一种远程操作的单片机在线学习装置的制作方法

本实用新型涉及实验设备技术领域，更具体地说，涉及一种远程操作的单片机在线学习装置。

背景技术：

物联网技术是通过射频模块、感应模块、通讯模块等信息设备按照约定的协议，将物品与互联网相连接，从而达到信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。由于物联网技术的发展，对于物联网人才的需求不断提高，传统的教学手段已经不能够满足人才培养的需求，特别是一些普通实验箱通常采用微处理器和上网卡进行组合而成。

根据公布号为cn202887559u的stc单片机实验箱的远程程序调试器，该实验箱可以支持一台stc单片机实验箱远程在线操作；它通过串口下载程序，通过摄像头查看实验结果，但是该装置仅支持一种单片机下载程序，只支持一台实验箱在线操作，另外现有的实验箱大多是线下操作，不能满足学生远程操作，尤其是遇到突发性传染病或其他自然灾害时，学生和老师无法正常返校，企业工程师无法返回公司时，学生、老师和企业工程师根本没有办法开展单片机实验内容和基于单片机的产品开发。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种远程操作的单片机在线学习装置，其优点在于可支持多种单片机实验箱在线操作，同时支持多台单片机实验箱同时操作，采用自研的远程管理系统实现对单片机实验箱进行远程控制，可完成各种单片机实验。

2.技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种远程操作的单片机在线学习装置，包括远程管理系统和单片机实验箱，所述远程管理系统的一个端口通过互联网信号连接有实验室电脑，所述远程管理系统的另外一个端口通过互联网信号连接有用户电脑，所述实验室电脑通过以太网或usb连接有下载模块，所述下载模块与单片机实验箱电性连接，所述单片机实验箱通过rs模块信号连接有智能网关，所述智能网关通过以太网信号连接有云平台，所述云平台通过互联网连接用户电脑。

进一步的，所述远程管理系统为自主研发系统。

进一步的，所述智能网关为以太网网关，所述智能网关支持有线通讯协议转换和支持无线通讯协议转换。

进一步的，所述云平台支持的协议有coaplwmm、mqtt、modbus、http、https、tcp、udp。

进一步的，所述单片机实验箱包括实验箱本体，所述实验箱本体内部预置有主电源，所述实验箱本体的内部固定连接有基座，所述基座的顶部中心处设置有主控模块，所述基座的顶部还固定连接有数量为块的单片机实验板。

进一步的，所述单片机实验板2包括电源模块、单片机模块、传感器模块、通讯模块、按键模块、实时时钟、存储模块、数码管显示、lcd显示。

进一步的，所述通讯模块内置模块电源，每个所述模块电源可独立控制通断，所述通讯模块还至少包括4g/5g/gprs通讯模块、gps/北斗模块、wifi模块、nb-iot模块、lora模块、zigbee模块、蓝牙模块。

进一步的，所述传感器模块至少包括火焰传感器、光强度传感器、温湿传感器、烟雾传感器。

进一步的，所述单片机模块可为stc系列、c8051f系列、msp430系列、pic系列、stm32系列、avr系列等主流单片机型号中的任意一种，且上述单片机均与单片机实验板兼容。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

(1)本方案采用自研的远程管理系统实现对单片机实验箱进行远程控制，可完成各种单片机实验，支持用户远程下载单片机程序进行调试，调试信息通过串口，摄像头等多种方式反馈给用户；

(2)云平台支持目前使用的大部分协议，使传感器模块采集的传感器数据可以通过多种通讯方式上传给云平台，实现远程监控；

(3)智能网关支持多种协议，使单片机实验箱可实现有线无线联网，适用范围更广，尤其是突发事件，学生、老师无法返回时，使用无线联网，同样可以完成实验作业；

(4)单片机实验箱1块主控模块和8块单片机实验板的电源受远程管理系统控制，科同时进行多个实验项目，用几块单板就开几块单板的电源，以达到节约功耗的目的；单片机实验板实验板中的通信模块的电源也可以独立控制，需要用到无线通信模块时才上电，可以减小无线信号相互之间的串扰。

