嵌入式实训室解决方案

嵌入式产业背景

嵌入式即嵌入式系统，IEEE（美国电气和电子工程师协会）对其定义是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置，是一种专用的计算机系统；国内普遍认同的嵌入式系统定义是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统；从应用对象上加以定义来说，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。

嵌入式系统作为装置或设备的一部分，它是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

从20世纪90年代开始，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统开始快速发展。21世纪是一个网络盛行的时代，将嵌入式系统应用到各类网络中是其发展的重要方向。

在国内，政府对嵌入式产业投以极大的产业关注及支持，因此产业发展迅速，已经逐渐从未来愿景走向现实应用。2016年5月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部、财政部、国家税务总局的《关于印发国家规划布局内重点软件和集成电路设计领域的通知》中的重点软件领域中就包含有嵌入式软件。

知识体系

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。嵌入式是一个综合性学科，融合了微电子、电子信息、计算机、软件、通信等各个学科的知识点，同时还具有众多本学科的专有知识点，我们以嵌入式的技术体系结构为线索，对嵌入式的教学知识点进行了梳理。对于嵌入式专业而言，需要尽量完成以下知识点的大部分内容的普及教学。学生则可根据自己的兴趣、职业规划，选择其中的一两个知识体系进行深入学习掌握，对其它的知识点需要有较为详细的了解，如此一来，在以后的就业中就不存在问题。

人才培养

嵌入式是一个融合了多种技术的巨型产业，根据大学生人才素质的分析，学生能力成纺锤型布局，中等能力的人才占据多数，这恰恰也是嵌入式行业人才需求的分布。在整个嵌入式的人才培养的方案设计上，应该根据人才的需求做好课程体系设计，并根据人才分布选择专业方向。

根据企业用人需求，对人才的要求分布如下：

岗位分析

唯众在全国范围进行了充分的调研分析，了解到企业对嵌入式人才的真正需求，提出了一套嵌入式岗位人才需求模型。高校进行嵌入式培养方案设计的时候，要充分的考虑嵌入式产业对人才的需求构成。嵌入式专业学生必须在学习过程中达到企业所需要的能力要求，学生能够顺利开展工作，才能具有良好的就业竞争力。

根据人才培养定位和嵌入式产业链分析，嵌入式专业的学生就业可以概况为五大类，具体如下：信息类学科市场、销售、文案、助理的初级工作，嵌入式行业方向的项目实施、系统集成、项目运维、需求分析、售前售后、技术营销、物联网初级开发等专业型工作，嵌入式/物联网行业方向的嵌入式软件开发、智能产品开发、智能传感器、嵌入式硬件设计、项目主管、技术支持等专业型工作，嵌入式/移动互联网行业方向的 UI 设计、android 应用开发、 web html5 前端应用开发、软件测试等专业型开发测试类工作，最后还有嵌入式高级工程师、嵌入式架构师等。

专业方向

计算机科学与技术（嵌入式方向）是隶属于计算机科学与技术专业的一个专业方向。 专业代码： 080905，本专业是一个多学科交叉、高度集成的专业，涉及计算机科学与技术、电子信息技术、通信工程、控制科学与工程等多个学科。

培养目标

本专业培养具有良好的科学素养，具有较扎实的计算机理论和嵌入式系统工程理论基础。掌握嵌入式软件开发的方法、技术和工具的使用，以及跟踪掌握嵌入式软件开发领域新理论、新知识、新技术的能力，为全面掌握嵌入式软件开发打下坚实的基础，并具有较强的计算思维能力和良好的团队协作能力，培养学生成为适应社会和行业需求的嵌入式应用型人才。

专业特色

本专业主要从事信息感知、异构网络互联、融合与数据传输、计算机智能控制、嵌入式软件设计、嵌入式应用技术等方面的研究，并学习和探讨这些领域的开发、应用的关键技术。

培养要求

毕业生应具有良好的科学素质，系统掌握本专业基本理论、基本知识和基本技能；受到良好的科学思维和科学实验的基本训练；对嵌入式及相关学科的新发展及应用前景有所了解；对物联网的相关技术具有应用能力和初步设计能力；熟练应用各种感知与识别设备、物联网建网技术及数据处理技术；具有在相关领域跟踪、发展新理论、新知识、新技术，具有较强适应社会的能力；能熟练掌握一门外国语，能阅读本专业的外文资料；毕业生具有一定的研究、应用、开发、管理及分析、解决一般实际问题的能力。

