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          單片機及微機原理系列
          產品系列
          電工、電子實驗實訓系列
          PLC可編程、變頻器實訓系列
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          遠程在線實驗系統
          STM32實驗箱產品方案

          一、概述
          ? ? ? 嵌入式技術在工業中有著廣泛的應用。實驗箱采用的STM32系列單片機基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用而專門設計的ARM Cortex-M3內核。在目前的消費電子、工業控制、醫療電子等多個行業有著廣泛的應用。是電類相關專業和信息類相關專業的專業基礎課,對STM32系列單片機的學習、理解和應用是相關專業不可或缺的一項重要技能。

          該STM32實驗箱的主芯片采用STM32F103ZET6,實驗資源包括了顯示、傳感、控制、通信等功能模塊,預留出所有的功能引腳方便學生的進一步擴展。本綜合實驗教學平臺功能模塊齊全,能實現的實驗豐富多樣,包括基本實驗、擴展實驗及三級項目實驗;可用于‘??粕?、‘本科生’、‘研究生’的STM32綜合實驗教學,能有效提高學生的實踐和創新能力。實驗課的重點放在對基本功能模塊的應用開發上,學生可以通過實驗箱學習具體的功能模塊使用和擴展,進而進行綜合的實驗設計。

          二、實驗箱基本參數

          (1)工作電源:15V 3A

          (2)工作環境:溫度:-10℃~+40℃,相對濕度:≤85%(25℃)

          (3)外形尺寸:520*340*130mm

          (4)過電保護:實驗箱內有保險絲,若電壓過大,保險絲會熔斷,實驗箱將斷電

          三、實驗箱組件配置及參數

          ? ? ? 本實驗箱分為‘核心板’、‘底板’、‘標準模塊’三個部分。

          ? ? ? 核心板以一枚STM32F103ZET6型MCU處理器做為主控芯片,配備256K x 16 SRAM,1 Gbit x 8 或者2Gbit x 8 NAND Flash,16Mbit(2MByte)NOR Flash。該核心板留有SW下載口,串口1下載接口和一個程序測試LED燈,既可以插在底板上作為實驗箱核心控制器,也可以將其拔下作為最小系統使用,以備用戶開發。



          ? ? ? 底板集成了實驗箱的各種功能外設。野火5.0寸液晶電容屏,OV7670攝像頭,金屬齒輪微型舵機,直流電機,步進電機,16*16點陣,Zigbee實驗開發模塊,GPRS開發模塊,WiFi開發模塊,藍牙,語音開發模塊,LED燈,數碼管以及矩陣按鍵,獨立按鍵。串口轉USB通信,RS-485通信,串口通訊,CAN總線協議通信,USB協議通訊,SD卡存儲,TF卡存儲。左下角為電源區,15V最大輸出4A,5V最大輸出3A,3.3V最大輸出700mA。中下方有主控芯片STM32F103ZET6引腳引出區,按照常用功能分為三個區,PWM引腳通道區,AD/DA,供學生做自己的開發。



          ? ? ? 標準模塊指尺寸相同(3mm*4mm)的傳感器模塊。本實驗箱中包含紅外遙控器接收模塊,溫濕度傳感器接收模塊,18B20溫度測量模塊,繼電器模塊,煙霧傳感器模塊,人體紅外檢測模塊,此外還引出了IIC總線模塊接口和SPI總線模塊接口,留給用戶自行開發符合實驗箱接口定義的功能模塊。

          (1)電容觸摸屏

          ? ? ? 野火5.0寸液晶電容屏分辨率:800*480 5inch,電容觸摸屏,支持5點觸控,從SD卡中,BMP整屏刷圖3.4幀/秒純色整屏刷新40幀/秒,采用FSMC功能,808016位數據接口,觸摸屏采用IIC接口。

          (2)Zigbee模塊

          ? ? ? 核心處理器為CC2530,協議棧為Zstack協議。工作電壓2.0-3.6V,工作頻率:2400M-2483.5M,最大發射功率:0dBm傳輸速率:≦250K,休眠功耗:約2uA發射接收功耗:約30mA。



