物联网智能家居实训沙盘，物联网智能家居实训平台
2024-05-01 06:59物联网智能家居实训是一种针对物联网和智能家居技术的教学实践活动。物联网智能家居实训系统以智能家居行业为背景，对智能家居中的多个子系统进行安装调试操作，旨在培养学生的工程技能，使其能够搭建相对复杂的物联网应用系统，并对工程岗位的工作有初步认知。
在物联网智能家居实训中，学生将综合运用传感器采集、无线传感器网络、自动控制、嵌入式系统开发、网络通信、Android移动应用开发、Web应用开发等物联网技术。这些技术将被用于将家居环境传感器、终端控制器、家用电器、家居网关等集成在一起，实现家居生活环境的自动监测、自动调节、安防报警、视频监控、远程监控等功能。
物联网智能家居实训平台实训内容包括一系列的实验和项目，如温湿度传感实验、照明控制实验、风扇控制实验、电磁锁控制实验、红外探测传感实验等。这些实验和项目将帮助学生掌握物联网智能家居的基本原理和技术，并培养他们的实践能力和创新思维。
此外，物联网智能家居实训还会涉及到一些特定的设备和系统，如智能家居安防系统、智能照明系统、手机加速度传感器等。智能家居安防系统为智能家居住户提供基础的家庭安保系统，包括前端探测器、智能家庭控制器、网络信号传输系统、控制中心控制系统等。智能照明系统则是一种利用物联网技术实现的分布式照明控制系统，可以实现对照明设备的智能化控制。
通过物联网智能家居实训，学生可以更深入地了解物联网和智能家居技术的原理和应用，掌握相关的技术和工具，提高自己的实践能力和综合素质。同时，这种实训还可以帮助学生更好地理解物联网和智能家居行业的发展趋势和市场需求，为他们未来的职业发展打下坚实的基础。
物联网智能家居实训平台是一种用于教学和实践操作的工具，它结合了物联网（IoT）技术与智能家居的概念。物联网智能家居实训平台包括基础控制区、智能家居模拟应用区、温室大棚模拟应用区、智能货架区、安防监控区等多个功能区域，并集成了多种传感器和输出控制设备。
这些平台允许用户通过实际操作来学习如何使用ZigBee协调器、路由器、传感控制节点板等设备，以及如何利用物联网技术来控制和管理家居设备。物联网智能家居实训平台采用模块化设计，可以根据不同的需求和场景选择合适的模块进行搭建。
物联网智能家居实训平台的应用范围很广，既可以用于高校物联网应用专业和实训室的建设，也可以用于企业培训和技能提升。通过这些平台，用户可以深入理解和掌握物联网技术在智能家居领域的实际应用，从而为将来的职业发展打下坚实的基础。
一、沙盘简介：
物联网智能家居实训沙盘是针对高等院校智能家居实训的需求，综合运用传感器采集、执行器控制、无线传感器网络、嵌入式系统、RFID系统、网络通信、云平台系统等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，依托部署在沙盘内的各种传感器节点、控制节点、智能网关、智能终端实现家居生活环境的智能环境监测、智能安防监测、智能设备控制、智能设备联动等功能，贴近真实智能家居系统，为物联网智能家居实训教学提供了一个完备的应用实训系统。
物联网智能家居实训沙盘实验系统资源丰富，覆盖多种课程实验，可完成单片机技术、嵌入式技术、RFID射频识别技术、无线传感器网络技术、无线通讯技术、传感器技术、云平台技术、电子技术应用等诸多课程的实验实训，课程实验提供开放的软件及代码资源，支持二次开发，着重培养学生的实际动手能力与编程能力，可实现教学、科研、学生毕业设计等相关物联网课题。
二、沙盘特点：
物联网智能家居实训沙盘是一款以综合实训为主的实景沙盘，沙盘主要由实景演示区和综合实训区两部分组成，通过将实景演示区的平层沙盘和综合实训区的物联网模块相结合，实现通过外围物联网模块控制沙盘内的灯光和电器，完成智能家居系统的实训实验。
u 智能家居沙盘采用高强度铝合金骨架，外形尺寸1.1m*1.0m*0.25m；
u 智能家居沙盘包含12路灯光、电动窗帘、电动窗户、电视机、电动门、空调、排风扇、警示灯、监控以及全部灯光开关，均可通过外围实验模块进行控制；
u 智能家居沙盘采用一体式供电结构，整个沙盘只需连接一根电源线即可，通过一根电源线可以为16路模块供电，省去繁杂的接线工作，便于学生使用操作；
u 智能家居沙盘表面集成16个实验模块插槽，所有实验插槽均可进行磁吸式连接，并且集成防短路设计，支持至多个模块的联动实验，可在单个知识点学习的基础上，进行多模块综合应用实验，可完成无线传感网络实验等多种复杂的联网实验；
u 智能家居沙盘内部与外围物联网模块底板连接，可通过物联网模块直接控制智能家居的灯光和电器，代码开源，支持二次开发；
