嵌入式实训室解决方案（2025年最新版）

一、背景概述

随着信息技术的迅猛进步，嵌入式系统已成为智能化设备与应用的核心驱动力，引领产业变革与创新。其应用范围广泛，涵盖智能家居、智能医疗、工业控制、交通及网络通信等领域，是信息化与智能化转型的关键。在此背景下，嵌入式人才的培养尤为迫切。然而，传统教学方法偏重理论，缺乏实践，导致学生理论与实践脱节。因此，构建嵌入式实训室成为高校与培训机构的重要使命。

唯众嵌入式实训室致力于为学生打造真实、贴近工业界的实践环境，紧密结合行业需求与教学实际，注重软硬件环境建设，提供丰富课程与实验项目。学生在此可深入学习嵌入式系统设计与开发，掌握核心技术，积累实战经验，为职业发展奠定坚实基础。

二、嵌入式实训室详解

1、嵌入式系统定义

嵌入式系统是以应用为中心，基于计算机技术，可根据用户需求灵活裁剪软硬件模块的专用计算机系统。它广泛应用于工业生产、日常生活、工业控制及航空航天等领域。主要特征包括代码体积小、提供统一应用程序接口、模块间解耦合、实时性优异及系统可靠稳定。

2、嵌入式知识结构

嵌入式系统分为硬件层、驱动层、操作系统层和应用层四层结构。

1．硬件层：包括处理器、存储器等核心部件，以及基于ARM、TI DSP、FPGA等平台的设计开发。

2．驱动层：涵盖Linux、Windows CE/Mobile/Phone等平台驱动定制与开发，以及uC/OS、FreeRTOS、VxWorks等操作系统驱动开发。

3．操作系统层：涉及Linux内核开发、Android框架层开发等。

4．应用层：包括Android、QT/E、VxWorks、IOS及Windows CE应用开发。

3. 嵌入式实训室核心课程与教学内容

（1）单片机项目开发

课程内容：

单片机系统开发流程概述

Keil C51集成开发环境搭建与运行

C51程序设计

单片机中断系统应用

定时器/计数器应用

串口通信应

数码显示与键盘接口

A/D与D/A转换应用

常用外设芯片接口应用

（2）ARM系统结构与应用

课程内容：

ARM微处理器结构简介

ARM指令系统与应用

ARM开发平台搭建

ARM的GPIO端口编程

ARM存储器应用

ARM接口技术

Bootloader移植

嵌入式Linux内核移植

嵌入式Linux文件系统移植

（3）智能硬件技术与应用

课程内容：

智能硬件产品概述

传感器应用技术（生物传感、物理传感、化学传感）

硬件控制技术

网络接入技术（红外、蓝牙、NFC、ZigBee、Wi-Fi、二维码）

智能系统（云计算应用）

（4）嵌入式Android项目设计与开发

课程内容：

Android开发环境搭建

Android控件Widgets应用

Android图形界面设计

Android数据存储

Android应用数据交互

Android多线程程序设计

Android多媒体程序设计

Android异步程序设计

Android嵌入式实例项目应用

（5）移动智能终端应用开发

课程内容：

物联网技术概论

无线传感网络技术

自动识别技术

条形码技术

定位技术

Android应用层技术开发

系统项目集成案例

（6）嵌入式系统应用开发

课程内容：

嵌入式串口通信程序设计

驱动应用程序设计

多任务多线程程序设计

基于QT或Android的界面交互程序设计

嵌入式接口程序设计

基于BOA服务器的远程程序控制

综合控制程序设计

通过以上课程，学生能够全面掌握嵌入式系统开发的核心技术，从单片机到ARM架构，从智能硬件到移动终端应用，逐步提升实践能力与创新能力，为未来职业发展奠定坚实基础。

4. 嵌入式实训室基本要求

（1）嵌入式硬件技能实训室

嵌入式硬件技能实训室需构建完备的教学与实践环境。在硬件设施方面，应配备性能强劲的服务器，用于数据存储与运算支撑；高清投影设备和电子白板，以满足多样化教学展示需求；足量的高性能计算机，确保学生人手一台用于实践操作，并配备稳定的 Wi-Fi 环境，保障网络连接畅通。同时，配备专业的电路实训箱，涵盖多种电路实验模块，满足基础电路实验需求；以及单片机和 ARM 实训板，为学生提供实际硬件开发平台。此外，还需提供可靠的云计算环境接入，以便学生能够利用云端资源进行复杂运算与数据处理。该实训室主要服务于数模电路基础、单片机项目开发、ARM 系统结构与应用、ARM 接口高级技术及编程等课程，助力学生在硬件实操中深入掌握相关知识与技能 。

