一種基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是利用各種不同的傳感設(shè)備，按照不同的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)人與人、人與物以及物與物之間的信息交換。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以克服信息傳輸中大多數(shù)時(shí)間地域的限制，其所形成的龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控、管理等多種功能。
[0003]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣，發(fā)展空間大。近年來(lái)不少高校都設(shè)立了以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的專(zhuān)業(yè)。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的后臺(tái)支持是復(fù)雜的理論和技術(shù)。從數(shù)據(jù)采集與感知、數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_(tái)應(yīng)用等各個(gè)階段均涉及到電子、通信、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)合。因此，如何幫助學(xué)生直觀的掌握相關(guān)知識(shí)和技術(shù)就成了各高校和科研機(jī)構(gòu)亟待解決的一項(xiàng)難題。
[0004]目前課堂中所使用的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備通常是在原有通信試驗(yàn)箱或電子試驗(yàn)箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單改造形成的，功能單一、靈活性差且缺少理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵要素，無(wú)法滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)箱，旨在解決傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)箱功能單一且靈活性差的缺陷。
[0006]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱，包括箱體以及底板:
[0007]還包括基于ARM內(nèi)核的第一核心主板和第二核心主板；所述第一核心主板和第二核心主板分別與外部存儲(chǔ)器相連，所述外部存儲(chǔ)器連接至32位數(shù)據(jù)總線；
[0008]所述第一核心主板集成有多路串行接口和通用I/O端口、還集成有JTAG接口，全雙工串口 UART、USB端口以及時(shí)鐘電路；
[0009]所述第二核心主板集成有復(fù)位控制器、低功耗RC振蕩器、電源管理控制器、先進(jìn)的終端控制器、調(diào)試單元、周期性間隔定時(shí)器、看門(mén)狗、實(shí)時(shí)定時(shí)器、并行1控制器、外設(shè)數(shù)據(jù)控制器、同步串行控制器、通用同步/異步收發(fā)器、主/從串行外設(shè)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、PWM控制器、雙線接口和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0010]所述物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱還包括:基于ARM處理器的移動(dòng)平臺(tái)、基于CC2430射頻芯片的ZigBee模塊、RFID射頻芯片、基于ClllO單片機(jī)的射頻收發(fā)模塊以及基于GPRS2.5G網(wǎng)絡(luò)的GPRS模塊。
[0011]采用雙核心主板的主旨在于幫助學(xué)生從不同層面理解物聯(lián)網(wǎng)原理、組網(wǎng)以及應(yīng)用。高校在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)將涉及不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)加以區(qū)分，其中涉及工業(yè)控制和Internet設(shè)備的實(shí)驗(yàn)為理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。但是，此類(lèi)實(shí)驗(yàn)所需要的資源配置較小，可以采用配置較低的芯片實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。因此，所述第二核心主板設(shè)置為以ARM7TDMI為內(nèi)核的ARM7核心主板，與所述ARM7核心主板相連接的外部存儲(chǔ)器為32K FLASH。ARM7具有嵌入式ICE-RT邏輯，調(diào)試開(kāi)發(fā)方便，功耗極低，非常便于學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)的片上功能。
[0012]進(jìn)一步的，為了實(shí)現(xiàn)涉及其它更高需求應(yīng)用場(chǎng)合的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，所述第一核心主板選用以配置較高的芯片。優(yōu)選ARM9核心主板，與所述ARM9核心主板相連接的外部存儲(chǔ)器包括 64MSDRAM 和 64MNAND FLASH。
[0013]ARM9核心主板支持DSP指令集和多種主流嵌入式操作系統(tǒng)，適合需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合，所以需要將實(shí)驗(yàn)箱的擴(kuò)展功能組件與第一核心主板相連接。因此，所述ARM9核心主板上集成有觸摸屏接口、數(shù)字屏接口、GPRS接口、SD卡存儲(chǔ)接口、GPS接口、CAN總線接口和RJ-45接口 ；所述ARM9核心主板還連接有外擴(kuò)RTC電路。
[0014]進(jìn)一步的，作為ARM9核心主板的替代方案，所述第一核心主板也可以是ARMll核心主板；與所述ARMll核心主板相連接的外部存儲(chǔ)器包括256M的Mobile DDR內(nèi)存和2G的NAND FLASH 存儲(chǔ)器。
[0015]由于ARMll核心主板實(shí)時(shí)響應(yīng)更快且具有加強(qiáng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理能力，所以可以實(shí)現(xiàn)與消費(fèi)電子、無(wú)線和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。為了連接相關(guān)外圍擴(kuò)展模塊，所述ARMll核心主板上集成有12MHz、48 MHz,27 MHz、32.768 KHz的時(shí)鐘源，用于連接SD卡或無(wú)線網(wǎng)卡的復(fù)用接口，用于連接音頻設(shè)備的接口，用于連接麥克風(fēng)的接口，觸摸屏接口，CVBS輸出接口，CMOS攝像頭接口和插針擴(kuò)展口。
[0016]進(jìn)一步的，所述ARMll核心主板還包括擴(kuò)展單元；所述擴(kuò)展單元包括溫度傳感器、紅外接收頭、LED以及蜂鳴器。
[0017]進(jìn)一步的，所述移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有GSM/GPRS通信模塊以及板載時(shí)鐘模塊。
[0018]為方便組網(wǎng)，所述底板分為兩層，其中，所述第一核心主板和RFID射頻芯片設(shè)置在所述底板的第二層；所述第一核心主板、第二核心主板、移動(dòng)平臺(tái)、ZigBee模塊、RFID射頻芯片、射頻收發(fā)模塊以及GPRS模塊均設(shè)置在所述底板上開(kāi)設(shè)的扣槽中。
