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物聯網智能家居實訓沙盤模型是針對高等院校智能家居實訓的需求，綜合運用傳感器采集、執(zhí)行器控制、無線傳感器網絡、嵌入式系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)、網絡通信、云平臺系統(tǒng)等物聯網技術以及多學科技術的交叉融合，依托部署在沙盤內的各種傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、智能網關、智能終端實現家居生活環(huán)境的智能環(huán)境監(jiān)測、智能安防監(jiān)測、智能設備控制、智能設備聯動等功能，貼近真實智能家居系統(tǒng)，為物聯網智能家居實訓教學提供了一個完備的應用實訓系統(tǒng)。
物聯網智能家居實訓沙盤模型實驗系統(tǒng)資源豐富，覆蓋多種課程實驗，可完成單片機技術、嵌入式技術、RFID射頻識別技術、無線傳感器網絡技術、無線通訊技術、傳感器技術、云平臺技術、電子技術應用等諸多課程的實驗實訓，課程實驗提供開放的軟件及代碼資源，支持二次開發(fā)，著重培養(yǎng)學生的實際動手能力與編程能力，可實現教學、科研、學生畢業(yè)設計等相關物聯網課題。
一、沙盤模型特點：
物聯網智能家居實訓沙盤模型是一款以綜合實訓為主的實景沙盤，沙盤主要由實景演示區(qū)和綜合實訓區(qū)兩部分組成，通過將實景演示區(qū)的平層沙盤和綜合實訓區(qū)的物聯網模塊相結合，實現通過外圍物聯網模塊控制沙盤內的燈光和電器，完成智能家居系統(tǒng)的實訓實驗。
1、智能家居沙盤采用高強度鋁合金骨架，外形尺寸1.1m*1.0m*0.25m；
2、智能家居沙盤包含12路燈光、電動窗簾、電動窗戶、電視機、電動門、空調、排風扇、警示燈、監(jiān)控以及全部燈光開關，均可通過外圍實驗模塊進行控制；
3、智能家居沙盤采用一體式供電結構，整個沙盤只需連接一根電源線即可，通過一根電源線可以為16路模塊供電，省去繁雜的接線工作，便于學生使用操作；
4、智能家居沙盤表面集成16個實驗模塊插槽，所有實驗插槽均可進行磁吸式連接，并且集成防短路設計，支持至多個模塊的聯動實驗，可在單個知識點學習的基礎上，進行多模塊綜合應用實驗，可完成無線傳感網絡實驗等多種復雜的聯網實驗；
5、智能家居沙盤內部與外圍物聯網模塊底板連接，可通過物聯網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物聯網實驗平臺，用于實驗調試及相關物聯網模塊基礎配置；
二、沙盤模塊：
1、采用磁吸式可拆卸結構，集成防呆設計，避免短路；
2、可以無縫吸附到智能家居實訓沙盤上，插槽集成供電功能，無需單獨外接電源；
3、實驗模塊表面集成電路圖（下圖），便于學生更直觀的了解元器件的組成及模塊的運行原理：
4、模塊均采用磁吸式接口設計+搭積木式結構，集成標準的12路彈性插針，可以實現供電、仿真調試、數據通信、IO口拓展等功能，同時支持搭積木式的多級磁吸聯接，通過彈性插針即可通信，無須外接跳線，通過模塊相互搭積木，組成一套完整的物聯網系統(tǒng)，如：STM32處理器+ZigBee無線模塊+傳感器模塊（3層垂直積木，無須額外接線），可拓展性強，如下圖所示：
5、模塊升級：更新最新物聯網模塊時，保證可以與智能家居實訓沙盤無縫連接，避免重復購買造成浪費；
三、實驗內容：
通過將各個實驗模塊與智能家居實訓沙盤相結合，可進行多種實訓實驗：
1、智能燈光控制實驗（12路）
2、WiFi無線通信實驗
3、智能窗簾控制實驗
4、環(huán)境檢測與聯動實驗
5、智能窗戶控制實驗
6、RFID讀卡與應用實驗
7、智能門禁控制實驗
8、云平臺配置與應用實驗
9、智能空調控制實驗
10、單片機開發(fā)與應用實驗
11、智能電視控制實驗
12、傳感器采集與應用實驗
13、智能監(jiān)控控制實驗
14、執(zhí)行器控制與應用實驗
15、智能風扇控制實驗
16、ZigBee無線傳感器網絡配置實驗
實驗中提供開源的實驗代碼，可自行修改、編譯代碼，支持二次開發(fā)，可根據以上基礎實驗，自行拓展更多智能家居實驗，實現家居系統(tǒng)的開發(fā)與應用；
四、物聯網智能家居實訓沙盤模型組成：
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序號
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項目
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名稱
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數量
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備注
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1
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沙盤
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智能家居實訓沙盤
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1
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一體化供電平臺
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2
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調試平臺
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物聯網實驗平臺
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1
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一體化供電平臺
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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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無線通訊模塊
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ZigBee無線通信模塊
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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
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公有云平臺
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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、物聯網智能家居實訓沙盤模型參數：
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序號
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名稱
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參數
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1
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智能家居實訓沙盤
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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；
內置平層沙盤模型，支持12路燈光、電動窗簾、電動窗戶、電視機、電動門、空調、排風扇、警示燈、攝像監(jiān)控等燈光電器；
內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，支持語音控制等功能；
提供16路磁吸模塊連接板，支持物聯網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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物聯網實驗平臺
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外觀尺寸：長415*寬310*高50（mm），材質：鋁合金楔形結構；
實驗平臺采用一體式供電結構，整個實驗過程只需連接一根電源線和數據線即可。
采用全新的教學模式：磁吸積木式教學，所有模塊可以進行疊羅漢式(搭積木)的組裝連接，支持多層模塊疊加，無需外數據線與電源線；
提供5V供電接口（Type-C）、以太網接口、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下載器均為平臺內置，下載程序時只需將模塊吸附到平臺對應下載端即可，無需接線；
內置USB串口服務設備,通過1路USB虛擬出多路串口，根據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；
實驗平臺具備8個通用實驗模塊插槽，每個插槽集成12路接觸點，供模塊進行數據通訊及供電，并且插槽集成防短路功能，可直接將模塊吸附到插槽內,支持最多8個模塊聯動實驗；
實驗平臺上集成了485選擇鍵、ZigBee仿真器復位鍵、J-Link仿真器啟動鍵和虛擬儀器啟動鍵，在使用不同功能的時候，方便切換和使用，同時實訓平臺內部集成還原功能模塊，當通訊及仿真調試出現混亂時，只需關閉電源再重啟，即可恢復出廠設置；
