一种工业物联网M2M通信实验平台的制作方法

本实用新型涉及教学装置领域，尤其涉及一种工业物联网M2M通信实验平台。

背景技术：

物联网产业的发展离不开物联网专业人才的支撑。物联网产业涉及行业广泛，需要大量不同类型的人才，特别是应用型人才。而职业教育能够培养出高技术技能、适应于产业发展的人才，离不开校园阶段丰富的教学实践。工业物联网M2M通信实验平台作为一种支持多种物联网相关技术以及多种网络技术平台的组网，能提供传感器技术、RFID标签与读写器技术、无线传感网技术、Zigbee技术，WiFi技术，433MHz以及各种技术间综合应用的装置，对促进职业院校人才培养、专业建设以及促进地方经济和社会发展等方面有积极意义和作用。而当前市面上并没有类似的成熟商业化产品，所以有必要发明一种安装改装便捷、课堂展示效果好的工业物联网M2M通信实验平台。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种安装改装便捷、课堂展示效果好的工业物联网M2M通信实验平台。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种工业物联网M2M通信实验平台，包括底座；所述底座上方设置有安装板和工作台；所述安装板表面均匀间隔设置有若干通孔；

所述安装板上设置有第一集线装置；所述第一集线装置包括固定件和转动件；所述固定件侧面包覆有橡胶层；所述固定件靠近通孔的一端嵌设在通孔内；所述固定件远离通孔的一端设有腔体；所述腔体内设置有滑槽和环槽；所述滑槽的设置方向与固定件的长度方向相同；所述滑槽从腔体边缘处向内延伸，穿过环槽；所述转动件与腔体嵌套配合设置；所述转动件靠近腔体的一端侧面设有滑块；所述滑块与滑槽、环槽配合设置；所述转动件远离腔体的一端侧面对称设置有叶片；所述叶片上缠绕有线束。

进一步地，所述安装板上设置有第二集线装置；所述第二集线装置进口端设置有若干分线槽；所述第二集线装置的出口端侧面间隔设置有若干弧形槽；所述弧形槽内配合设置有滑柄；所述滑柄嵌入第二集线装置内的一端设有线叉。

进一步地，所述工作台在安装板长度方向上的其中一端底部与底座上表面铰接。

进一步地，所述安装板上设置有通信系统；所述通信系统包括物联网网关；所述物联网网关与传感器、执行机构通讯连接；所述物联网网关通过USB接口与计算机通讯连接。

有益效果：本实用新型的一种工业物联网M2M通信实验平台，包括底座；所述底座上方设置有安装板和工作台；所述安装板表面均匀间隔设置有若干通孔；通过螺栓与通孔21配合可以实现各种元件的快速拆装；通过工作台和底座的铰接实现操作教学人员位置的转换，避免遮挡学生视线，提升课堂展示效果；通过第一集线装置和第二集线装置使通信系统各模块、元件间所用线束整齐分布，便于快速安装及后期局部改动；该M2M通信实验平台采用模块化的设计模式，可以实现多种使用案例及数据交互案例的教学，满足多种教科研需求，可以显著提升实践教学质量。

附图说明

附图1为实验平台整体结构示意图；

附图2为第一集线装置结构示意图；

附图3为第一集线装置使用效果图；

附图4为第二集线装置结构示意图；

附图5为第二集线装置使用效果图；

附图6为通信系统整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

一种工业物联网M2M通信实验平台，如附图1所示，包括底座1；所述底座1上方设置有安装板2和工作台3；所述安装板2表面均匀间隔设置有若干通孔21，可以通过螺栓与通孔21配合可以实现各种元件的快速拆装；所述工作台3在安装板2长度方向上的其中一端底部与底座1上表面铰接，当进行教学前调试检测工作时，工作台3位于安装板2的正前方，当向学生进行演示时，操作工作台3绕铰接处旋转至安装板2的侧面，从而避免遮挡视线，同时教学人员依然可以继续在工作台3上进行相关操作。