培养方向

嵌入式软件与服务方向：JAVA程序设计、数据结构、数据库、算法设计与分析、软件工程、移动应用开发、web技术、可视化编辑、人工智能、数据挖掘、图形与图像、语音识别。

嵌入式感控与网络方向：数字电路与逻辑设计、单片机原理与应用、嵌入式接口技术、传感器技术、射频识别技术与应用、现代无线传感器网络、网络安全技术、物联网工程与组网技术、嵌入式微操作系统。

嵌入式实训室建设目标

嵌入式专业的培养目标是培养掌握基础理论知识、掌握嵌入式核心技术、精通嵌入式系统及部件应用、嵌入式知识面宽、动手能力强、适应各种岗位工作的应用型及研发型人才，从事嵌入式核心部件开发、技术应用、系统搭建、系统维护升级、解决方案设计等工作。

由于嵌入式知识体系的庞杂性、应用性、实践性等特点，实验室和实训基地在教学过程中起的作用远比其他学科来的重要。在进行基本理论知识教学之后，实验室能够提供给学生动手实践的平台，将理论知识转为实际操作；为学生提供一个真实拟真的嵌入式环境，掌握各种嵌入式设备、部件、系统的原理技术，从基础、实训、创新、应用、科研“五维”角度为专业学科建设提供软硬件平台及教学实验环境的支撑。

• 基础实验：满足嵌入式专业知识点的基础实验学习，覆盖感知层、网络层、网关层、平台层、应用层的教学实验，主要通过实验箱、开发板等常规设备实现。
• 工程实训：满足嵌入式专业知识点到知识面的综合实训练习，每一个实训实验都能够基本覆盖嵌入式的全部知识点，能够横向掌握嵌入式工程系统的完整开发流程。主要通过实训台、实训工位、实训套件及各种应用场景的项目实训台等设备实现。
• 创新创客：满足嵌入式专业对人才创新能力的培养，结合行业的各种实际应用需求，深度掌握核心技术，进行创新和突破。创新实验设备提供更加开放的提供设计性功能，设备形态更加接近实际工程应用产品，同时能够满足其他不同学科的交叉性知识内容。
• 行业应用：通过实际的嵌入式工程案例及样板模型，让学生能够更好的认知和体验嵌入式的应用场景，如智能家居等。同时可以结合地方发展特色，引入更加本地化的工程应用场景。
• 科研中心：依托嵌入式专业建设，形成以老师团队为带头，企业技术协助，学生创业团队为辅的产学研究中心。通过构建区域化的嵌入式接入云平台和大数据接入平台，为周边企业和单位提供项目支撑。

嵌入式实训课程

嵌入式教学实训主要用于对嵌入式核心课程的知识点学习，能够服务于相关课程的实验和实训需求。核心课程主要针对学科基础技术的培养，掌握物联网概论，传感器和RFID 等感知设备认知和开发，ZigBee/Wi-Fi/蓝牙等无线网络的配置、维护和开发，嵌入式应用层软件开发，嵌入式硬件开发，产品整合等基本知识。

核心课程采用全模块化的实验箱教学产品进行实验，具备优良的教学实验特性：全模块化的设计、开放式的硬件接口、开源的实验代码、完整的教学资源、贴心的售后服务。

 

类别	课程	内容
感知实验室	《单片机与嵌入式》 《传感器应用技术》 《物联网识别技术》	满足嵌入式、单片机、传感器和射频等感知层技术的知识点教学。
网络实验室	《无线通信技术》 《无线传感网协议》 《Linux操作系统》	满足Zigbee、WIFI、NBIOT和蓝牙等传感网技术的知识点教学以及嵌入式Linux操作系统的教学。
应用实验室	《Android应用技术》 《web应用技术》	满足Android应用开发、web应用开发等应用层技术的知识点教学。
综合实验室	《综合实训》	满足综合设计、课程设计和综合实训等知识点的教学。

实训室3D效果图

实验设备

唯众嵌入式基础实训平台是唯众公司开发的一款信息类学科的综合型实验设备。嵌入式基础实训平台打破了传统以硬件平台来定义实验的困局，创新性的从专业学科建设角度来重新定义产品，让课程来定义实验，让实验来定义设备，能够配合专业教材完成全部的专业核心课程实验。

嵌入式基础实训平台与唯众开发的专业教材配套，可以满足嵌入式专业全部的专业核心课程及专业方向课程的教学、实验和实训需求，包括：《单片机与嵌入式》、《传感器应用技术》、《物联网识别技术》、《无线通信技术》、《Linux 操作系统》、《Android 应用技术》、《Web 应用技术》、《无线传感网协议》、《综合实训》等。

