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远程云端硬件实验平台(第二代V2.0)

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单片机远程云端硬件创新实验平台

JC-RCHK-I

一、概述:

单片机远程云端硬件创新实验平台是虚实一体实验系统,采用B/S架构,即兼顾了传统单片机实验系统的特征(连线)又结合了最新大数据、云计算技术实现了可远程操作硬件的实验平台,为学生搭建了一个随时随地自由发挥的硬件实验环境。学生将实验项目通过互联网上传至云端服务器相连的实验板卡,并实时反馈实验结果。旨在打破实验的空间和时间的限制,打破传统学科实验间壁垒,建立基于一套平台贯穿一系列课程体系,在校实践不断线的创新实践教学新体系。让学生在项目实践中学习和掌握系统的知识体系,充分发挥学生的想象力和创造力,培养学生知识综合运用能力和工程实践能力。

二、实验室建设架构

2.1基于云端的硬件实验平台架构如下:

 

 

2.2硬件组成

2.2.1远程接入设备

  

   采用标准的3U机箱设计、标准输入电源规格220V50-60Hz;机箱配备1A保险保障安全;装配有12个插槽的底板、1块电源板卡(5V-10A)、风扇以及相关安全检测、控制模块等。具体功能如下:

1、温度监测:

 机箱拥有双温度传感器,实时采集机箱内部温度+电源温度。控制机箱温度稳定在33°-35°之间, 当机箱温度超出35°临界值,控制端驱动风扇实时物理降温。当极端环境温度飙升至60°时,控制端会采取整机断电冷却降温,实现对板卡保护。

2、功耗控制

 通过机箱的后端控制,对板卡的电压整机功耗进行控制。当板卡电压高于5.2V时,机箱控制端发出警报,并采取断电处理以保护板卡安全。当整机功耗大于50W时,机箱控制端发出警报,并采取断电处理以保护整机安全。

3、板卡在线监测:

 通过后端控制平台,对插槽中的板卡进行实时数量监测,并反馈给服务器。

4、短路保护

 机箱控制端可以对单插槽板卡进行短路保护,一块板卡即硬件设备单元出现问题,不会影响其它硬件设备单元供电使用。

2.2.2远程云端硬件设备单元

硬件设备单元采用板卡的形式,通过LAN接口连接到远程实验接入设备的服务器上。设备单元采用ARM+MCU的核心硬件方案, 其中ARM解析服务器软件下发的命令,并负责下载MCU程序、设置MCU管脚输入状态以及采样输出管脚状态。

 

具体参数如下:

ØMCU芯片STC8051系列IAP15W4K58S4

ØARM-STM32F4

ØSRAM1M*16

ØNORFLASH64K*8

ØAD/DA(TLC5620/0834)

ØUSB转串口(CH340G)

ØUSB接口*2

Ø以太网接口*2

ØSD卡接口*2

Ø音频输出输入接口WM8978

ØEEPRM(AT24C64)

ØRTC(DS1302N)

2.2.2数据中心

数据中心采用服务器实现,负责管理多个MCU硬件设备单元并运行服务器软件,实现学生登陆管理、动态分配MCU硬件设备、程序提交与下载、记录学生操作记录等。并将请求和操作以指令的形式发送到MCU硬件设备单元。

具体如下:

1、 为学生动态分配MCU硬件实验设备;

2、 将用户的操作命令转发到对应的板卡进行处理;

3、数据库管理,将用户登录信息、操作记录都记录到数据库中;

3、提供教师机后台管理与数据查看功能;

 

 

三、软件组成

软件为B/S架构,分为学生入口和教师入口两部分。

3.1学生端软件

  

 

 

 

 

 

 

 

1 提供学生登陆入口

2 信息公告、教学课件、实验列表、实验面板、作业上传;

3 客服、信息提示、硬件设备连接提示、以及操作者的信息。

4 实验面板为主要操作区域,详细功能如下:

1MCU烧写

2)运行实验

3)清空面板

4)面板设置:面板高度、画布偏移、缩放系数等参数功能

5)导入实验

6)导出实验

7)分享实验:支持QQ、微博、微信

8)隐藏器件面板功能

9)器件面板:

基础器件:位输入、脉冲输入、时钟输入、多位输入、位输出、多位输出、频率测量输出

实物器件:LED灯、按键、拨码开关、蜂鸣器、数码管、4位数码管、8*8点阵、16*16点阵、1602液晶屏、12864液晶屏、步进电机、直流电机、扬声器、麦克风

逻辑器件:基本管脚、多管脚、自定义管脚、逻辑分析仪、串口调试助手、网络调试助手、内存调试助手

其它:文字、图片

3.3教师端软件

 

 

 

教师机软件提供了登录、学生信息监控、学生操作记录监控、实验管理、MCU板卡连接状态监控、学生实时操作信息监控等功能。

1. 教师登陆

2. 学生列表监控

3. 学生操作记录监控

4. MCU板卡连接状态监控

5. 实验完成情况监控

6. 下载学生实验代码

7. 实验评分,评论

8. 导出成绩单

9. 学生实时操作记录监控

四、实验内容

实验一  继电器控制实验

实验二  流水灯实验

实验三  OLED实验

实验四  定时器实验

实验五  数码管显示与蜂鸣器实验

实验六  点阵显示实验

实验七  网口实验

实验八 交通灯实验

实验九 电机控制实验

实验十 LCD实验

实验十一  USB实验

实验十二  蜂鸣器实验

实验十三独立按键和流水灯实验