          (3)GPRS模塊

          ? ? ? SIM900A是2頻的GSM/GPRS模塊,工作頻段為:EGSM 900MHz和DCS1800MHz.GPRS 數據下行傳輸:最大85.6 kbps,GPRS 數據上行傳輸:最大42.8 kbps,串口傳輸速率支持1200bps到115200bps,可以通過串口發送AT指令和數據。

          (4)Wi-Fi模塊

          ? ? ? EMW3162 模塊按照功能,可以分為兩部分: RF 和 MCU。RF 負責射頻信號的收發;MCU 負責 Wi-Fi 協議棧的運行,外設的控制等; EMW3162模塊上MCU為搭載Cortex-M3內核的STM32F205 微處理器(64pin),MCU主頻達120MHz,內置1Mbytes的Flash,128Kbytes的RAM。



          (5)藍牙模塊

          ? ? ? 藍牙模塊,是一款高性能主從一體藍牙串口模塊,可以同各種帶藍牙功能的電腦、藍牙主機、手機、PDA、 PSP 等智能終端配對,該模塊支持非常寬的波特率范圍: 4800~1382400,并且模塊兼容 5V 或 3.3V 單片機系統,可以很方便與您的產品進行連接。使用非常靈活、方便。該模塊非常小巧(16mm*32mm),模塊通過 6 個 2.54mm 間距的排針與外部連接。

          (6)攝像頭模塊

          ? ? ? OV7670 總共有 656*488 個像素,其中 640*480 個有效(即有效像素為 30W)支持 VGA(即分辨率640*480)、CIF,和從 CIF 到 40*30 的各種尺寸輸出VGA 圖像最高達到 30 幀/秒。



          (7)煙霧傳感器模塊

          ? ? ? MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環境中存在可燃氣體時,傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。

          MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高,對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體,是一款適合多種應用的低成本傳感器。其特點:

          ① 在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度

          ②??對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高

          ③??長壽命、低成本簡單的驅動電路即可

          ? ? ? 該傳感器需要施加2個電壓:加熱器電壓(VH)和測試電壓(VC)。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC 則是用于測定與傳感器串聯的負載電阻(RL)上的電壓(VRL)。這種傳感器具有輕微的極性, VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下,VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能,需要選擇恰當的RL值。

          (8)人體紅外模塊

          ? ? ? 該模塊探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。一旦人侵入探測區域內,人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦,并被熱釋電元接收,但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同,熱釋電也不同,不能抵消,經信號處理而報警。全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平,人離開感應范圍則自動延時關閉高電平,輸出低電平。 光敏控制(可選擇,出廠時未設):可設置光敏控制,白天或光線強時不感應。 溫度補償(可選擇,出廠時未設):在夏天當環境溫度升高至30~32℃,探測距離稍變短,溫度補償可作一定的性能補償。其特點:

          ① ?工作電壓:DC5V至20V

          ② ?靜態功耗:65微安

          ③ ?電平輸出:高3.3V,低0V

          ④ ?延時時間:可調(0.3秒~18秒)

          ⑤ ?封鎖時間:0.2秒

          ⑥ ?觸發方式:L不可重復,H可重復,默認值為H(跳帽選擇)

          ⑦ ?感應范圍:小于120度錐角,7米以內

          ⑧ ?工作溫度:-15~+70度

          (9)溫濕度傳感器

          ? ? ? DHT11是一款濕溫度一體化的數字傳感器。該傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位單片機相連接。通過單片機等微處理器簡單的電路連接就能夠實時的采集本地濕度和溫度。DHT11與單片機之間能采用簡單的單總線進行通信,僅僅需要一個I/O口。傳感器內部濕度和溫度數據40Bit的數據一次性傳給單片機,數據采用校驗和方式進行校驗,有效的保證數據傳輸的準確性。DHT11功耗很低,5V電源電壓下,工作平均最大電流0.5mA。

          DHT11的技術參數如下: ????????????????????