所述安装板2上设置有第一集线装置4；如附图2所示，所述第一集线装置4包括固定件41和转动件42；所述固定件41侧面包覆有橡胶层；所述固定件41靠近通孔21的一端嵌设在通孔21内；橡胶层的弹性可以增加固定件41侧壁与通孔21之间的摩擦力，防止其脱落，这种插拔式设计实现了第一集线装置4的快速安装，提升了通信实验平台的建设和改装速度；所述固定件41远离通孔21的一端设有腔体43；所述腔体43内设置有滑槽431和环槽432；所述滑槽431的设置方向与固定件41的长度方向相同；所述滑槽431从腔体43边缘处向内延伸，穿过环槽432；所述转动件42与腔体43嵌套配合设置；所述转动件42靠近腔体43的一端侧面设有滑块421；所述滑块421与滑槽431、环槽432配合设置；当需要旋转转动件42时，操作滑块421沿滑槽431移动至环槽432轨道内进行旋转；当需要转动件42固定时，将滑块421沿滑槽431移出环槽432轨道即可；所述转动件42远离腔体43的一端侧面对称设置有叶片422，叶片422开外一端上还设置有凹槽，用来方便线束7定位；所述叶片422上缠绕有线束7，这些线束7为不同模块或元件之间的连接线路；在元件和线束装连接完成后，在过长的线束7路径上设置第一集线装置4，先手动将线束7绕叶片422缠绕一周，随后通过旋转转动件42进一步缠绕收纳线束7，使整个线路绷直，既避免相互纠缠，也更容易辨识，便于后期对局部线路进行修改；附图3所示为使用效果图，图中第一元件81和第二元件82之间通过线束7连接，第一集线装置4安装在两元件之间的通孔21内，所述线束7缠绕设置在叶片422上，避免线束过长混乱。

如附图4所示，所述安装板2上设置有第二集线装置5；所述第二集线装置5进口端设置有若干分线槽51；所述第二集线装置5的出口端侧面间隔设置有若干弧形槽52，用来将进入第二集线装置5的线束7分别间隔理清；所述弧形槽52内配合设置有滑柄53；所述滑柄53嵌入第二集线装置5内的一端设有线叉531，当线束7从弧形槽52处穿入第二集线装置5的内部时，通过线叉531对各单根线路进行约束，根据对应线路的走向调整滑柄53位置，各线路经过线叉531后从第二集线装置5的出口引出，按照各自的方向连接下一处模块或元件，避免传统布线中可能出现的大角度弯折，延长线路使用寿命；附图5所示为第二集线装置5的分束效果图。

所述安装板2上设置有通信系统；如附图6所示，所述通信系统包括物联网网关61；所述物联网网关61与传感器62、执行机构63通讯连接；所述物联网网关61通过USB接口与计算机通讯连接；以此为基础构建多种物联网相关技术以及多种网络技术平台的组网，即能提供传感器技术、RFID标签与读写器技术、无线传感网技术、典型的Zigbee技术，WiFi技术，433MHz以及各种技术间的综合应用。

该M2M通信实验平台采用模块化的设计模式，可根据实际需求选配各种模块组建实训环境。采用模块化的配套产品，每个模块都是整个实验系统中的一环，可进行单独模块的教学与实验；提供的模块化配套产品包含典型传感器(例如，温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外传感器等)，以及Zigbee节点、WiFi技术、RS485、Lora技术等；各模块化的产品硬件具有可融合的开放接口，各模块设备间可灵活组合，可根据独特的设计及应用，融合各种技术，进行创新教学与实验，以及综合性的应用。同时，系统设计预留传感器和执行器件接口，可以任意外接其它器件，具有可扩展性与灵活性。

同时，该实验平台还提供集成监控屏幕、各种传感器、执行器件、跳线、开关、监控仪表、串口插槽等，对操作台上的所有元器件，均提供便利的插口，便于操作。采用可视化的监控软件，界面友好，操作简便，方便教学与实验。

通过该工业物联网M2M通信实验平台可以形成一个由“感性认知”到“理性认知”、再到“岗位认知”的三层“启发式”教授与“体验式”学习实训课程体系，达到循序渐进的效果，从不同的角度更深层次的学习到工业物联网技术；其典型的使用案例及数据交互案例如下：1、传感器采集数据经过嵌入式开发板无线传输至多连接IOT网关，经多连接IOT网关以WiFi通信的方式按MQTT协议发送至服务器显示；2、通过与PLC扩展模块相连的传感器采集数据经PLC设备，以有线RS-485方式MODBUS协议经数据网关传输至多连接IOT网关，最终上传服务器；3、对多连接IOT网关进行python语言编程，实现有线和无线数据接收和转发等功能，为传感器技术、无线传感网技术、典型的Zigbee、WiFi、433MHz、NB-IOT、Lora、蓝牙等无线通信技术以及RS-232/485等有线通信技术、PLC通信、单片机等各种技术间的综合应用提供设备基础；4、服务器发送指令，按照MQTT通信协议以WiFi通信的方式经多连接IOT网关无线传输给嵌入式开发板，对所连接的电机进行旋转控制。