嵌入式教学课程资源包

嵌入式技术及应用、传感器技术、RFID技术、无线传感网技术、嵌入式行业应用

（1）嵌入式技术及应用

知识点包括：

1、初识嵌入式：嵌入式的定义、特点、基本架构、体系

2、嵌入式的标准与产业链分析

3、感知识别层：条形码技术、一维、二维条形码

（2）传感器技术

知识点包括：

常用传感器(参量型传感器：电阻应变传感器、电感式传感器、电容式传感器、发电型传感器、发电型传感器、压电式传感器、光电式传感器、 热电偶传感器、霍尔传感器、电涡流式传感器）手机中的传感器（摄像头、电子指南针、三轴陀螺仪、重力传感器。

（3）RFID技术

知识点包括：

1、RFID技术（概述、RFID标签、基本工作原理、标签的分类）

2、基于RFID技术的ETC系统设计 、RFID应用系统组成与工作流程。

3、生物识别技术(概述、指纹识别、声纹识别、面部识别、静脉识别、虹膜识别技术）

（4）无线传感网技术

知识点包括：

1、无线传感器网络技术：（基本概念体系结构、网络关键技术、特点及其应用）

2、ZigBee技术（概述、特点、通信信道）ZigBee技术（分层结构、网络拓扑、协议栈）

3、蓝牙技术（概述、特点、通信信道）蓝牙技术（分层结构、网络拓扑、协议栈）

4、无线WiFi技术（特点、优势、与其他通信方式结合、应用）

5、移动通信技术（发展史、G移动通信技术、4G移动通信技术）

（5）嵌入式行业应用

知识点包括：

1、嵌入式在智能家居方面的应用（发展过程、功能、方案、远景）

2、嵌入式技术在智能化住宅小区中的应用（安防系统架构、功能、方案）

3、嵌入式技术在智能化住宅小区中的应用（车辆管理系统架构、门禁、功能、方案）

4、嵌入式在智能交通中的应用（系统功能、信息采集技术、方案等）

5、嵌入式在农业中的应用（智能农业系统功能、架构、农情监测方案等）

Zigbee实训资源包WZ-ZRP-V1.0

CC2530基础实验

实验1 GPIO输出实验

实验2 GPIO输入实验

实验3 串口收发实验

实验4 定时器控制实验

实验5 ADC采集实验

实验6 中断输入和采集实验

实验7 开门狗实验

实验8 低功耗控制实验

实验9 IIC控制OLED实验

传感器实验

实验10 传感器编号实验

实验11 温湿度采集实验

实验12 红外发送实验

实验13 红外接收实验

实验14 数字量传感器实验

实验15 模拟量传感器实验

实验16 数字模拟量传感器实验

实验17 继电器输入输出实验

功能模块实验

实验18 语音播放实验

实验19 语音识别实验

实验20 LED点阵实验

实验21 RS485电量仪实验

实验22 万能红外实验

实验23 125K读卡实验

实验24 13.56M读写卡实验

无线组网实验

实验25 广播组网实验

实验26 BasicRF点对点通信实验

实验27 BasicRF通信质量检测实验

实验28 Zstack无线收发实验

实验29 组播组网实验

实验30 点播组网实验

实验31 Z-Sensor Monitor使用实验

实验32 协议捕捉与分析实验

实验33 智能家居综合实验

STC15单片机实训资源包WZ-51RP-V1.0

基础实验

实验1 LED实验

实验2 蜂鸣器实验

实验3 串口通信实验

实验4 DHT11温湿度传感器

实验5 ADC采集实验（光敏、人体、可燃气）

实验6 继电器控制实验

实验7 PWM控制LED亮度实验

物联网功能实验

实验一：按键点灯实验

实验二：光照采集实验

实验三：温湿度采集实验

实验四：RGB彩色LED控制

实验五：语音播放实验

实验六：LED点阵

实验七：RFID

实验八：继电器控制实验识别

STM32嵌入式实训资源包WZ-32RP-V1.0

第一部分：基础实验

1.1跑马灯实验

1.2蜂鸣器实验

1.3按键输入实验

1.4串口实验

1.5外部中断实验

1.6独立看门狗实验

1.7窗口看门狗实验

1.8定时器中断实验

第二部分：片内功能实验

2.1 USMART实验

2.2 RTC实时时钟实验

2.3随机数发生器实验

2.4待机唤醒实验

2.5 ADC实验

2.6内部温度传感器实验

2.7 DAC实验

2.8 DMA实验

第三部分 通讯实验

3.1 IIC实验

3.2 SPI实验

