“口袋实验室 --便携交互式电子开放实验系统

“口袋实验室”便携交互式电子开放实验系统项目名称：“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统项目组别：创意组个历“互联网+”大学生创新创业大赛项目计划书“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统2摘要《电路原理》、《信号与系统》等课程是工科电类专业重要专业基础课程，与之配套的实践环节也是理解电路与系统原理的重要途径。据调查，目前国内电类基础实验开设现状却差强人意。很多高校的电路与系统实验教学主要依赖于验证性为主的老式实验箱系统或电脑软件仿真，且未能将电路实验和信号与系统实验进行有机整合，采用的是相对独立的两套实验设备，配套测量设备多，成本高，造成实验室资源的浪费且存在设备老化等问题。同时也有部分高校采用了新型智能实验箱，但也存在工作稳定度不高，后期维护难、能开设的实验项目不能很好满足教学需求等问题。而且因为工科实验普遍存在的开设模式单一，受时空限制严重的特点，使学生学习效率低下。因此，研制一款既适合电子基础课程实验教学，又能够调动学生实验积极性的综合实验系统具有重要意义。针对以上问题，本项目提出了便携、一体化、开放式的实验解决方案，拟采用互联网APP+便携交互式电子开放实验箱组成的综合智能系统满足客户各层次需求。首先系统利用STEM32控制芯片结合其它外围电路，在实验箱中嵌入稳压电源、信号源、数字万用表等常用测量模块，整合了电路、信号与系统等实验内容，做成可拆卸式的实验项目模块，通过交互式彩色液晶显示与控制单元，自主引导学生进行实验，并能实时纠正实验错误，提高实验运行效率；同时可在实验箱中内嵌WIFI通信模块，能上传下载实验内容和实验数据，打破师生教学时空界限，真正实现教学时空分离，并且通过开发APP客户端，方便开展课程学习交流、实验特色项目定制等产品交易售后更新等服务。系统采用独特的全隔离技术，充分考虑了实验者的实际实验操作可能出现的各种违规操作事故，将整个实验系统的所有测试端口均设计了短路保护电路，可避免因电路短路而造成的各种故障；对系统自带的各种测试仪表均设计了超量程声光报警功能，确保在实验过程中能够对设备进行最大限度的自保护。同时先进的全数字FFT技术及箱体模块人性化的设计理念均提高了硬件系统的可靠性，预留的部分硬件资源也方便后期软件系统升级，优化算法，扩展到模拟和数字电子技术实验内容。并且项目组技术核心均为我校电子创新基地骨干成员，专业扎实，工程设计经验丰富，也为课程后续特色工程实验项目定制服务提供了坚实保障。系统已经过稳定性评估和性能实时测试，各项指标均超过现有同类型作品，获得同行专家的高度认可，在进一步完善产品功能的同时项目组中的营销团队也为产品制定了切实可行的市场推广计划，有望迅速生产营销占有市场。关键字：便携交互式、一体化、开放实验系统、可拆卸模块；全隔离；实时纠错“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统3目录1、产品与研发.................................................................41.1研发背景.......................................................41.2设计思路.......................................................51.3产品研发.......................................................61.4产品的创新与特色..............................................111.5产品测试......................................................131.6后续研发计划..................................................162、市场分析..................................................................162.1目标客户群体..................................................162.2市场机会分析.................................................163、商业模式..................................................................204、营销策划..................................................................214.1营销渠道......................................................214.2营销方式......................................................215、风险分析与对策............................................................165.1市场风险及规避方案............................................225.2技术风险及规避方案............................................236、财务分析..................................................................236.1资金筹措......................................................236.2前期资金的运用................................................246