该M2M通信实验平台功能丰富，能满足多种教科研需求，可以显著提升实践教学质量。

具体的设备技术规格如下，该通信实验平台所用部件按照此标准在市面上进行选购：

(1)多连接IoT网关

含内存、硬盘，选配WiFi、4G、Zigbee、蓝牙、Lora，NB-IOT等无线模块中的3-4种；支持1个M.2插槽、1个半长MiniPCIe插槽、1个全长MiniPCIe插槽、适用于WiFi/3G/4G LTE/Zigbee和LoRa等无线连接；支持12～24V DC宽压电源输入，具有丰富的连接和扩展功能；包括2个RS-232和RS-422/RS-485串行端口，可用于设备控制和有线传感器数据融合；标配2个USB 3.0接口、1个音频插孔和2个千兆网络端口；支持HEVC和VP9HW视频编码/解码解决方案，能够在低功耗设备上播放H.265 4K视频。提供1个HDMI和1个DP显示接口；支持linux等系统，能用python语言编程实现典型的网关功能。

(2)WiFi远程模块

基于以太网的无线I/O模块，通过无线Wi-Fi网络进行扩充。将数据采集、智能处理、和数据发布这三个核心功能有效融合在单个I/O模块中；内部集成HTML5文档，可直接通过web浏览器在移动设备上进行配置和访问。采用RESTful API；具有的数据存储功能，当发生网络通讯故障时，产品不会丢失现场实时数据；三种安全级别(WPA2、SSL和三级用户登录)；可互换的灵活性天线和外部DIP开关，便捷的一键恢复出厂设置。支持传统的工业采集Modbus TCP协议外，还支持基于物联网的软件架构协议RESTful，可以通过GET/PUT/DELETE/PATCH等语法以Web页面的形式直接从WISE获取数据，同时输出命令实现远程控制。

(3)无线网络协调器

2.4GHz IEEE 802.15.4兼容RF，提供RS-422/485接口和USB接口，多输入功率设计，室外范围可达1000米，支持2×AA碱性电池输入。

(4)无线中继器

基于IEEE802.15.4/ZIGBEE技术，2.4G全球免费频段，易于维修和现场安装，小功率无线通信，扩大网络范围和覆盖面，户外区域达1000米，支持2×AA碱性电池输入，和无线网络协调器、无线终端设备配合使用。

(5)无线终端设备

基于IEEE802.15.4/ZIGBEE技术，2.4G全球免费频段，易于维修和现场安装，小功率无线通信，和无线网络协调器、无线中继器配合使用。

(6)Lora开发板

Lora开发平台，ARM Cortex-M4处理器，内存64KB内存/256KB闪存，支持公共LoRa网络或私人LoRa网络，支持1个UART、1个I2C，1个SPI，8个GPIO，1路PWM、4位ADC，1个USB，内置式温湿度传感器，包括电缆和天线，SDK开发。

(7)数据网关

提供10/100Mbps通讯速率，最多可允许8个客户同时访问现场数据，支持大多数带Modbus协议/TCP驱动程序或OPC Server的HMI软件，配置为RS-485串行模式时最多可提供31个独立的串行端口，提供自动搜索设备ID Windows工具，RS-485和电源线浪涌保护，自动RS-485数据流控制，简单的DIN导轨和壁挂安装方式，支持Modbus/ASCII、RTU通讯协定以控制装置。

(8)PLC

PLC主机18入/14出2点晶体管输出其余继电器输出AC90～260V，支持和数据网关进行通信。

(9)PLC扩展模块

具有3通道14位精度电流输入、4通道温度输入和2通道10位精度电压输出；3通道的电流0～20mA、4～20mA输入可选和2通道的电压0～5V、0～10V输出可选，通过上位机设定；3通道A/D和4通道PT输入具有PID调节功能；模拟、数字部分电源隔离处理。

(10)触摸控制屏

1600万真彩色，下载、启动、运行，三位一体的超高速响应，支持C语言脚本功能，运算、自由协议编写、绘图，提高编程自由度，支持BMP、JPG格式图片显示，丰富的立体3D图库，画面更生动，灵活的部件选择空间，自定义动画轨迹设计，数据采集保存功能，支持时间趋势图，XY趋势图等多种形式的数据管理方式，配方数据的存储与双向传送，提高工作效率；ARM9CPU，400MHZ主频，64M内存，128M存储容量，7英寸，1600万色TFT液晶显示LED背光，分辨率800*480，1个COM口支持232通讯方式，配时钟，通过USB-B接口，实现数据的快速传输。

(11)嵌入式开发板

优先采用STM32F103MCU，可以将连接的传感器等采集的数据通过该嵌入式开发系统传输给相连接的无线设备，并传输给物联网网关，同时也可以接收物联网网关发送过来的指令，控制连接的电机、风扇，机械执行机构等设备。

(12)传感器、电机、机械执行机构等

能配合嵌入式开发板使用，使整个工业物联网M2M通信系统能实现传感器数据采集、电机控制、机械执行等功能，满足学校教学、科研等需求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。