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物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤模型是針對(duì)高等院校智能家居實(shí)訓(xùn)的需求，綜合運(yùn)用傳感器采集、執(zhí)行器控制、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、云平臺(tái)系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在沙盤內(nèi)的各種傳感器節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、智能終端實(shí)現(xiàn)家居生活環(huán)境的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安防監(jiān)測(cè)、智能設(shè)備控制、智能設(shè)備聯(lián)動(dòng)等功能，貼近真實(shí)智能家居系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了一個(gè)完備的應(yīng)用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)資源豐富，覆蓋多種課程實(shí)驗(yàn)，可完成單片機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、RFID射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)、電子技術(shù)應(yīng)用等諸多課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，課程實(shí)驗(yàn)提供開放的軟件及代碼資源，支持二次開發(fā)，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與編程能力，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)課題。
一、沙盤模型特點(diǎn)：
物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤模型是一款以綜合實(shí)訓(xùn)為主的實(shí)景沙盤，沙盤主要由實(shí)景演示區(qū)和綜合實(shí)訓(xùn)區(qū)兩部分組成，通過(guò)將實(shí)景演示區(qū)的平層沙盤和綜合實(shí)訓(xùn)區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)通過(guò)外圍物聯(lián)網(wǎng)模塊控制沙盤內(nèi)的燈光和電器，完成智能家居系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。
1、智能家居沙盤采用高強(qiáng)度鋁合金骨架，外形尺寸1.1m*1.0m*0.25m；
2、智能家居沙盤包含12路燈光、電動(dòng)窗簾、電動(dòng)窗戶、電視機(jī)、電動(dòng)門、空調(diào)、排風(fēng)扇、警示燈、監(jiān)控以及全部燈光開關(guān)，均可通過(guò)外圍實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行控制；
3、智能家居沙盤采用一體式供電結(jié)構(gòu)，整個(gè)沙盤只需連接一根電源線即可，通過(guò)一根電源線可以為16路模塊供電，省去繁雜的接線工作，便于學(xué)生使用操作；
4、智能家居沙盤表面集成16個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K插槽，所有實(shí)驗(yàn)插槽均可進(jìn)行磁吸式連接，并且集成防短路設(shè)計(jì)，支持至多個(gè)模塊的聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，可在單個(gè)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多模塊綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，可完成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等多種復(fù)雜的聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；
5、智能家居沙盤內(nèi)部與外圍物聯(lián)網(wǎng)模塊底板連接，可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊直接控制智能家居的燈光和電器，代碼開源，支持二次開發(fā)；
6、提供NewIOT物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于實(shí)驗(yàn)調(diào)試及相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)模塊基礎(chǔ)配置；
二、沙盤模塊：
1、采用磁吸式可拆卸結(jié)構(gòu)，集成防呆設(shè)計(jì)，避免短路；
2、可以無(wú)縫吸附到智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤上，插槽集成供電功能，無(wú)需單獨(dú)外接電源；
3、實(shí)驗(yàn)?zāi)K表面集成電路圖（下圖），便于學(xué)生更直觀的了解元器件的組成及模塊的運(yùn)行原理：
4、模塊均采用磁吸式接口設(shè)計(jì)+搭積木式結(jié)構(gòu)，集成標(biāo)準(zhǔn)的12路彈性插針，可以實(shí)現(xiàn)供電、仿真調(diào)試、數(shù)據(jù)通信、IO口拓展等功能，同時(shí)支持搭積木式的多級(jí)磁吸聯(lián)接，通過(guò)彈性插針即可通信，無(wú)須外接跳線，通過(guò)模塊相互搭積木，組成一套完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如：STM32處理器+ZigBee無(wú)線模塊+傳感器模塊（3層垂直積木，無(wú)須額外接線），可拓展性強(qiáng)，如下圖所示：
5、模塊升級(jí)：更新最新物聯(lián)網(wǎng)模塊時(shí)，保證可以與智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤無(wú)縫連接，避免重復(fù)購(gòu)買造成浪費(fèi)；
三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
通過(guò)將各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K與智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤相結(jié)合，可進(jìn)行多種實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)：
1、智能燈光控制實(shí)驗(yàn)（12路）
2、WiFi無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)
3、智能窗簾控制實(shí)驗(yàn)
4、環(huán)境檢測(cè)與聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
5、智能窗戶控制實(shí)驗(yàn)
6、RFID讀卡與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
7、智能門禁控制實(shí)驗(yàn)
8、云平臺(tái)配置與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
9、智能空調(diào)控制實(shí)驗(yàn)
10、單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
11、智能電視控制實(shí)驗(yàn)
12、傳感器采集與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
13、智能監(jiān)控控制實(shí)驗(yàn)
14、執(zhí)行器控制與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
15、智能風(fēng)扇控制實(shí)驗(yàn)
16、ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)中提供開源的實(shí)驗(yàn)代碼，可自行修改、編譯代碼，支持二次開發(fā)，可根據(jù)以上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，自行拓展更多智能家居實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用；