3.3 485通信实验

3.4 CAN通信实验

3.5 网络通信实验

3.6 2.4G无线通信实验

3.7 433M无线通信实验

第四部分 外设模块实验

4.1. TFT LCD显示实验

4.2触摸屏实验

4.3 FLASH模拟EEPROM实验

4.4外部SRAM实验

4.5内存管理实验

4.6 SD卡实验

4.7 FATFS实验

4.8汉字显示实验

4.9图片显示实验

4.10 USB读卡器实验（Slave）

4.11 USB U盘实验（Host）

第五部分 操作系统移植实验

5.1 UCOSII实验-1-任务调度

5.2 UCOSII实验-1-信号量与邮箱

5.3 UCOSII实验-1-消息队列和软件定时器

Andorid实训资源包WZ-ARP-V1.0

1.Andorid平台快速建立：

（1）烧写uboot到SD卡

（2）使用fastboot烧写系统

2.嵌入式Andorid开发环境的建立实验：

（1）Android编译环境的安装：

（2）安装Linux主机环境、安装必要的软件包；

（3）安装合适的JDK、解压Android源码；

（4）二编译uboot

（5）配置编译Linux内核

（6）编译Android

3. Android系统的测试与使用
4. Android (windows)开发环境建立：

（1）JAVA环境建立，安装JDK

（2）Android Studio安装

（3）Android SDK安装

（4）ADT安装

（5）创建、删除和浏览AVD（模拟器）

5.LED项目实验：

（1）整体架构分析；

（2）Android源码中编写硬件驱动；

（3）编写HAL层；

（4）编写JNI层；

（5）编写SERVICE层；

（6）编写app软件；

（7）代码编译与使用；

6. Android基础实验

（1）LED控制、

（2）ADC采样

（3）按键检测

（4）PWM蜂鸣器测试；

（5）串口通信实验

（6）数据库使用实验；

（7）播放器使用

（8）帧动画播放；

（9）服务器-客户端网络编程；

7. Android下物联网应用开发实验

（1）温湿度采集显示实验

（2）光敏传感器采集显示实验

（3）RGB声光控制实验

（4）人体红外传感器与点阵显示屏联动控制实验

（5）智能安防报警系统

（6）智慧教室环境监测与控制系统

C#实训资源包WZ-NRP-V1.0

基础实验

实验1创建简单的.NET应用程序

实验2 C#基本编程方法

实验3面对对象的编程基础

实验4界面设计与文件存取

实验5 http://ADO.NET与数据操作

实验6 http://ASP.NET网页设计

实验7 http://ASP.NET网站开发

实验8简单网络聊天系统

实验9网络呼叫应答提醒服务

实验10文件数据加密与解密

功能模块实验

实验1 物联网快速入门实验

实验2 温湿度采样实验

实验3 RFID识别实验

实验4 光敏与风扇联动实验

实验5 风扇控制实验

PCB制板实训资源包 WZ-PRP-V1.0

第一部分：基础实验

实验一 Altium Designer9软件安装

实验二 原理图的绘制

实验三 元器件的绘制

实验四 印制电路板的绘制

实验五 元器件封装的绘制

第二部分 物联网传感电路实验

实验六 温湿度模块PCB设计

实验七 人体红外模块PCB设计

实验八 继电器模块PCB设计

实验九 RGB三色灯模块PCB设计

实验十 ZIGBEE模块PCB设计

实验十一 红外转发器PCB设计

实验十二 SLINK无线模块PCB设计

实验十三 网关底板PCB设计

环境监测系统WZ-MES-V1.0

该系统是一个综合性的数据采集和控制系统，此系统在运作过程中主要了解工业个设备的工作状态，在系统出现故障时能及时报警并关闭个设备。定时播报紧急按钮，电磁阀，报警灯，接近开关的工作状态。当检测到紧急按钮按下发出报警信息时，报警灯响起，电磁阀关闭，接近开关关闭。

智能家居安防监控系统WZ-HMS-V1.0

该系统是一个综合性的数据采集及控制系统，此系统在运作过程中通过 RFID阅读器读取射频卡的 ID号，通过识别 ID 可以确定卡号是否合法及开关门，门禁开关同样可以控制开关门，IP 摄像头进门拍照。记录射频卡打卡信息；合法用户刷卡开门，非法用户刷卡不能开门，按键开门，入门照相。

