CN106781921A - 一种基于stm32微控制器的物联网实验箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，包括箱体、特制平台以及附加电路板，所述箱盖通过固定扣与箱体连接，所述特制平台安装在箱体内，特制平台上设置有安装槽及安装孔；所述附加电路板安装在特制平台上，且位于箱体内，附加电路板上设置有排座；所述箱体内通过安装槽、安装孔和排座安装有STM32核心单元模块、传感器模块、功能执行模块和通讯模块，所述传感器模块、功能执行模块和通讯模块分别与STM32核心单元模块连接，所述STM32核心单元模块包括STM32微控制器及其***电路。本发明解决了现有实验箱灵活性与扩展性差的问题，不仅为物联网教学与开发提供实验设备，也为STM32嵌入式技术的学习与开发提供必要工具，让教学与开发无缝对接。

Description

一种基于STM32微控制器的物联网实验箱

技术领域

本发明涉及一种实验箱，尤其是一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，属于实验教学领域及物联网开发领域。

背景技术

物联网是未来科技发展的重要方向，社会对这方面人才的需求日渐增加，因此许多大学也专门开设了物联网这一专业，但物联网相关的教学理念和教学设备仍不能跟上这种需求。

STM32是当前最适合物联网的微控制器，它资源丰富，成本低廉，使用门槛低。但市面上基于STM32的物联网实验箱十分少，大部分都没有足够的传感器及***的物联网思路供教学及开发使用。不仅如此，市面上的实验箱实验电路固定，更不能供学习STM32使用，令整个物联网教学的成本升高。这样的实验箱灵活性和扩展性差，十分不利于物联网行业新血液的流入及其壮大与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，该实验箱解决了上述现有实验箱灵活性与扩展性差的问题，不仅为物联网教学与开发提供实验设备，也为STM32嵌入式技术的学习与开发提供必要工具，让教学与开发无缝对接。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，包括箱体、特制平台以及附加电路板；所述特制平台安装在箱体内，特制平台上设置有安装槽及安装孔；所述附加电路板安装在特制平台上，且位于箱体内，附加电路板上设置有排座；所述箱体内通过安装槽、安装孔和排座安装有STM32核心单元模块、传感器模块、功能执行模块和通讯模块，所述传感器模块、功能执行模块和通讯模块分别与STM32核心单元模块连接，所述STM32核心单元模块包括STM32微控制器及其***电路，STM32核心单元模块是实验箱的MCU，充当实验箱的大脑，实验者仅用该模块就可以进行部分物联网模拟实验，***电路如时钟电路，滤波电路、各种烧写及数据传输接口电路，液晶屏接口电路、TF卡接口电路等。

优选的，还包括箱盖，所述箱盖通过固定扣与箱体连接。

优选的，所述箱盖上配置了一个口袋，该口袋用于放置实验箱的各种说明书和包含电子文档、代码的光盘。

优选的，所述特制平台由五块亚克力板组合而成，并通过螺丝与安装孔配合固定安装在箱体内，所述安装槽上设置有凸起的定位条，特制平台整体安装在箱体内，与箱体不容易分离，使实验箱更坚固，模块安装在特制平台上，增加模块稳定性。

优选的，所述特制平台具有预留空间，该预留空间与箱体内底部之间形成一个配件槽，所述配件槽放置了一个仿真器、一个下载器、两条与仿真器和下载器配套的USB线、若干根用于电路连接的杜邦线以及一个5V输出的交流转直流插头；此外，配件槽还可以根据不同的需要放置其他器件。

优选的，所述特制平台与箱体内底部之间设置有供电模块，所述供电模块采用220V交流转5V直流降压模块，提供四路5V的USB电源接口，220V市电通过降压模块，提供稳定的5V直流电源，满足实验箱所有模块的电压需求。

优选的，所述附加电路板通过螺丝与安装孔配合固定安装在特制平台上，部分模块可以在附加电路板上自由插拔，让部分模块的引脚引到特制平台的表面，为连接提供便利，更直观的为实验者呈现电路连接；这种设置提高了实验箱的可用性和灵活性，利于提高实验效果，易于实验者理解。

