊8。

所述STM32核心單元模塊5包括STM32微控制器及其外圍電路，STM32核心單元模塊是實驗箱的MCU(Microcontroller Unit，微控制單元)，充當實驗箱的大腦，實驗者僅用該模塊就可以進行部分物聯(lián)網(wǎng)模擬實驗，外圍電路如時鐘電路，濾波電路、各種燒寫及數(shù)據(jù)傳輸接口電路，液晶屏接口電路、TF卡接口電路等。

所述傳感器模塊6是實驗箱的信號源，為實驗提供實時的數(shù)據(jù)，其包括溫度傳感器模塊、距離傳感器模塊(如HC-SR04超聲波測距模塊)、紅外感應(yīng)模塊、聲音傳感器模塊(如LD3320語音識別模塊)、多軸運動傳感器模塊(如MPU6050六軸傳感器)、攝像頭模塊和射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)模塊；傳感器模塊能將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32核心單元模塊中，經(jīng)過分析和處理后，再按照程序驅(qū)動功能執(zhí)行模塊，實現(xiàn)特定功能的運動和控制，或者將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到特定裝置上。

所述功能執(zhí)行模塊7是智能物聯(lián)網(wǎng)的重要部分，由STM32核心單元模塊控制，能智能地對傳感器模塊的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)，其包括步進電機及其驅(qū)動模塊、直流電機及其驅(qū)動模塊、舵機云臺驅(qū)動模塊、舵機驅(qū)動模塊、紅外遙控模塊、游戲搖桿模塊、聲音播放模塊(如MP3播放模塊、SYN6288語音播放模塊)和繼電器模塊。

所述通訊模塊8是STM32核心單元模塊與外部裝置之間的信息橋梁，其包括以太網(wǎng)模塊、藍牙模塊(如HC-05藍牙模塊)、NRF2401無線模塊、Wi-Fi轉(zhuǎn)串口模塊(如ESP8266Wi-Fi轉(zhuǎn)串口模塊)、ZigBee模塊、GPS定位模塊和GSM/GPRS模塊；傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)，在經(jīng)過分析處理后，按照預(yù)先制定好的通訊規(guī)范，通過通訊模塊進行實時數(shù)據(jù)傳輸與信息交換。

所述箱蓋2上配置了一個口袋，該口袋用于放置實驗箱的各種說明書和包含電子文檔、代碼的光盤。

所述特制平臺3由五塊亞克力板組合而成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，特制平臺3的左側(cè)具有預(yù)留空間9，該預(yù)留空間9與箱體1內(nèi)底部之間形成一個配件槽10，從圖3的分區(qū)可以看到，配件槽10位于傳感器模塊6的左邊，配件槽10放置了一個仿真器、一個下載器、兩條與仿真器和下載器配套的USB線、若干根用于電路連接的杜邦線以及一個5V輸出的交流轉(zhuǎn)直流插頭；此外，配件槽還可以根據(jù)不同的需要放置其他器件；

所述特制平臺3與箱體1內(nèi)底部之間設(shè)置有供電模塊，所述供電模塊采用220V交流轉(zhuǎn)5V直流降壓模塊，提供四路5V的USB電源接口，將5V輸出的交流轉(zhuǎn)直流插頭與220V市電的插座連接后，220V市電通過降壓模塊，即可輸出四路5V的直流穩(wěn)壓電源，滿足實驗箱所有模塊的電壓需求；實驗時，實驗者將降壓模塊的電源接口與STM32核心單元模塊5相連，為STM32核心單元模塊5及整個實驗或開發(fā)工程提供VCC和GND，同時根據(jù)實驗或開發(fā)要求，把所選用的模塊通過杜邦線與STM32核心單元模塊5連接，從而完成整個實驗或開發(fā)工程的VCC、GND及其他信號線的連接功能；此外，如果需要進行串口通訊或者程序燒寫，可以用配件槽中的仿真器、下載器及配套的USB線進行通訊及程序燒寫。