u 提供NewIOT物联网实验平台，用于实验调试及相关物联网模块基础配置；
三、沙盘模块：
u 采用磁吸式可拆卸结构，集成防呆设计，避免短路；
u 可以无缝吸附到智能家居实训沙盘上，插槽集成供电功能，无需单独外接电源；
u 实验模块表面集成电路图（下图），便于学生更直观的了解元器件的组成及模块的运行原理：
u 模块均采用磁吸式接口设计+搭积木式结构，集成标准的12路弹性插针，可以实现供电、仿真调试、数据通信、IO口拓展等功能，同时支持搭积木式的多级磁吸联接，通过弹性插针即可通信，无须外接跳线，通过模块相互搭积木，组成一套完整的物联网系统，如：STM32处理器+ZigBee无线模块+传感器模块（3层垂直积木，无须额外接线），可拓展性强，如下图所示：
u 模块升级：更新最新物联网模块时，保证可以与智能家居实训沙盘无缝连接，避免重复购买造成浪费；
四、硬件组成：
在物联网智能家居实训中，学生将综合运用传感器采集、无线传感器网络、自动控制、嵌入式系统开发、网络通信、Android移动应用开发、Web应用开发等物联网技术。这些技术将被用于将家居环境传感器、终端控制器、家用电器、家居网关等集成在一起，实现家居生活环境的自动监测、自动调节、安防报警、视频监控、远程监控等功能。
物联网智能家居实训平台实训内容包括一系列的实验和项目，如温湿度传感实验、照明控制实验、风扇控制实验、电磁锁控制实验、红外探测传感实验等。这些实验和项目将帮助学生掌握物联网智能家居的基本原理和技术，并培养他们的实践能力和创新思维。
此外，物联网智能家居实训还会涉及到一些特定的设备和系统，如智能家居安防系统、智能照明系统、手机加速度传感器等。智能家居安防系统为智能家居住户提供基础的家庭安保系统，包括前端探测器、智能家庭控制器、网络信号传输系统、控制中心控制系统等。智能照明系统则是一种利用物联网技术实现的分布式照明控制系统，可以实现对照明设备的智能化控制。
通过物联网智能家居实训，学生可以更深入地了解物联网和智能家居技术的原理和应用，掌握相关的技术和工具，提高自己的实践能力和综合素质。同时，这种实训还可以帮助学生更好地理解物联网和智能家居行业的发展趋势和市场需求，为他们未来的职业发展打下坚实的基础。
物联网智能家居实训平台是一种用于教学和实践操作的工具，它结合了物联网（IoT）技术与智能家居的概念。物联网智能家居实训平台包括基础控制区、智能家居模拟应用区、温室大棚模拟应用区、智能货架区、安防监控区等多个功能区域，并集成了多种传感器和输出控制设备。
这些平台允许用户通过实际操作来学习如何使用ZigBee协调器、路由器、传感控制节点板等设备，以及如何利用物联网技术来控制和管理家居设备。物联网智能家居实训平台采用模块化设计，可以根据不同的需求和场景选择合适的模块进行搭建。
物联网智能家居实训平台的应用范围很广，既可以用于高校物联网应用专业和实训室的建设，也可以用于企业培训和技能提升。通过这些平台，用户可以深入理解和掌握物联网技术在智能家居领域的实际应用，从而为将来的职业发展打下坚实的基础。
DBLY-106 物联网智能家居实训沙盘
物联网智能家居实训沙盘是针对高等院校智能家居实训的需求，综合运用传感器采集、执行器控制、无线传感器网络、嵌入式系统、RFID系统、网络通信、云平台系统等物联网技术以及多学科技术的交叉融合，依托部署在沙盘内的各种传感器节点、控制节点、智能网关、智能终端实现家居生活环境的智能环境监测、智能安防监测、智能设备控制、智能设备联动等功能，贴近真实智能家居系统，为物联网智能家居实训教学提供了一个完备的应用实训系统。
物联网智能家居实训沙盘实验系统资源丰富，覆盖多种课程实验，可完成单片机技术、嵌入式技术、RFID射频识别技术、无线传感器网络技术、无线通讯技术、传感器技术、云平台技术、电子技术应用等诸多课程的实验实训，课程实验提供开放的软件及代码资源，支持二次开发，着重培养学生的实际动手能力与编程能力，可实现教学、科研、学生毕业设计等相关物联网课题。
二、沙盘特点：
u 智能家居沙盘采用高强度铝合金骨架，外形尺寸1.1m*1.0m*0.25m；
u 智能家居沙盘包含12路灯光、电动窗帘、电动窗户、电视机、电动门、空调、排风扇、警示灯、监控以及全部灯光开关，均可通过外围实验模块进行控制；
u 智能家居沙盘采用一体式供电结构，整个沙盘只需连接一根电源线即可，通过一根电源线可以为16路模块供电，省去繁杂的接线工作，便于学生使用操作；
u 智能家居沙盘表面集成16个实验模块插槽，所有实验插槽均可进行磁吸式连接，并且集成防短路设计，支持至多个模块的联动实验，可在单个知识点学习的基础上，进行多模块综合应用实验，可完成无线传感网络实验等多种复杂的联网实验；