优选的，所述传感器模块是实验箱的信号源，为实验提供实时的数据，其包括步进电机及其驱动模块、直流电机及其驱动模块、舵机云台驱动模块、舵机驱动模块、红外遥控模块、游戏摇杆模块、声音播放模块和继电器模块；传感器模块能将采集到的数据传输到STM32核心单元模块中，经过分析和处理后，再按照程序驱动功能执行模块，实现特定功能的运动和控制，或者将采集到的数据发送到特定装置上。

优选的，所述功能执行模块是智能物联网的重要部分，由STM32核心单元模块控制，能智能地对传感器模块的数据作出反应，其包括步进电机及其驱动模块、直流电机及其驱动模块、舵机云台驱动模块、舵机驱动模块、红外遥控模块、游戏摇杆模块和继电器模块。

优选的，所述通讯模块是STM32核心单元模块与外部装置之间的信息桥梁，其包括以太网模块、蓝牙模块、NRF2401无线模块、Wi-Fi转串口模块、ZigBee模块、GPS定位模块和GSM/GPRS模块；传感器模块采集到的数据，在经过分析处理后，按照预先制定好的通讯规范，通过通讯模块进行实时数据传输与信息交换。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明采用模块化放置，让实验者自主接线，用直观的方式让实验者了解电路，而不是将线路固定，只在软件方面进行操作；不仅可以通过特制平台将模块安装在箱体内，而且还可以通过附加电路板将部分模块的引脚引到特制平台表面，为连接提供便利，更直观的为实验者呈现电路连接，这种设置提高了实验箱的可用性和灵活性，利于提高实验效果，易于实验者理解。

2、本发明将所有模块按模块功能分类固定安装在箱体内，实验者可根据实验目的和要求，灵活选择一个或多个模块进行实验或开发，能有效增强实验箱的灵活性，让实验者在实验时清楚地了解模块的作用及它们与STM32微控制器的连接，并减少模块之间的干扰，主要适用基于STM32微控制器的物联网技术学习与开发，但箱内资源也能兼顾其他类型微控制器的物联网技术学习与开发。

3、本发明的实验箱配备了大量的传感器模块和通讯模块，以丰富的资源拓展了可进行的物联网实验，这样的实验箱设计发扬了现有物联网实验箱的优点，并弥补了它们的缺点，为物联网行业的发展提供更好的奠基石。

附图说明

图1为本发明的物联网实验箱结构示意图。

图2为本发明的物联网实验箱中箱体与特制平台的分体结构示意图。

图3为本发明的物联网实验箱中各模块的分区图。

图4为本发明的物联网实验箱中特制平台的结构示意图。

图5为本发明的物联网实验箱中附加电路板的电子电路图。

其中，1-箱体，2-箱盖，3-特制平台，4-附加电路板，5-STM32核心单元模块，6-传感器模块，7-功能执行模块，8-通讯模块，9-预留空间，10-配件槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的物联网实验箱包括箱体1、箱盖2、特制平台3以及附加电路板4，所述箱盖2通过固定扣与箱体1连接，所述特制平台3安装在箱体1内，所述附加电路板4安装在特制平台3上，且位于箱体1内。

所述箱体1内安装有STM32核心单元模块5、传感器模块6、功能执行模块7和通讯模块8，各模块的分区如图3所示，左部区域放置传感器模块6，上部区域放置STM32核心单元模块5，中间区域放置功能执行模块7，右部和下部区域放置通讯模块8。

所述STM32核心单元模块5包括STM32微控制器及其***电路，STM32核心单元模块是实验箱的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，充当实验箱的大脑，实验者仅用该模块就可以进行部分物联网模拟实验，***电路如时钟电路，滤波电路、各种烧写及数据传输接口电路，液晶屏接口电路、TF卡接口电路等。