.3财务预算.....................................................246.4财务分析.....................................................256.5投资分析.....................................................287、团队介绍..................................................................307.1团队简介......................................................307.2团队构造：....................................................307.3团队主要人员介绍..............................................308、附录......................................................................37“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统41、产品与研发1.1研发背景《电路原理》、《信号与系统》《电子技术基础》等课程是工科电子类重要的专业基础课程，与之配套的实践环节是理解电路与系统原理的重要途径。据调查统计，现高校使用的电子类基础实验设备问题如图1.1所示，国内电子基础课程实验的开设现状却未能差强人意。图1.1现存实验设备问题统计图很多高校的电类实验教学主要依赖于验证性为主的老式箱式实验系统，且未能将各种实验系统进行有机的整合，往往采用的是相对独立的实验设备，与之配套的测量设备需要重复配置，造成实验室资源的浪费，同时市面上的传统测量仪器价格昂贵，实验箱硬件功能单一，设备老化，安全性低，学生往往容易因为一根导线接触不良导致实验失败，严重挫伤了学生学习积极性，传统实验系统如图1.2所示。图1.2传统实验箱同时也有部分高校采用了新型智能实验箱，但也存在工作稳定度不高，后期“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统5维护难、能开设的实验项目不能很好满足教学需求等问题。又因为工科实验普遍存在开设模式单一，受时空限制严重的特点，使学生学习效率低下。现今电子类基础实验产品却差强人意，因此，研制一款既适合电子基础课程实验教学，又能够调动学生实验积极性的综合实验系统具有重要意义。1.2设计思路针对以上实际实验教学问题，本项目提出了便携、一体化、开放式的实验解决方案，在互联网技术背景下，拟采用APP客户端+便携交互式电子开放实验箱组成的综合智能系统满足客户各层次需求。1、利用先进的数字技术在实验箱内嵌入常用测量仪器和仪表，如直流稳压源、信号源、数字万用表等，大大减少实验设备配置，从而大幅度降低设备成本。2、整合《电路原理》、《信号与系统》、《电子技术基础》模、数电部分等课程的实验内容，将各实验电路做成集成可拆卸式实验模块，一箱多用，开放式设计提高实验系统的利用率。3、人机交互良好，设计交互式彩色液晶显示与控制单元，能够自主引导实验过程，实时纠正实验错误，提高实验运行效率。4、箱子内嵌WIFI通信模块，能上传下载实验内容和实验数据，打破师生教学时空界限，真正实现教学时空分离，测量仪器仪表+电路板一体化的便携式箱式结构打破教学时空界限。5、实验箱人性化设计，对系统测试端口及仪表输出端口进行安全保护设计，确保初学者不会因操作失误而损坏设备，提高实验系统整体的可靠性、安全性。基于以上设计考量，整个系统总体设计拓扑结构如图1.3所示。图1.3电子实验系统总体设计拓扑结构“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统61.3产品研发由上可知，实验系统由APP客户端和便携交互式电子开放实验箱两部分组成。以下分别从这两方面叙述研发产品内容。1.3.1实验箱基础框架设计实验箱既要集成常规测量测试仪器，又需采取开放式结构，扩展多门电子实验内容，模块众多如何布局使系统具有良好的性能，并保持漂亮的外观是产品设计需要首先重点考虑的问题。实验箱体仍沿用传统便携结构，如图1.4所示。箱内基础框架如图1.5所示，左边为各模块放置位置，右边为接线以及待使用模块放置处。为了便于学生观测又不影响学生实验操作，将液晶模块放置在左上方。左边模块放置处除了液晶和主要测量模块位置固定外，其余模块位置可以随意调换、拆卸。采用这种基础框架既能保证性能，还能让系统拥有较好的外观。实验箱内模块实物如图1.6所示。图1.4实验箱体外形图图1.5实验箱基础框架“口袋实验室”——便携交互式电子开放实验系统7图1.6系统实物图1.3.2硬件功能模块实验箱内主要由显示模块、测试模块、实验模块、WIFI模块等组成。其中显示模块由一块液晶触摸屏构成；测试模块集成了实验室传统的测试仪器；现阶段实验模块已包括《电路分析》以及《信号与系统》的全部基础实验，后续仍能增加其他课程的实验模块；内嵌的WIFI模块也在研制阶段。目前箱体内实现功能如表1.1所示。表1.1目前实验箱功能一览表序号实验项目序号实验项目1仪表模块5一阶二阶阶跃响应2电路分析模块6信号的分解与合成(模拟)3基础单元模块7二阶网络函数模拟及抽样定理4滤波器模块8FFT信号合成与分解注释：以上模块外是目前已经开发完成的模块1、显示模块实验箱配备的液晶触摸屏采用的是工业级触摸屏，耐敲打，耐划痕；用户可通过液晶触摸显示屏直接读取实验引导内容并进行操作控制及实时获取实验数据；该操作系统内嵌误操作报警提示系统，当用户进行错误操作时，系统会自动语音播报并提醒用户及时纠正，提高实验运行效率。如图1.7所示为显示模块。2、测试模块集四台专用的测试仪器函数发生器，数字双踪示波器，多功能数字万用表以及直流稳压电源于测试模块上，节约成本和空间，测试模块如图1.8所示。3、实验模块。首先，用户可以根据实验内容选择相应的实验模块进行实验；其次，也可以根据用户