u 智能家居沙盘内部与外围物联网模块底板连接，可通过物联网模块直接控制智能家居的灯光和电器，代码开源，支持二次开发；
u 提供NewIOT物联网实验平台，用于实验调试及相关物联网模块基础配置；
三、沙盘模块：
u 采用磁吸式可拆卸结构，集成防呆设计，避免短路；
u 可以无缝吸附到智能家居实训沙盘上，插槽集成供电功能，无需单独外接电源；
u 实验模块表面集成电路图（下图），便于学生更直观的了解元器件的组成及模块的运行原理：
u 模块均采用磁吸式接口设计+搭积木式结构，集成标准的12路弹性插针，可以实现供电、仿真调试、数据通信、IO口拓展等功能，同时支持搭积木式的多级磁吸联接，通过弹性插针即可通信，无须外接跳线，通过模块相互搭积木，组成一套完整的物联网系统，如：STM32处理器+ZigBee无线模块+传感器模块（3层垂直积木，无须额外接线），可拓展性强，如下图所示：
u 模块升级：更新最新物联网模块时，保证可以与智能家居实训沙盘无缝连接，避免重复购买造成浪费；
四、硬件组成：
| 序号 | 项目 | 名称 | 数量 | 备注 |
| 1 | 沙盘 | 智能家居实训沙盘 | 1 | 一体化供电平台 |
| 2 | 调试平台 | 物联网实验平台 | 1 | 一体化供电平台 |
| 3 | 供电底板 | 3.3V/5V供电底板 | 16 | 支持磁吸搭积木 |
| 4 | 单片机模块 | 嵌入式STM32模块 | 16 | 支持磁吸搭积木 |
| 5 | 无线通讯模块 | ZigBee无线通信模块 | 16 | 支持磁吸搭积木 |
| WIFI无线通信模块 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 6 | 传感器模块 | 空气温湿度传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 |
| 光照传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 霍尔(门磁)传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 人体红外传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 气体传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 火焰传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 红外对射传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 限位器传感器 | 1 | 支持磁吸搭积木 | ||
| 7 | 执行控制器模块 | 双路继电器执行器 | 4 | 支持磁吸搭积木 |
| 8 | 云平台 | 公有云平台 | 1 | 支持上云 |
| 9 | 其他配件 | 电源线、香蕉线等 | 1 |
五、硬件参数：
六、实验实训：
通过将各个实验模块与智能家居实训沙盘相结合，可进行多种实训实验：
实验中提供开源的实验代码，可自行修改、编译代码，支持二次开发，可根据以上基础实验，自行拓展更多智能家居实验，实现家居系统的开发与应用；
| 智能家居实训沙盘参数 | |||
| 序号 | 名称 | 参数 | 图片 |
| 1 | 智能家居实训沙盘 |
l 采用铝合金骨架，尺寸1.1m*1.0m*0.25m； l 采用5V-12V安全电压，提供1路电源总开关； l 内置平层沙盘模型，支持12路灯光、电动窗帘、电动窗户、电视机、电动门、空调、排风扇、警示灯、摄像监控等灯光电器； l 内置智能家居沙盘主板，支持多路灯光电器控制，支持wifi路由功能，支持拓展卡，支持语音控制等功能； l 提供16路磁吸模块连接板，支持物联网模块磁吸搭积木连接，至少支持3层模块叠加； l 提供8路接线插座，用于接线连接； |
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| 2 | 物联网实验平台 |