所述传感器模块6是实验箱的信号源，为实验提供实时的数据，其包括温度传感器模块、距离传感器模块(如HC-SR04超声波测距模块)、红外感应模块、声音传感器模块(如LD3320语音识别模块)、多轴运动传感器模块(如MPU6050六轴传感器)、摄像头模块和射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)模块；传感器模块能将采集到的数据传输到STM32核心单元模块中，经过分析和处理后，再按照程序驱动功能执行模块，实现特定功能的运动和控制，或者将采集到的数据发送到特定装置上。

所述功能执行模块7是智能物联网的重要部分，由STM32核心单元模块控制，能智能地对传感器模块的数据作出反应，其包括步进电机及其驱动模块、直流电机及其驱动模块、舵机云台驱动模块、舵机驱动模块、红外遥控模块、游戏摇杆模块、声音播放模块(如MP3播放模块、SYN6288语音播放模块)和继电器模块。

所述通讯模块8是STM32核心单元模块与外部装置之间的信息桥梁，其包括以太网模块、蓝牙模块(如HC-05蓝牙模块)、NRF2401无线模块、Wi-Fi转串口模块(如ESP8266Wi-Fi转串口模块)、ZigBee模块、GPS定位模块和GSM/GPRS模块；传感器模块采集到的数据，在经过分析处理后，按照预先制定好的通讯规范，通过通讯模块进行实时数据传输与信息交换。

所述箱盖2上配置了一个口袋，该口袋用于放置实验箱的各种说明书和包含电子文档、代码的光盘。

所述特制平台3由五块亚克力板组合而成，其结构如图4所示，特制平台3的左侧具有预留空间9，该预留空间9与箱体1内底部之间形成一个配件槽10，从图3的分区可以看到，配件槽10位于传感器模块6的左边，配件槽10放置了一个仿真器、一个下载器、两条与仿真器和下载器配套的USB线、若干根用于电路连接的杜邦线以及一个5V输出的交流转直流插头；此外，配件槽还可以根据不同的需要放置其他器件；

所述特制平台3与箱体1内底部之间设置有供电模块，所述供电模块采用220V交流转5V直流降压模块，提供四路5V的USB电源接口，将5V输出的交流转直流插头与220V市电的插座连接后，220V市电通过降压模块，即可输出四路5V的直流稳压电源，满足实验箱所有模块的电压需求；实验时，实验者将降压模块的电源接口与STM32核心单元模块5相连，为STM32核心单元模块5及整个实验或开发工程提供VCC和GND，同时根据实验或开发要求，把所选用的模块通过杜邦线与STM32核心单元模块5连接，从而完成整个实验或开发工程的VCC、GND及其他信号线的连接功能；此外，如果需要进行串口通讯或者程序烧写，可以用配件槽中的仿真器、下载器及配套的USB线进行通讯及程序烧写。

所述特制平台3上设置有安装槽及安装孔，安装槽上设置有凸起的定位条，按照图3的分区安装各个模块，有相应安装槽的模块放置在安装槽，利用定位条固定模块，有相应安装孔的模块，利用螺丝与安装孔配合固定在特制平台3上，特制平台3上的安装孔还可以与螺丝配合固定在箱体1内，特制平台3整体安装在箱体1内，与箱体1不容易分离，使实验箱更坚固，模块安装在特制平台3上，增加模块稳定性。

部分模块由于封装限制，需要利用附加电路板4进行安装与线路转接，所述附加电路板4的结构如图5所示，附加电路板4通过螺丝与安装孔配合固定安装在特制平台3上，上面设置有排座，部分模块可以通过排座上的插孔在附加电路板上自由插拔，让部分模块的引脚引到特制平台3的表面，为连接提供便利，更直观的为实验者呈现电路连接，实验时，实验者通过连接附加电路板上的排针，即可完成实验所需的连线，这种设置提高了实验箱的可用性和灵活性，利于提高实验效果，易于实验者理解，从图5中可以看到，附加电路板4上的多个排座，可以分别安装MPU6050六轴传感器、ZigBee模块、Wi-Fi转串口模块、NRF2401无线模块、SYN6288语音播放模块。