          工作電壓范圍:3.3V-5.5V,工作電流:平均0.5mA,輸出:單總線數字信號,測量范圍:濕度20~90%RH,溫度0~50℃,精度:濕度±5%,溫度±2℃,分辨率:濕度1%,溫度1℃

          DS18B20 單線數字溫度傳感器,即“一線器件”,其具有獨特的優點:

          ① ?采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20 的雙向通訊。單總線具有經濟性好,抗干擾能力強,適合于惡劣環境的現場溫度測量,使用方便等優點,使用戶可輕松地組建傳感器網絡,為測量系統的構建引入全新概念。

          ② ?測量溫度范圍寬,測量精度高DS18B20 的測量范圍為 -55℃ ~+ 125℃ ; 在 -10~+ 85℃范圍內,精度為 ± 0.5℃。

          ③ ?在使用中不需要任何外圍元件。

          (10)繼電器模塊

          ? ? ? 繼電器(relay)是一種電控制器件,是當輸入量(激勵量)的變化達到規定要求時,在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(又稱輸入回路)和被控制系統(又稱輸出回路)之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中,它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

          ? ? ? 它可以分為電氣量繼電器(如電流、電壓、頻率、功率等)和非電氣量繼電器(如溫度、壓力、速度等)兩大類,具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小

          等優點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙感、測量和通信等裝置中。

          繼電器模塊使用的是CBT-RelaySwitch 型號的模塊,處理器芯片為 STM32,接口為 UART(TTL 電平),動作時間 ≤8ms,釋放時間≤5ms,最大切換電壓

          ?250VAC/30VDC,最大切換電流 10A,最大切換功率1250VA/150W。



          (11)音頻模塊

          ? ? ? VS1053 MP3 模塊一款高性能音頻編解碼模塊,該模塊采用VS1053B 作為主芯片,支持: MP3/WMA/OGG/WAV/FLAC/MIDI/AAC 等音頻格式的解碼,并支持:OGG/WAV 音頻格式的錄音,支持高低音調節以及 EarSpeaker 空間效果設置,功能十分強大。

          該音頻模塊包括高性能編解碼芯片:VS1053B,1 個 LINE IN/MIC 選擇接口,1 個咪頭,1 個電源指示燈(藍色),1 個 1.8V 穩壓芯片,1 個 3.3V 穩壓芯片,1 路 IIS 輸出接口,1 路電源及 SPI 控制接口,1 路 3.5mm LINE IN 接口,支持雙聲道輸入錄音,1 路 3.5mm 音頻輸出接口,可直接插耳機。

          (12)紅外遙控傳感器模塊

          ? ? ? 紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術,具有抗干擾能力強,信息傳輸可靠,功耗低,成本低,易實現等顯著優點,被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用,并越來越多的應用到計算機系統中。紅外遙控的編碼方式目前廣泛使用的是:PWM(脈沖寬度調制)的 NEC 協議和Philips PPM(脈沖位置調制) 的 RC-5 協議的。實驗箱配套的遙控器使用的是NEC 協議,其特征如下:

          ① ?8 位地址和 8 位指令長度;

          ② ?地址和命令2 次傳輸(確??煽啃裕?/span>

          ③ ?PWM 脈沖位置調制,以發射紅外載波的占空比代表“0”和“1”;

          ④ ?載波頻率為38Khz;

          ⑤ ?位時間為1.125ms 或 2.25ms;

          (13)步進電機、舵機、直流電機模塊

          ? ? ? 實驗箱上采用的步進電機是Risym的4相 5線 5V的步進電機,型號為28BYJ-48-5V。實際為一減速步進電機。

          ? ? ? 具體參數:直徑:28mm 電壓:5V 步進角度:5.625 x 1/64 減速比:1/64

          5線4相 可以用普通uln2003芯片驅動,也可以接成2相使用 可以配套開發板使用,直接插接,方便使用 步進電機在開發板上使用。

          舵機型號為GOTECK GS-9025MG,是依靠金屬模擬舵機。

          參數如下:尺寸:23*12*29mm失速扭矩:2.5kg/cm(6V);2.3kg/cm(4.8V)?

          工作速度:0.10sec/60°(6V); 0.11sec/60°(4.8V)連接線:180mm(JR)?工作電壓:4.8V-6V

          重量:約22g?包裝重量:28g

          ? ? ? 直流電機采用青檬電子設計的直流調速電機,帶光電碼盤檢測功能。電機工作電壓可以從3V到30V。 阻轉電流=電壓/線圈電阻。14V時空轉轉速4300rpm,其他電壓下的轉速可大致按比例計算。

          ? ? ? 電機尾部帶編碼器,共輸出兩路正交(相位相差90°)脈沖信號。分辨率334,意味著電機每旋轉一周輸出334個周期脈沖。如果把每一路脈沖的上沿和下沿都利用起來,相當于四倍頻,分辨率可以達到334×4=1336。



          四、實驗箱配置表:

          序號

          名 ????稱

          型 ?號

          數 量

          備 ???????注

          1.?