l 外观尺寸：长415*宽310*高50（mm），材质：铝合金楔形结构； l 实验平台采用一体式供电结构，整个实验过程只需连接一根电源线和数据线即可。 l 采用全新的教学模式：磁吸积木式教学，所有模块可以进行叠罗汉式(搭积木)的组装连接，支持多层模块叠加，无需外数据线与电源线； l 提供5V供电接口（Type-C）、以太网接口、双路USB接口、J-link下载器接口、CC-Debugger下载器接口、RS232/RS485串口，其中J-link下载器、CC-Debugger下载器均为平台内置，下载程序时只需将模块吸附到平台对应下载端即可，无需接线； l 内置USB串口服务设备,通过1路USB虚拟出多路串口，根据端口虚拟出不同的串口，最多可拓展8路串口接口，其中包含普通TTL串口4路，485串口4路； l 实验平台具备8个通用实验模块插槽，每个插槽集成12路接触点，供模块进行数据通讯及供电，并且插槽集成防短路功能，可直接将模块吸附到插槽内,支持最多8个模块联动实验； l 实验平台上集成了485选择键、ZigBee仿真器复位键、J-Link仿真器启动键和虚拟仪器启动键，在使用不同功能的时候，方便切换和使用，同时实训平台内部集成还原功能模块，当通讯及仿真调试出现混乱时，只需关闭电源再重启，即可恢复出厂设置； |
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| 3 | 3.3v/5v供电底板 |
l 提供3.3v/5v供电触点，为上层模块进行持续供电； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 4 | 嵌入式STM32处理器 |
l 采用STM32F103处理器，内核：ARM 32位的Cortex™-M3 CPU；最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)； l 存储器： l 从16K到32K字节的闪存程序存储器； l 从6K到10K字节的SRAM； l 支持USB、CAN、6个定时器、2个ADC 、6个通信接口； l 提供485选择端、BOOT0两路接口；提供1个复位键； l 程序下载方式为实验平台内部下载，即无须外部接线，节省接线操作时间，带有电源保护电路； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 5 | ZigBee无线通信模块 |
l 主芯片：CC2530F256，256K Flash，8K RAM，内置8051单片机及无线收发器，支持11-26信道更改，支持点播、组播、广播多种类型数据通信，支持自动组网及网络自愈功能； l 串行速率：9600-115200bps多种速率可选； l 无线频率：2.4GHz； l 无线协议：ZigBee2007/PRO； l 通讯接口：UART； l 无障碍传输距离：200米； l 集成串口切换功能，通过跳线方式，可将通讯线路进行切换； l 具备协调器、路由器及终端功能，可通过串口指令让设备在三种类型中自由切换； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 6 | Wifi无线通信模块 |
l 主芯片集成MAC、基频芯片及射频收发单元，内置低功耗运行机制，可以有效的降低功耗运行； l 支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n无线标准； l 支持WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式； l 支持AP、STA、AP+STA工作模式； l 完全集成的串口转无线TCP/UDP传输功能，多个串口速率选择； l 支持TCP/UDPClient注册包机制； l 支持SimpleConfig/Airkiss/usrlink快速联网配置； l 支持AT+指令集配置； l 集成串口切换功能，通过跳线方式，可将通讯线路进行切换； l 通过参数配置，可通过WiFi无线节点，将传感器数据传入云端； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 7 | 空气温湿度传感器 |
l 采用DHT11传感器； l 温度：检测范围0-50度，精确到可以达到0.5℃； l 湿度： l 检测范围20%RH-95%RH, 精确到可以达到2%RH； l 支持电容型湿度传感实验； l 支持湿度值脉冲信号输出； l 输出形式：数字量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 8 | 光照度传感器 |