应用不同模块与STM32开发板或STM32核心板连接，可以进行如精密温度器实验、温湿度实验、红外遥控器接收实验、烟雾检测实验、MP3音频输入输出实验、语音识别与控制实验、文本转语音识别实验、MPU6050加速度陀螺仪实验、图像采集输出实验、继电器控制实验、步进电机控制实验、直流电机控制实验、多角度舵机云台控制实验、WIFI转串口通讯实验、以太网组建及通讯实验、NRF2401无线模块通讯实验、HC05蓝牙通讯实验、RFID射频通讯实验、GPS定位及通讯实验、GSM 4G通讯实验、Zigbee无线网络组建及通讯实验等实验验证与开发应用，使实验者深入浅出，循序渐进的学习和掌握物联网的相关知识。

本实施例中的所有模块通常情况下均处于固定状态，以方便整理实验箱，及提高器材的完好率，但特殊情况下也允许实验者拆卸实验箱的部分模块，以满足他们的实验与开发需要，这种方案满足了实验者的各种需求，不仅能在课程中按照实验箱的布局进行实验，规范实验过程，也能拆卸部分模块便于与STM32微控制器连接，有利于课程外的开放性实验及应用开发；更能将这些模块和STM32微控制器一同拆下，到不限于实验室的地方如工厂、家居、宿舍等进行开放性实验，免去将实验箱带到开放性实验地点的麻烦。

综上所述，本发明选用了STM32微控制器，资源丰富且门槛低，并兼容了大量的开发应用模块，能进行大量的物联网基础实验与工程应用开发，不仅为教学提供了载体，更为实验者从学习过渡到实际开发提供了一条桥梁，摆脱了现有物联网实验箱模块较少，灵活性较差等的局限性。

由于本发明的所有开发应用模块容易安装与拆卸，如果遇到模块损坏或模块需要升级等情况，不必整个实验箱更换，只需更换或升级相应的模块即可，从而降低了损坏及升级换代的成本，使物联网技术学习的成本更低。

本领域的技术人员应理解，以上的描述及附图所示的本发明的实施例仅仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管以上有对本发明实施例的详细描述，本领域的技术人员依然可对上述的技术方案进行修改，或以相同用途进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修该、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：包括箱体、特制平台以及附加电路板；所述特制平台安装在箱体内，特制平台上设置有安装槽及安装孔；所述附加电路板安装在特制平台上，且位于箱体内，附加电路板上设置有排座；所述箱体内通过安装槽、安装孔和排座安装有STM32核心单元模块、传感器模块、功能执行模块和通讯模块，所述传感器模块、功能执行模块和通讯模块分别与STM32核心单元模块连接，所述STM32核心单元模块包括STM32微控制器及其***电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：还包括箱盖，所述箱盖通过固定扣与箱体连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述箱盖上配置了一个口袋，该口袋用于放置实验箱的各种说明书和包含电子文档、代码的光盘。

4.根据权利要求1所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述特制平台由五块亚克力板组合而成，并通过螺丝与安装孔配合固定安装在箱体内，所述安装槽上设置有凸起的定位条。

5.根据权利要求1所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述特制平台具有预留空间，该预留空间与箱体内底部之间形成一个配件槽，所述配件槽放置了一个仿真器、一个下载器、两条与仿真器和下载器配套的USB线、若干根用于电路连接的杜邦线以及一个5V输出的交流转直流插头。

6.根据权利要求5所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述特制平台与箱体内底部之间设置有供电模块，所述供电模块采用220V交流转5V直流降压模块，提供四路5V的USB电源接口。

7.根据权利要求1所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述附加电路板通过螺丝与安装孔配合固定安装在特制平台上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述传感器模块包括温度传感器模块、距离传感器模块、红外感应模块、声音传感器模块、多轴运动传感器模块、摄像头模块和射频识别模块。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述功能执行模块包括步进电机及其驱动模块、直流电机及其驱动模块、舵机云台驱动模块、舵机驱动模块、红外遥控模块、游戏摇杆模块、声音播放模块和继电器模块。

10.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于STM32微控制器的物联网实验箱，其特征在于：所述通讯模块包括以太网模块、蓝牙模块、NRF2401无线模块、Wi-Fi转串口模块、ZigBee模块、GPS定位模块和GSM/GPRS模块。