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追梦系列-嵌入式远程云端硬件实验平台(升级版)

远程云端硬件创新实验平台,型号: JC-IHA-RS,是虚实一体实验系统,采用B/S架构,即兼顾了传统嵌入式实验系统的特征(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,打破传统学科实验室的壁垒,建立“云端硬件实验室,在校实践不断线”的创新实践教学新体系。

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一、产品概述

STM32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,即兼顾了传统嵌入式实验系统的特征(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,打破传统学科实验室的壁垒,建立“云端硬件实验室,在校实践不断线”的创新实践教学新体系。

硬件板卡采用STM32ARMCortex-M4处理器,在M3的基础上强化了运算能力,新加了浮点、DSP、并行计算等,用以满足需要有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场,面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新兴类别的灵活解决方案。该平台芯片接口全部开放,给学生充分发挥想象力和创造力的空间,培养学生知识综合运用能力和工程实践能力。

二、主要组成

C:\Users\Administrator\Desktop\远程架构.jpg远程架构(一)基于云端的硬件实验平台架构

 

 

 

 

 

 

 

 

(二)硬件组成

1.远程接入设备

 

C:\Users\Administrator\Desktop\远程箱.png远程箱

 

 

 

 

 

 

 

采用标准的3U机箱设计、标准输入电源规格220V,50-60Hz;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。其功能如下:

(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.远程云端硬件设备单元

 

C:\Users\Administrator\Desktop\远程箱.png远程箱

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:

受控端:

(1)ARM Cortex-M7 系列的STM32H750XB

(2)64K的EEPROM 存储器 (AT24C64)

(3)16M的SRAM (IS61WV102416BLL)

(4)8M的Flash(W25Q64)

(5)1路内部CAN 总线

(6)100M以太网接口

监控端:

(1)ARM Cortex-M4 MCUSTM32F407ZG

(2)64K的EEPROM 存储器 (AT24C64)

(3)RTC晶振32.768KHz)

(4)1路内部CAN 总线

(5)100M以太网接口

(6)预留TF卡(SDIO接口)

(7)预留音频接口

(8) LED * 2

(9)1路USB 转 UART

3.数据中心

C:\Users\Administrator\Desktop\机柜.jpg机柜

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;

4、提供教师机后台管理与数据查看功能。

)软件组成

软件为B/S架构,分为管理端、教师端、学生端部分。

1.       管理端软件

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(1)教师管理:分配教师账号;可批量下载/上传账号模板。

(2)设备管理:可批量添加、删除设备,升级设备程序,下载设备实时日志,设备信息编辑(板卡号、设备类型、设备MAC、设备IP、设备状态)。

(3)设备搜索:可批量搜索、添加设备。

(4)系统公告:可以发布管理员公告信息。

(5)登录记录:可以实时记录所有用户的登录信息。

(6)操作信息:可以实时记录所有用户的平台操作信息。

(7)数据统计:可以实时统计在线人数、登录人数最多省份、登录最多浏览器类型、最长在线时间;日活(UV)统计图形;访问量(PV)统计图形。

(8)问题反馈:可以收到所有用户账号反馈的信息。

(9)异常日志:可以获取所有出现异常状态的账户信息。

(10)后台配置:可以设定板类型【MCU(STC51)、MCU(STC51-V2)、MCU(STM32)、FPGA(Altera)、FPGA(Xilinx)】;重置数据库。

2.       教师端软件

 

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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。

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(1)学生管理:能够分配学生账号,

(2)设备信息:可以观察到硬件板卡信息;

(3)学生记录:可以记录学生账号登录的信息;

(4)实验管理:发布公告信息,上传课件,获取学生上传的实验报告。

(5)实验面板为主要操作区域,详细功能要求如下:

1)MCU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、缩放全屏、清除等参数功能;

5)导入实验;

6)导出实验;

7)器件面板:

A.基础器件界面:应包含位输入、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、模拟量输入、PWM输入、信号发生器;

B.实物器件界面:应包含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、语音播放模块语音识别模块

C.逻辑器件界面:应包含基本管脚、自定义管脚、示波器、逻辑分析仪、串口调试助手、网络调试助手、CAN调试助手;

D.其它界面:应包含文字、图片、跳转框。

 

 

 

 

3.       学生端软件

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(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:

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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:

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A.基础器件:位输入、脉冲输入、多位输入、位输出、多位输出、频率测量输出、模拟量输入等;

B.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、语音播放模块语音识别模块等;

C.逻辑器件:基本管脚、自定义管脚、逻辑分析仪、串口调试助手、网络调试助手

D.其它:文字、图片.

 

三、产品优势

1.课堂示范教学,所讲即所得

利用远程云端硬件平台很方便老师在讲解例程时,通过编写每行代码并且编译运行,形成下载文件的HEX文件,可远程下载到真实的单片机中,并且运行后看到程序运行的实验结果。改变以前只能满堂灌去讲解每段编写程序的作用,靠学生想象运行的现象。

2.不受时空的约束

无论老师还是学生,只要想登陆平台,随时随地都可以开展教学活动,学生随时可以验证自己编程实验的结果,老师随时都可以检查学生实验状况,做到即时反馈与指导。

3.应对突发事件

在我们教学过程中,偶尔会遇到一些突发事件,通过远程云端硬件实验平台可以给学生一个实验训练不间断的平台,不影响学生的正常教学活动。

4.集成有虚拟仪器功能:逻辑分析仪、串口助手、网络调试助手

5.快速搭建功能电路,具备电子连线。

四、实验案例(部分)

1.按键控制实验        

2.流水灯实验        

3.拨码开关实验

4.语音识别实验        

5.数码管显示实验

6.点阵显示实验        

7.语音播放实验

8.1602液晶显示实验

9.电机控制实验        

10.TFT显示实验        

11.舵机实验

12.蜂鸣器实验        

......

五、应用场景

应用场景