DBLY-106 物联网智能家居实训沙盘

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：
沙盘模块

u 模块升级：更新物联网模块时，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
5	无线通讯模块	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：

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1.1m1.0m0.25m； 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；
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；
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。
4	嵌入式STM32处理器	l 采用STM32F103处理器，内核：ARM 32位的Cortex™-M3 CPU；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。
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。
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 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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；

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：

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