          實驗箱主板

          ?

          1個

          ?

          2.?

          實驗箱核心板

          ?

          1個

          核心板處理器:STM32F103ZET6

          3片FLASH和1片RAM

          3.?

          J-Link下載器

          ?

          1個

          PC機箱實驗箱主控MCU下載程序

          支持所有ARM7/ARM9內核的芯片,以及cortex M3,包括Thumb模式

          4.?

          USB連接線

          ?

          1個

          連接PC機和J-Link下載器用

          5.?

          串口線

          ?

          1個

          PC機和主控板通訊

          6.?

          Micro USB轉Std-A USB

          ?

          1個

          PC機和主控板通訊

          7.?

          ST-Link下載器

          ?

          1個

          支持全系列STM32 SWD 4線接口調試,接口定義在外殼上

          8.?

          WiFi模塊

          EMW3162

          1個

          參數詳見上述

          9.?

          Zigbee模塊

          ?

          2個

          參數詳見上述

          10.?

          GPRS模塊

          SIM900A

          1個

          參數詳見上述

          11.?

          電容觸摸屏

          野火5.0寸

          1個

          參數詳見上述

          12.?

          攝像頭

          OV7670

          1個

          參數詳見上述

          13.?

          實驗箱電源線

          ?

          1套

          功率:60W電壓:15V

          實驗箱總體功耗<500mA

          14.?

          藍牙模塊

          HC05

          1個

          參數詳見上述

          15.?

          煙霧傳感器模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          16.?

          人體紅外模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          17.?

          溫濕度傳感器模塊

          DS18B20

          1個

          參數詳見上述

          18.?

          溫濕度模塊

          DHT11

          1個

          參數詳見上述

          19.?

          繼電器模塊

          CBT-RelaySwitch

          1個

          參數詳見上述

          20.?

          音頻模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          21.?

          紅外遙控傳感器模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          22.?

          直流電機模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          23.?

          舵機

          GOTECK GS-9025MG

          1個

          參數詳見上述

          24.?

          步進電機模塊

          ?

          1個

          參數詳見上述

          ?

          五、實驗項目

          ? ? ? STM32實驗箱以一枚STM32F103型MCU處理器做為主控芯片。開機默認情況下,主控MCU燒錄了實驗箱整機測試程序,老師和學生可以在不借助PC機的情況下直接進行實驗箱的整機功能測試。

          實驗指導書根據學習的階層分為基本實驗和擴展實驗。學生根據學時情況和個人掌握的知識情況分階段學習。

          1.基本實驗

          實驗1:開發環境的搭建及空工程建立

          實驗2:按鍵控制LED閃爍

          實驗3:定時器精確定時

          實驗4:串口收發通信

          實驗5:DMA數據傳輸

          實驗6:片上ADC采集實驗

          2.擴展實驗部分

          擴展實驗1: 普通流水燈

          擴展實驗2: 8段數碼管

          擴展實驗3: I2C總線讀取EEPROM

          擴展實驗4: PWM實驗

          擴展實驗5: 片外AD實驗

          擴展實驗6: 光敏檢測

          擴展實驗7: DHT11溫濕度

          擴展實驗8: SPI讀取Flash

          擴展實驗9: 18B20溫度傳感器

          擴展實驗10:人體紅外傳感器

          擴展實驗11:煙霧傳感器

          擴展實驗12:繼電器

          擴展實驗13:蜂鳴器

          擴展實驗14:Zigbee模塊

          擴展實驗15:藍牙通信

          擴展實驗16:GPRS模塊

          擴展實驗17:WiFi模塊

          擴展實驗18:直流電機

          擴展實驗19:舵機

          擴展實驗20:步進電機

          擴展實驗21: 液晶屏

          擴展實驗22: 攝像頭

          擴展實驗23:USB通信

          擴展實驗24:CAN總線通信

          擴展實驗25:SD卡

          擴展實驗26:片外DA

          擴展實驗27:音頻模塊

          擴展實驗28:網口模塊


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          電工、電子實驗實訓系列
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