一、系统特点

1. 全场景短距离通信技术集成：覆盖主流短距离通信技术，包括WiFi、蓝牙、Zigbee、LoRa、2.4G、红外、可见光、NFC、NB-IoT、4G等，构建多技术协同通信生态。

2. 工业级硬件架构设计：采用模块化开发板设计，主控基于Cortex-M4内核的高性能MCU，支持多板间真实通信交互，模拟实际工程组网场景。

3. “对比+实战”教学模式：通过多协议对比实验与跨板通信实战，强化学生对短距离通信技术选型、协议适配及组网优化的理解。

4. “学—仿—创”阶梯式训练：从单一协议基础实验到多协议融合组网创新，循序渐进提升学生工程实践能力。

5. 真实场景复现：支持智能家居、工业传感、智慧城市等场景的短距离通信方案设计与验证。

6. 无缝对接行业需求：硬件架构与开发流程贴合企业标准，助力学生快速适应行业应用。

二、系统功能

聚焦短距离通信技术的全链路开发能力培养，集成WiFi、蓝牙、2.4G、红外、可见光、Zigbee、LoRa、NB-IoT 、NFC、4G等协议栈，提供多板协同组网、协议对比分析、功耗优化调试等核心功能，支持从底层驱动开发到应用层组网设计的全流程实训。通过跨板通信、多板多协议组网等通信与编码组网训练，帮助学生掌握短距离通信终端的协议互通开发、无线传感网络、PLC工控网络的搭建和协议互通的技能训练，着重训练学生短距离通信的系统底层组网协议核心技能。

三、系统构成

1. 红外和可见光组网通信单元：

(1) 组网形式：两组收发终端，实现红外和可见光的数据通信。

(2) 主控核心：主控采用基于ARM Cortex-M3内核的STM系列32位微控制器。

(3) 板载模块：数据发送端板载一个温湿度采集模块和传感器扩展接口，可任意更换不同种类的传感器模块使用；在发送端和接收端均有一块用于显示数据的OLED屏幕。

2. WIFI、蓝牙、2.4G组网通信单元：

(1) 组网形式：板载六终端均可作为主从模式进行组网通讯。

(2) 主控核心：主控采用基于ARM Cortex-M3内核的STM系列32位微控制器。

(3) 板载模块：每一个终端均配置有WIFI模块、蓝牙模块、2.4G模块、OLED显示模块以及传感器扩展接口，可搭配多种不同类型的传感器数据采集模块进行数据采集。

3. LORA组网通信单元：

(1) 组网形式：采用一主四从共五块通信板的通信模式。

(2) 主机板：采用ARM Cortex-M3内核的STM系列32位微控制器。

(3) 板载模块：主机板搭载LORA模块、蓝牙模块、网口芯片、

4. NB-IOT、NFC组网通信单元：

(1) 组网形式：采用二块NFC通信板和一共NB-IoT通信板共三块通信板的通信模式。

(2) 主机板：采用ARM Cortex-M3内核的STM系列32位微控制器。

(3) 板载模块：NFC通信板搭载NFC模块、WIFI模块，NB-IoT通信板搭载DHT11温湿度模块、NB模块、TFT显示屏，以及传感器扩展接口。

5. 4G通信实验单元：

(1) 组网形式：采用4G访问公网，从机组成有线或无线局域网。

(2) 主机板：采用ARM Cortex-M3内核的STM系列32位微控制器。

(3) 板载模块：传感器扩展单元、TFT显示屏、4G通信模块、DHT11温湿度模块、以太网口、WIIF模块。

6. 协议转换及数据处理单元：

(1) STM32版多协议转换单元： 搭载STM32F4系列高性能MCU，支持多路通信接口，提供丰富外设资源，支持跨协议数据转换，实现异构网络互联，可视化交互终端：配备触控显示屏，实时显示通信状态、数据流及网络拓扑。

(2) Linux版多协议转换单元：基于六核Cortex-A72+A53，GPU：MaliT860MP4，内存4G+32G，4K@60fps VP9 10bits H.265解码能力，搭载HDMI、USB3.0、Type-C、PCIE接口，支持跨协议数据转换，实现异构网络互联，可视化交互终端：配备触控显示屏，实时显示通信状态、数据流及网络拓扑。

7. 辅助单元：

(1) 协议分析仪：支持WiFi、蓝牙、Zigbee等协议抓包与实时解析，辅助调试与优化。

(2) 功耗监测模块：动态监测设备功耗，优化低功耗通信策略。

四、基础实验例程

1. WiFi专题实验：

(1) TCP、UDP双机通信实验

(2) AP、STA模式切换与组网实验

(3) HTTP、MQTT云平台对接实验

(4) WiFi Mesh多跳组网实验

2. 蓝牙专题实验：

(1) BLE广播与扫描实验

(2) 蓝牙透传与数据加密实验

(3) 蓝牙Mesh智能灯控实验

(4) 蓝牙与WiFi协议栈对比分析

3. Zigbee专题实验：

(1) Zigbee一对多的组网实验

(2) Zigbee绑定与场景控制实验

(3) Zigbee转WiFi跨协议网关开发实验

4. LoRa专题实验：

(1) LoRa点对点长距离通信实验

(2) LoRaWAN入网与数据加密实验

(3) 多节点LoRa自组网与能耗优化实验

5. 2.4G、红外、可见光专题实验：

(1) 2.4G跳频通信与抗干扰实验

(2) 红外遥控编码与解码实验

(3) 可见光通信速率与距离测试

6. NFC、NB-IoT、4G专题实验：

(1) NFC读写器与标签交互实验

(2) NB-IoT低功耗数据上报实验

(3) 4G模块PPP拨号与云平台对接

7. 多协议融合实验：

(1) 智能家居多协议网关设计

(2) 工业无线传感网络跨协议中继

(3) 短距离通信技术选型与性能对比

五、解决五大教学痛点

1. 教学设备功能单一 → 多协议协同组网

持多板间跨协议通信，模拟真实场景中异构网络互联需求。

提供协议转换网关开发案例，解决传统实验仅限单板内通信的局限。

2. 缺乏真实工程场景 → 工业级硬件架构

硬件设计贴合工业终端设备标准，支持电磁兼容性测试与低功耗优化。

3. 理论与实践脱节 → 场景化项目驱动

以智能家居控制、工厂设备监控等实际项目为引导，贯穿协议开发到系统部署全程。

4. 学生创新能力薄弱 → 开放式开发环境

在自由开放的创新平台中，学生的创意构想能够快速转化为实践成果。

六、解决学生的哪些问题

1. 技术视野狭窄：通过多协议对比实验，掌握短距离通信技术选型与适用场景。

2. 工程经验匮乏：从单板实验到多板组网，熟悉设备联调、协议适配、故障排查全流程。

3. 调试能力不足：学习使用Wireshark、nRF Sniffer、Zigbee抓包工具等专业调试手段。

4. 创新能力培养：鼓励基于实际场景的通信方案创新。

5. 课设毕设支持：构建全链路集成的智能科研工作台，为学习者打造贯穿理论验证到成果落地的完整实验生态。

七、面向专业及课程

1. 电子信息工程：《无线通信技术》《嵌入式系统设计》《射频电路设计》

2. 通信工程：《物联网通信协议》《移动通信网络》《短距离无线技术》

3. 物联网工程：《传感网技术》《物联网系统集成》《低功耗广域网络》

4. 自动化：《工业无线控制》《智能终端开发》《通信网络与总线技术》