四、物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤模型組成：
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序號(hào)
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項(xiàng)目
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名稱
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數(shù)量
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備注
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1
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沙盤
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智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤
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1
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一體化供電平臺(tái)
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2
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調(diào)試平臺(tái)
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物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
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1
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一體化供電平臺(tái)
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3
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供電底板
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3.3V/5V供電底板
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16
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支持磁吸搭積木
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4
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單片機(jī)模塊
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嵌入式STM32模塊
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16
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支持磁吸搭積木
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5
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無(wú)線通訊模塊
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ZigBee無(wú)線通信模塊
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16
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支持磁吸搭積木
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WIFI無(wú)線通信模塊
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1
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支持磁吸搭積木
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6
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傳感器模塊
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空氣溫濕度傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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光照傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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霍爾(門磁)傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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人體紅外傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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氣體傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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火焰?zhèn)鞲衅?/span>
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1
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支持磁吸搭積木
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紅外對(duì)射傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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限位器傳感器
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1
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支持磁吸搭積木
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7
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執(zhí)行控制器模塊
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雙路繼電器執(zhí)行器
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4
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支持磁吸搭積木
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8
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云平臺(tái)
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公有云平臺(tái)
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1
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支持上云
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9
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其他配件
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電源線、香蕉線等
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1
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五、物聯(lián)網(wǎng)智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤模型參數(shù)：
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序號(hào)
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名稱
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參數(shù)
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1
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智能家居實(shí)訓(xùn)沙盤
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采用鋁合金骨架，尺寸1.1m*1.0m*0.25m；
采用5V-12V安全電壓，提供1路電源總開關(guān)；
內(nèi)置平層沙盤模型，支持12路燈光、電動(dòng)窗簾、電動(dòng)窗戶、電視機(jī)、電動(dòng)門、空調(diào)、排風(fēng)扇、警示燈、攝像監(jiān)控等燈光電器；
內(nèi)置智能家居沙盤主板，支持多路燈光電器控制，支持wifi路由功能，支持拓展卡，支持語(yǔ)音控制等功能；
提供16路磁吸模塊連接板，支持物聯(lián)網(wǎng)模塊磁吸搭積木連接，至少支持3層模塊疊加；
提供8路接線插座，用于接線連接；
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2
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物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
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外觀尺寸：長(zhǎng)415*寬310*高50（mm），材質(zhì)：鋁合金楔形結(jié)構(gòu)；
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用一體式供電結(jié)構(gòu)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程只需連接一根電源線和數(shù)據(jù)線即可。
采用全新的教學(xué)模式：磁吸積木式教學(xué)，所有模塊可以進(jìn)行疊羅漢式(搭積木)的組裝連接，支持多層模塊疊加，無(wú)需外數(shù)據(jù)線與電源線；
提供5V供電接口（Type-C）、以太網(wǎng)接口、雙路USB接口、J-link下載器接口、CC-Debugger下載器接口、RS232/RS485串口，其中J-link下載器、CC-Debugger下載器均為平臺(tái)內(nèi)置，下載程序時(shí)只需將模塊吸附到平臺(tái)對(duì)應(yīng)下載端即可，無(wú)需接線；
內(nèi)置USB串口服務(wù)設(shè)備,通過(guò)1路USB虛擬出多路串口，根據(jù)端口虛擬出不同的串口，最多可拓展8路串口接口，其中包含普通TTL串口4路，485串口4路；
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備8個(gè)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K插槽，每個(gè)插槽集成12路接觸點(diǎn)，供模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊及供電，并且插槽集成防短路功能，可直接將模塊吸附到插槽內(nèi),支持最多8個(gè)模塊聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)；
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上集成了485選擇鍵、ZigBee仿真器復(fù)位鍵、J-Link仿真器啟動(dòng)鍵和虛擬儀器啟動(dòng)鍵，在使用不同功能的時(shí)候，方便切換和使用，同時(shí)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)內(nèi)部集成還原功能模塊，當(dāng)通訊及仿真調(diào)試出現(xiàn)混亂時(shí)，只需關(guān)閉電源再重啟，即可恢復(fù)出廠設(shè)置；
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3
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3.3v/5v供電底板
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提供3.3v/5v供電觸點(diǎn)，為上層模塊進(jìn)行持續(xù)供電；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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4
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嵌入式STM32處理器
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采用STM32F103處理器，內(nèi)核：ARM 32位的Cortex?-M3 CPU；最高72MHz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)；
存儲(chǔ)器：
從16K到32K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器；
從6K到10K字節(jié)的SRAM；
支持USB、CAN、6個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADC 、6個(gè)通信接口；
提供485選擇端、BOOT0兩路接口；提供1個(gè)復(fù)位鍵；
程序下載方式為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部下載，即無(wú)須外部接線，節(jié)省接線操作時(shí)間，帶有電源保護(hù)電路；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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5
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ZigBee無(wú)線通信模塊
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主芯片：CC2530F256，256K Flash，8K RAM，內(nèi)置8051單片機(jī)及無(wú)線收發(fā)器，支持11-26信道更改，支持點(diǎn)播、組播、廣播多種類型數(shù)據(jù)通信，支持自動(dòng)組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)自愈功能；
串行速率：9600-115200bps多種速率可選；
無(wú)線頻率：2.4GHz；
無(wú)線協(xié)議：ZigBee2007/PRO；
通訊接口：UART；
無(wú)障礙傳輸距離：200米；
集成串口切換功能，通過(guò)跳線方式，可將通訊線路進(jìn)行切換；
具備協(xié)調(diào)器、路由器及終端功能，可通過(guò)串口指令讓設(shè)備在三種類型中自由切換；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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6
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Wifi無(wú)線通信模塊
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主芯片集成MAC、基頻芯片及射頻收發(fā)單元，內(nèi)置低功耗運(yùn)行機(jī)制，可以有效的降低功耗運(yùn)行；
支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)；
支持WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式；
支持AP、STA、AP+STA工作模式；
完全集成的串口轉(zhuǎn)無(wú)線TCP/UDP傳輸功能，多個(gè)串口速率選擇；
支持TCP/UDPClient注冊(cè)包機(jī)制；