农业土壤智慧调节系统WZ-IAS-V1.0

该系统是一个综合性的数据采集和控制系统，此系统在运作过程中共采集土壤水分、土壤温度两个物理信息，操作反馈设备为:水泵。实时监控土壤温度和水分，发布土壤温度水分曲线。土壤水分超过设定的水分下限，自动开启水泵进行灌溉，达到水分上限，关闭水泵。能够提供拓展的微信公众账号的功能，查看土壤温度水分数据并对其进行有效的管控。

停车场信息采集管理系统WZ-SAS-V1.0

该系统是一个综合性的数据采集及控制系统，此系统在运作过程中通过 RFID阅读器读取射频卡的 ID号，通过识别 ID 可以确定卡号是否合法及开启栏杆（电子锁模拟栏杆），开关（门禁开关）同样可以控制开关栏杆。记录射频卡打卡信息，充值和扣费功能；合法用户刷卡开起栏杆，非法用户刷卡不能开启栏杆，按键开启栏杆。

智慧商超管理系统WZ-SCS-V1.0

本次任务的主要目的是开发出一个操作简单，界面简洁，灵活应用，安全可靠的超市智能收银系统。该系统的开发以收银员和库存管理员为对象，能够提高超市对超市商品以及收银的管理效率，减轻超市工作人员对超市商品和收银的管理负担，提高超市对超市商品的规范化管理。系统分为两个部分：后台管理登录，对商品信息管理，会员信息管理，折扣信息；收银员登录，通过扫码器从数据库提取信息，结算商品总价、折后价格和会员价。

图书管理系统WZ-BMS-V1.0

图书管理系统包含两部分，第一部分属于C#开发的可视化界面：系统登陆，图书管理，读者档案管理，借阅管理等功能项。第二部分属于数据库操作：数据库的增删改查，数据的查找比对，数据库备份和还原。

教学信息发布系统WZ-TSS-V1.0

系统包含系统设置和信息发布两大模块，其中系统设置包含：学校设置、院系设置、班级设置、教室设置、用户设置、角色设置、权限设置、菜单设置、课程管理、课表导入等功能；可为用户自定义权限访问平台指定功能，课表根据平台提供模版进行导入；

课表在相应时间段内可显示在移动设备上；

信息发布包含：通知公告、已审批公告、待审批公告等功能；

已审批通知在相应时间段内可显示在移动端设备上。

嵌入式智能家居工程实训系统WZ-lOT-H3

嵌入式智能交通沙盘WZ-IOT-TS

嵌入式智慧农业沙盘WZ-IOT-AST

嵌入式融合平台WZ-IOT-IPT-V1.0

多网关管理：平台实现不同类型不同数量的网关及其下传感器数据的接收与控制。

提供相关SDK：平台提供学生练习使用的SDK、帮助文档、以及Demo的下载。

支持多传感器的规则与动作： 平台支持传感器规则定义，根据用户定义的一个或多个条件，后台实时监控，在其满足的情况下，对相应传感器进行控制。

传感器历史数据分析： 对平台中所有网关的传感器数据进行收集，并绘制成曲线和柱状图，使用户更加直观的观察数据，从而进行分析。

物联网融合云平台WZ-IOT-FCPT-Key

简化数据管理：对于服务层的传感器数据较多，以及用户数据较多的情况，云端支持一键同步功能，只要确保在服务层连接外网的情况下，可将数据同步到云端；对于网关、传感器设备，只要确定在服务层连接外网的情况下，服务层发生改变自动同步到云端，不需要再次添加。

丰富的数据分析：提供丰富的数据统计与分析结果展示，帮助学校从整体上把握设备的使用情况。

跨平台：基于Web架构你所需的仅仅是网页浏览器或者移动终端，无需纠结使用哪款操作系统，任何可以上网的PC、智能手机、平板电脑等设备都可以随时随地的访问云平台

嵌入式虚拟仿真实训平台WZ-IOT-VST-V1.0

平台采用完全图形化界面组态显示和逻辑联动方式，同时辅以脚本编程，让实验直观、趣味而又具有强大的可操作性。实训软件平台服务器端，具备所有实训硬件对应的虚拟设备供使用者选用，虚拟设备图形和实际硬件对应，所见即所得。使用者可通过编辑器进行编辑搭建应用项目，和硬件同步完成相应的功能。实训软件平台，完全实现图形化编辑，可满足学生快速自助完成嵌入式实训课程。同时预留可编程的编辑接口，用户可自行添加新的功能模块。编辑平台具备基本的数据可视化控件：曲线、饼图、虚拟仪表等功能。同时所有控件属性需能编辑：如颜色、变量选取、形状、数量等。

实训软件平台包含常用的通信方式：COM、TCP、433等。