所述特制平臺3上設(shè)置有安裝槽及安裝孔，安裝槽上設(shè)置有凸起的定位條，按照圖3的分區(qū)安裝各個模塊，有相應(yīng)安裝槽的模塊放置在安裝槽，利用定位條固定模塊，有相應(yīng)安裝孔的模塊，利用螺絲與安裝孔配合固定在特制平臺3上，特制平臺3上的安裝孔還可以與螺絲配合固定在箱體1內(nèi)，特制平臺3整體安裝在箱體1內(nèi)，與箱體1不容易分離，使實驗箱更堅固，模塊安裝在特制平臺3上，增加模塊穩(wěn)定性。

部分模塊由于封裝限制，需要利用附加電路板4進行安裝與線路轉(zhuǎn)接，所述附加電路板4的結(jié)構(gòu)如圖5所示，附加電路板4通過螺絲與安裝孔配合固定安裝在特制平臺3上，上面設(shè)置有排座，部分模塊可以通過排座上的插孔在附加電路板上自由插拔，讓部分模塊的引腳引到特制平臺3的表面，為連接提供便利，更直觀的為實驗者呈現(xiàn)電路連接，實驗時，實驗者通過連接附加電路板上的排針，即可完成實驗所需的連線，這種設(shè)置提高了實驗箱的可用性和靈活性，利于提高實驗效果，易于實驗者理解，從圖5中可以看到，附加電路板4上的多個排座，可以分別安裝MPU6050六軸傳感器、ZigBee模塊、Wi-Fi轉(zhuǎn)串口模塊、NRF2401無線模塊、SYN6288語音播放模塊。

應(yīng)用不同模塊與STM32開發(fā)板或STM32核心板連接，可以進行如精密溫度器實驗、溫濕度實驗、紅外遙控器接收實驗、煙霧檢測實驗、MP3音頻輸入輸出實驗、語音識別與控制實驗、文本轉(zhuǎn)語音識別實驗、MPU6050加速度陀螺儀實驗、圖像采集輸出實驗、繼電器控制實驗、步進電機控制實驗、直流電機控制實驗、多角度舵機云臺控制實驗、WIFI轉(zhuǎn)串口通訊實驗、以太網(wǎng)組建及通訊實驗、NRF2401無線模塊通訊實驗、HC05藍牙通訊實驗、RFID射頻通訊實驗、GPS定位及通訊實驗、GSM 4G通訊實驗、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)組建及通訊實驗等實驗驗證與開發(fā)應(yīng)用，使實驗者深入淺出，循序漸進的學(xué)習(xí)和掌握物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識。

本實施例中的所有模塊通常情況下均處于固定狀態(tài)，以方便整理實驗箱，及提高器材的完好率，但特殊情況下也允許實驗者拆卸實驗箱的部分模塊，以滿足他們的實驗與開發(fā)需要，這種方案滿足了實驗者的各種需求，不僅能在課程中按照實驗箱的布局進行實驗，規(guī)范實驗過程，也能拆卸部分模塊便于與STM32微控制器連接，有利于課程外的開放性實驗及應(yīng)用開發(fā)；更能將這些模塊和STM32微控制器一同拆下，到不限于實驗室的地方如工廠、家居、宿舍等進行開放性實驗，免去將實驗箱帶到開放性實驗地點的麻煩。

綜上所述，本發(fā)明選用了STM32微控制器，資源豐富且門檻低，并兼容了大量的開發(fā)應(yīng)用模塊，能進行大量的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實驗與工程應(yīng)用開發(fā)，不僅為教學(xué)提供了載體，更為實驗者從學(xué)習(xí)過渡到實際開發(fā)提供了一條橋梁，擺脫了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)實驗箱模塊較少，靈活性較差等的局限性。

由于本發(fā)明的所有開發(fā)應(yīng)用模塊容易安裝與拆卸，如果遇到模塊損壞或模塊需要升級等情況，不必整個實驗箱更換，只需更換或升級相應(yīng)的模塊即可，從而降低了損壞及升級換代的成本，使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)的成本更低。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，以上的描述及附圖所示的本發(fā)明的實施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，盡管以上有對本發(fā)明實施例的詳細描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員依然可對上述的技術(shù)方案進行修改，或以相同用途進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修該、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。