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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，為上層模塊進行持續(xù)供電；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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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，內核：ARM 32位的Cortex?-M3 CPU；最高72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)；
存儲器：
從16K到32K字節(jié)的閃存程序存儲器；
從6K到10K字節(jié)的SRAM；
支持USB、CAN、6個定時器、2個ADC 、6個通信接口；
提供485選擇端、BOOT0兩路接口；提供1個復位鍵；
程序下載方式為實驗平臺內部下載，即無須外部接線，節(jié)省接線操作時間，帶有電源保護電路；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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5
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ZigBee無線通信模塊
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主芯片：CC2530F256，256K Flash，8K RAM，內置8051單片機及無線收發(fā)器，支持11-26信道更改，支持點播、組播、廣播多種類型數據通信，支持自動組網及網絡自愈功能；
串行速率：9600-115200bps多種速率可選；
無線頻率：2.4GHz；
無線協議：ZigBee2007/PRO；
通訊接口：UART；
無障礙傳輸距離：200米；
集成串口切換功能，通過跳線方式，可將通訊線路進行切換；
具備協調器、路由器及終端功能，可通過串口指令讓設備在三種類型中自由切換；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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6
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Wifi無線通信模塊
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主芯片集成MAC、基頻芯片及射頻收發(fā)單元，內置低功耗運行機制，可以有效的降低功耗運行；
支持WiFi@2.4GHz802.11b/g/n無線標準；
支持WEP/WPA-PSK/WPA2-PSK安全模式；
支持AP、STA、AP+STA工作模式；
完全集成的串口轉無線TCP/UDP傳輸功能，多個串口速率選擇；
支持TCP/UDPClient注冊包機制；
支持SimpleConfig/Airkiss/usrlink快速聯網配置；
支持AT+指令集配置；
集成串口切換功能，通過跳線方式，可將通訊線路進行切換；
通過參數配置，可通過WiFi無線節(jié)點，將傳感器數據傳入云端；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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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：檢測范圍0-50度，精確到可以達到0.5℃；
濕度：
檢測范圍20%RH-95%RH, 精確到可以達到2%RH；
支持電容型濕度傳感實驗；
支持濕度值脈沖信號輸出；
輸出形式：數字量；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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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
傳感器內置16bitAD轉換器，直接數字輸出，省略復雜的計算，省略標定，不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性，可對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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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；
支持信號輸出指示；
輸出形式：開關量
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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10
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人體紅外傳感器
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采用SR602感應傳感器；
感應距離：0-5M；
支持紅外對射、紅外漫反射傳感實驗；
同時提供傳感器的模擬量信號；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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11
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氣體傳感器
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采用可拆卸結構，支持MQ系列半導體氣敏元件；
支持1路數字量輸出；
支持1路模擬量AD輸出功能；
支持靈敏度可調；
檢測濃度：300-10000ppm；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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12
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火焰?zhèn)鞲衅?/span>
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探測角度：60°；
檢測波長：760nm-1100nm；
輸出形式：開關量；
支持靈敏度可調；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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13
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紅外對射傳感器
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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：開關量；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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14
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限位器傳感器
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采用工業(yè)生產的機械限位器，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：開關量；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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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，實現雙路控制開關；
繼電器規(guī)格3A-200VAC；3A-30VDC；
提供NO、COM、NC三路輸出端，可外接控制設備；
提供雙路指示燈，顯示繼電器狀態(tài)；
提供“通用平臺”彈性探針接觸點，用于程序下載、串口調試、供電等作用。提供搭積木彈性接觸針，用于搭積木形式教學。
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16
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公有云平臺
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支持傳統(tǒng)工業(yè)上云：可通過多種通訊方式，如: 5G（NB-IOT）、4G、GPRS（2.5G）、 Lora、 WiFi等，將工業(yè)上傳統(tǒng)硬件（包括教學傳感器模塊）接入云端，實現對工業(yè)生產環(huán)境數據的全面監(jiān)控；
Modbus協議：采用工業(yè)上常用的Modbus協議，可將工業(yè)級別傳感器完全移植到教學實踐中，并提供源代碼，讓學生更快的與社會接軌；
可以通過wifi、4g、nb-iot無線模塊，將傳感器數據直接采集到云端顯示；
支持云組態(tài)設置；
支持手機接收傳感器報警信息；
支持微信小程序顯示組態(tài)內容，及控制設備等功能；
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