附图说明

图1为本实用新型的系统流程图；

图2为本实用新型单片机实验箱的整体布局示意图；

图3为本实用新型单片机实验板的整体布局示意图；

图4为本实用新型单片机实验箱支持的实验项目图。

图中标号说明：

1、远程管理系统；2、单片机实验箱；201、实验箱本体；202、主电源；203、基座；204、单片机实验板；205、主控模块；3、下载模块；4、智能网关；5、云平台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型实施例中，一种远程操作的单片机在线学习装置，包括远程管理系统1和单片机实验箱2，远程管理系统1的一个端口通过互联网信号连接有实验室电脑，远程管理系统1的另外一个端口通过互联网信号连接有用户电脑，实验室电脑通过以太网或usb连接有下载模块3，下载模块3与单片机实验箱2电性连接，单片机实验箱2通过rs485模块信号连接有智能网关4，智能网关4通过以太网信号连接有云平台5，云平台5通过互联网连接用户电脑。

远程管理系统1为自主研发系统，采用自研的远程管理系统实现对单片机实验箱2进行远程控制，可完成各种单片机实验，其中，远程管理系统1在目前的技术中应用较为成熟，而上述的远程管理系统1与目前所应用的技术基本相同，仅存在极少一部分不便于公开的技术，故在此不再做赘述；

进一步的，远程管理系统1支持用户远程下载单片机程序进行调试，调试信息通过串口，摄像头等多种方式反馈给用户；远程管理系统1通过房间形式对用户进行逻辑划分管理，一个房间对应一个单片机实验箱2，支持多个实验箱的同时操作。

智能网关4为以太网网关，智能网关4支持有线通讯协议转换，如支持以太网转rs485、转can等，支持无线通讯协议转换，如支持4g/5g转rs485、转can、支持wifi转rs485、转can等功能，可以实现有线、无线联网。

云平台5支持的协议有coaplwm2m、mqtt、modbus、http、https、tcp、udp，上述协议仅仅是一部分，事实上该云平台5支持目前使用的大部分协议，使传感器模块采集的传感器数据可以通过多种通讯方式上传给云平台5，实现远程监控，同样云平台5对于本技术领域人员来说同样属于公知技术，故在此不再做具体赘述。

单片机实验箱2包括实验箱本体201，实验箱本体201内部预置有主电源202，实验箱本体201的内部固定连接有基座203，基座203的顶部中心处设置有主控模块205，主控模块205控制各单片机实验板204、无线通信模块的电源开关；也用于模拟产生各单片机实验板需要的外部中断信号以及模拟产生各单片机实验板需要的4*4按键信号等，基座203的顶部还固定连接有数量为8块的单片机实验板204。

单片机实验板204包括电源模块、单片机模块、传感器模块、通讯模块、按键模块、实时时钟、存储模块、数码管显示、lcd显示。

通讯模块内置模块电源，每个模块电源可独立控制通断，通讯模块还至少包括4g/5g/gprs通讯模块、gps/北斗模块、wifi模块、nb-iot模块、lora模块、zigbee模块、蓝牙模块，通信模块的模块电源也可以独立控制，需要用到通信模块时才上电，可以减小无线信号相互之间的串扰，同时通讯模块支持大部分主流的模块，增加了该装置的适用范围。

传感器模块至少包括火焰传感器、光强度传感器、温湿传感器、烟雾传感器，传感器模块包括目前实验常用的各类传感器，适用多种实验需求。

单片机模块可为stc系列、c8051f系列、msp430系列、pic系列、stm32系列、avr系列等主流单片机型号中的任意一种，且上述单片机均与单片机实验板204兼容，使其可支持多种单片机实验箱2在线操作。

本实用新型的工作原理是：进行实验时，由智能网关4负责将单片机实验箱2联网的功能，用户电脑通过远程管理系统1以及下载模块3实现与单片机实验箱2的联网，操作是，用户通过电脑登录远程管理系统1，远程管理系统1会自动给用户分配一个操作界面，用户程序下下载按钮控制下载模块3，用以上传"hex"文件，并点击下载按钮对单片机实验箱2设备下载程序进行调试，普通实验的调试效果通过单片机实验箱2的串口返回给用户，声光信号效果通过带语音功能的摄像头反馈给用户，传感器数据的采集、显示、管理通过云平台5反馈给用户，便于用户及时获取实验数据，单片机实验箱2负责提供跑马灯、定时器、外部中断、按键实验、蜂鸣品、adc/dac、iic、spi、数码管、lcd、rs232、rs485、can等串口通信单元，pwm等硬件实验环境条件，使实验项目更多。

需要说明是是上述的电器元件以及其他电性部件均为现有技术中应用较为成熟的技术，对于本技术领域人员来说是轻易可得知的，即可认定为属于现有技术，固在文中并未做具体赘述。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。