支持SimpleConfig/Airkiss/usrlink快速聯(lián)網(wǎng)配置；
支持AT+指令集配置；
集成串口切換功能，通過(guò)跳線方式，可將通訊線路進(jìn)行切換；
通過(guò)參數(shù)配置，可通過(guò)WiFi無(wú)線節(jié)點(diǎn)，將傳感器數(shù)據(jù)傳入云端；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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7
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空氣溫濕度傳感器
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采用DHT11傳感器；
溫度：檢測(cè)范圍0-50度，精確到可以達(dá)到0.5℃；
濕度：
檢測(cè)范圍20%RH-95%RH, 精確到可以達(dá)到2%RH；
支持電容型濕度傳感實(shí)驗(yàn)；
支持濕度值脈沖信號(hào)輸出；
輸出形式：數(shù)字量；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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8
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光照度傳感器
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采用ROHM原裝BH1750FVI芯片；
輸出形式:數(shù)字量、模擬量；
使用寬電壓LM393電壓比較器,工作穩(wěn)定；
光照度范圍：0-65535lx
傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，直接數(shù)字輸出，省略復(fù)雜的計(jì)算，省略標(biāo)定，不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺(jué)靈敏度的分光特性，可對(duì)廣泛的亮度進(jìn)行1勒克斯的高精度測(cè)定；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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9
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霍爾傳感器
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使用3144霍爾傳感器；
工作頻率寬：DC100KH；
使用寬電壓LM393電壓比較器,工作穩(wěn)定；
支持靈敏度可調(diào)；
支持信號(hào)輸出指示；
輸出形式：開關(guān)量
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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10
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人體紅外傳感器
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采用SR602感應(yīng)傳感器；
感應(yīng)距離：0-5M；
支持紅外對(duì)射、紅外漫反射傳感實(shí)驗(yàn)；
同時(shí)提供傳感器的模擬量信號(hào)；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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11
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氣體傳感器
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采用可拆卸結(jié)構(gòu)，支持MQ系列半導(dǎo)體氣敏元件；
支持1路數(shù)字量輸出；
支持1路模擬量AD輸出功能；
支持靈敏度可調(diào)；
檢測(cè)濃度：300-10000ppm；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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12
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火焰?zhèn)鞲衅?/span>
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探測(cè)角度：60°；
檢測(cè)波長(zhǎng)：760nm-1100nm；
輸出形式：開關(guān)量；
支持靈敏度可調(diào)；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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13
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紅外對(duì)射傳感器
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采用H2010直射型光電傳感器，槽寬10mm；
使用寬電壓LM393電壓比較器,工作穩(wěn)定；
具有信號(hào)輸出指示燈，輸出高電平燈滅，輸出低電平燈亮；
輸出形式：開關(guān)量；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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14
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限位器傳感器
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采用工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械限位器，限位器被觸發(fā)后可以選擇高電平輸出或者低電平輸出形式；
提供雙路限位器，支持外接設(shè)備控制；
提供NO、COM、NC三路輸出端；
可以模擬一些工業(yè)傳感器的觸發(fā)采集，如紅外柵欄、人體紅外等；
輸出形式：開關(guān)量；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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15
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雙路繼電器執(zhí)行器
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采用5V控制繼電器，實(shí)現(xiàn)雙路控制開關(guān)；
繼電器規(guī)格3A-200VAC；3A-30VDC；
提供NO、COM、NC三路輸出端，可外接控制設(shè)備；
提供雙路指示燈，顯示繼電器狀態(tài)；
提供“通用平臺(tái)”彈性探針接觸點(diǎn)，用于程序下載、串口調(diào)試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學(xué)。
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16
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公有云平臺(tái)
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支持傳統(tǒng)工業(yè)上云：可通過(guò)多種通訊方式，如: 5G（NB-IOT）、4G、GPRS（2.5G）、 Lora、 WiFi等，將工業(yè)上傳統(tǒng)硬件（包括教學(xué)傳感器模塊）接入云端，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控；
Modbus協(xié)議：采用工業(yè)上常用的Modbus協(xié)議，可將工業(yè)級(jí)別傳感器完全移植到教學(xué)實(shí)踐中，并提供源代碼，讓學(xué)生更快的與社會(huì)接軌；
可以通過(guò)wifi、4g、nb-iot無(wú)線模塊，將傳感器數(shù)據(jù)直接采集到云端顯示；
支持云組態(tài)設(shè)置；
支持手機(jī)接收傳感器報(bào)警信息；
支持微信小程序顯示組態(tài)內(nèi)容，及控制設(shè)備等功能；
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