l 采用ROHM原装BH1750FVI芯片； l 输出形式:数字量、模拟量； l 使用宽电压LM393电压比较器,工作稳定； l 光照度范围：0-65535lx l 传感器内置16bitAD转换器，直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定，不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 9 | 霍尔传感器 |
l 使用3144霍尔传感器； l 工作频率宽：DC100KH； l 使用宽电压LM393电压比较器,工作稳定； l 支持灵敏度可调； l 支持信号输出指示； l 输出形式：开关量 l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 10 | 人体红外传感器 |
l 采用SR602感应传感器； l 感应距离：0-5M； l 支持红外对射、红外漫反射传感实验； l 同时提供传感器的模拟量信号； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 11 | 气体传感器 |
l 采用可拆卸结构，支持MQ系列半导体气敏元件； l 支持1路数字量输出； l 支持1路模拟量AD输出功能； l 支持灵敏度可调； l 检测浓度：300-10000ppm； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 12 | 火焰传感器 |
l 探测角度：60°； l 检测波长：760nm-1100nm； l 输出形式：开关量； l 支持灵敏度可调； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 13 | 红外对射传感器 |
l 采用H2010直射型光电传感器，槽宽10mm； l 使用宽电压LM393电压比较器,工作稳定； l 具有信号输出指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮； l 输出形式：开关量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 14 | 限位器传感器 |
l 采用工业生产的机械限位器，限位器被触发后可以选择高电平输出或者低电平输出形式； l 提供双路限位器，支持外接设备控制； l 提供NO、COM、NC三路输出端； l 可以模拟一些工业传感器的触发采集，如红外栅栏、人体红外等； l 输出形式：开关量； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 15 | 双路继电器执行器 |
l 采用5V控制继电器，实现双路控制开关； l 继电器规格3A-200VAC；3A-30VDC； l 提供NO、COM、NC三路输出端，可外接控制设备； l 提供双路指示灯，显示继电器状态； l 提供“通用平台”弹性探针接触点，用于程序下载、串口调试、供电等作用。提供搭积木弹性接触针，用于搭积木形式教学。 |
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| 16 | 公有云平台 |
l 支持传统工业上云：可通过多种通讯方式，如: 5G（NB-IOT）、4G、GPRS（2.5G）、 Lora、 WiFi等，将工业上传统硬件（包括教学传感器模块）接入云端，实现对工业生产环境数据的全面监控； l Modbus协议：采用工业上常用的Modbus协议，可将工业级别传感器完全移植到教学实践中，并提供源代码，让学生更快的与社会接轨； l 可以通过wifi、4g、nb-iot无线模块，将传感器数据直接采集到云端显示； l 支持云组态设置； l 支持手机接收传感器报警信息； l 支持微信小程序显示组态内容，及控制设备等功能； |
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通过将各个实验模块与智能家居实训沙盘相结合，可进行多种实训实验：
| 智能控制实验 | 综合实训实验 |
| 实验一、智能灯光控制实验（12路） | 实验九、 WiFi无线通信实验 |
| 实验二、智能窗帘控制实验 | 实验十、 环境检测与联动实验 |
| 实验三、智能窗户控制实验 | 实验十一、RFID读卡与应用实验 |
| 实验四、智能门禁控制实验 | 实验十二、云平台配置与应用实验 |
| 实验五、智能空调控制实验 | 实验十三、单片机开发与应用实验 |
| 实验六、智能电视控制实验 | 实验十四、传感器采集与应用实验 |
| 实验七、智能监控控制实验 | 实验十五、执行器控制与应用实验 |
| 实验八、智能风扇控制实验 | 实验十六、ZigBee无线传感器网络配置实验 |