[0019]本實(shí)用新型所提供的基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的核心主板和其外圍擴(kuò)展電路，可以有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)別不同層次物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)需求。該物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單，可以完成I1余個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)、功能多樣、使用靈活、滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0020]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本實(shí)用新型所提供的基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱的第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型所提供的基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱的第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0024]與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱相比，本實(shí)用新型所提供的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱采用了雙嵌入式系統(tǒng)核心主板的形式。其原因在于，雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛且一直在不斷擴(kuò)展，但其中最為基礎(chǔ)和核心的依舊是工業(yè)控制。這就存在一個(gè)矛盾，如果實(shí)驗(yàn)箱中僅僅配備低配置的處理器芯片，就無(wú)法開(kāi)展關(guān)于電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ布筝^高的相關(guān)實(shí)驗(yàn)；而如果僅配備高配置的處理器，又很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)片上功能在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用。所以，采用雙嵌入式系統(tǒng)核心主板的形式可以很好的解決這一問(wèn)題，詳述如下:
[0025]實(shí)施例一，如圖1所示，本實(shí)施例所提供的基于嵌入式系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱采用第一核心主板、第二核心主板加擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)方式?；贏RM微處理器內(nèi)核的第一核心主板和第二核心主板，能將所有的I/O全部引出，在核心主板上只提供最基本的接口，便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。
[0026]如圖1所示，第一核心主板為以Samsung S3C2440AL處理器為核心的ARM9核心主板，其最高主頻可達(dá)到533MHz。ARM9核心主板的微處理器采用Harvard結(jié)構(gòu)，五級(jí)流水線，時(shí)鐘頻率為120MHz-200MHz，在高性能和低功耗特性方面可以表現(xiàn)出最佳的性能。ARM9核心主板支持WindowsCE, Linux等多種操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)如搭建Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境、編譯配置Linux內(nèi)核、GP1驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)通訊、1控制等14組實(shí)驗(yàn)。
[0027]本實(shí)施例中的ARM9核心主板連接有外部存儲(chǔ)器SDRAM以及NAND FLASH，其中SDRAM為系統(tǒng)代碼的運(yùn)行場(chǎng)所，F(xiàn)LASH存放嵌入式操作系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序或其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。SDRAM和NAND FLASH連接至32位數(shù)據(jù)總線與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求，SDRAM和NAND FLASH均為64M，可以滿(mǎn)足大部分物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要。SDRAM和FLASH通過(guò)表貼封裝的雙排插針將信號(hào)線及控制線引出。這樣，只需要設(shè)計(jì)不同的擴(kuò)展板即可實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)功能。
[0028]所述ARM9核心主板上集成有至少7路串行擴(kuò)展口，其中一路作為Debug調(diào)試接口，兩路可以作為RS-485的復(fù)用接口，即可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)箱與其他硬件應(yīng)用系統(tǒng)的短距離雙向串行通信；8路通用I/O輸入端口，4路通用I/O端口。此外，ARM9核心主板上還設(shè)置有一JTAG接口，通過(guò)該接口可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試以及編程。
[0029]作為實(shí)驗(yàn)箱的核心芯片，ARM9核心主板需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同擴(kuò)展不同的外部功能模塊。所以，ARM9核心主板上還集成有多個(gè)功能接口，如一路GPRS接口、一路GPS接口、一路ZigBee接口、四路10位ADC、一路CAN總線接口、一路100M以太網(wǎng)RJ-45接口，以及用于直接連接四線電阻式觸摸屏的觸摸屏接口、用于與TFT及IXD屏直接連接的數(shù)字屏接口，用于與USB設(shè)備直接連接的USB接口，用于與SD卡連接的SD卡存儲(chǔ)接口。ARM9核心主板還設(shè)置有外擴(kuò)RTC電路，足以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的擴(kuò)展功能模塊需求。
[0030]除ARM9核心主板以外，實(shí)驗(yàn)箱中還包括主要用于進(jìn)行片上功能實(shí)驗(yàn)的ARM7核心主板。ARM7核心主板上設(shè)置有復(fù)位控制器(RSTC)，提供上電復(fù)位和掉電檢測(cè)。該復(fù)位控制器可以提供復(fù)位源信息，用以直觀地展示程序復(fù)位是何種原因造成的。同時(shí)，復(fù)位控制器可以輸出復(fù)位信號(hào)，用于控制實(shí)驗(yàn)箱的外部設(shè)備。ARM7核心主板上還集成有低功耗RC振蕩器、用于優(yōu)化電源降低功耗的電源管理控制器(PMC)、具有8個(gè)優(yōu)先級(jí)向量式中斷源的先進(jìn)的中斷控制器(AIC)、用于調(diào)試雙線UART的調(diào)試單元(DB⑶)、由20位可編程計(jì)數(shù)器和12位間隔計(jì)數(shù)器構(gòu)成的周期性間隔定時(shí)器(PIT)、有12位可編程計(jì)數(shù)器構(gòu)成的看門(mén)狗(WDT)、由32為計(jì)數(shù)器構(gòu)成的實(shí)時(shí)定時(shí)器(RTT)、并行1控制