（2）嵌入式软件开发实训室

嵌入式软件开发实训室的建设，重点聚焦于软件开发环境搭建。同样配备服务器、投影设备、白板和计算机，以及稳定的 Wi-Fi 环境和云计算环境接入。在软件工具方面，需具备嵌入式操作系统虚拟环境，方便学生进行不同操作系统下的开发实践；安装各类计算机编程相关软件，如 C、C++、Java 等编程语言的集成开发环境；配备 UI 交互设计软件，培养学生的界面设计能力；以及软件测试工具，帮助学生掌握软件测试流程与方法。此实训室主要用于计算机编程语言、嵌入式软件测试、C++ 高级编程等课程的教学与实训，提升学生的软件开发综合能力。

（3）嵌入式综合技能实训室

嵌入式综合技能实训室旨在打造一个综合性实践平台。在硬件设施上，服务器、投影设备、白板、计算机以及 Wi-Fi 环境和云计算环境接入一应俱全。同时，配备 Android 开发相关软件及工具，如 Android Studio、SDK 等；物联网实训平台，涵盖传感器、网关、通信模块等设备，用于物联网应用开发实践；智能硬件实训系统，包含各类智能硬件开发板和传感器，方便学生进行智能硬件项目开发。该实训室主要服务于智能硬件技术与应用、嵌入式 Android 项目设计与开发、移动智能终端应用开发、嵌入式系统应用开发、嵌入式项目综合实践等课程，通过综合性项目实践，培养学生解决实际问题的能力。

（4）校外实训基地基本要求

校外实训基地是嵌入式人才培养的重要补充，其建设需满足以下关键要求：首先，必须具备稳定的合作关系，确保实训活动的长期开展。其次，能够提供与嵌入式技术与应用专业紧密相关的实训活动，实训设施要齐全，涵盖从基础开发工具到专业设备等。同时，明确实训岗位，配备经验丰富的实训指导教师，确保学生在实践过程中得到专业指导。此外，完善的实训管理及实施规章制度必不可少，包括实训流程规范、安全管理制度、考核评价机制等，保障实训活动的有序进行。

三、嵌入式实训室介绍

1. 嵌入式系统综合应用开发平台

嵌入式系统综合应用开发平台，是一款专为攻克嵌入式系统开发关键技术教学难题而精心打造的前沿教学平台。该平台架构精密复杂，核心控制单元宛如中枢大脑，精准调控各单元协同运作；无线通信单元则承担信息桥梁的角色，实现数据的高效传输；电机驱动单元赋予设备动力执行能力；循迹功能单元助力系统精准追踪轨迹；功能扩展单元和功能电路单元为系统的功能拓展与稳定运行提供坚实保障；边缘智能处理单元则让系统具备实时智能决策能力。

作为一种创新型教学载体，该平台紧密遵循项目引领和任务驱动的先进教学模式，秉持模块化、积木式的独特设计理念。这意味着，在实际教学与实训过程中，能够依据不同层次、不同类型的教学实训需求，通过灵活组合各类功能模块单元，轻松实现不同难度级别和不同系统框架的实验实训系统的自主设计与搭建。无论是基础技能训练，还是复杂项目实践，都能轻松应对。

在功能拓展方面，该平台具备强大的兼容性和定制性。可按需选配和定制各类传感器、执行器、自动识别以及创新应用模块，从而极大地丰富系统功能。同时，支持选配全系列的物联网通信单元，无缝实现无线组网和智能互联，还能便捷接入多种主流云平台，实现高效的云端数据交互与互联控制，满足智能化应用场景的多样需求。

在人工智能应用领域，该平台更是表现卓越。全面支持视觉（涵盖图像分类、目标检测、图像分割等关键技术）和语音这两大典型 AI 应用领域的开发，不仅能够实现边缘智能，还能通过与云端的协同，达成云端智能，完美呈现智能驾驶和车联网等复杂综合应用效果。

从人才培养角度来看，该平台充分考虑不同层次和专业背景人才的成长需求，全面覆盖电子信息、嵌入式、物联网、人工智能、移动互联、机器人等电子信息大类专业的核心课程。无论是日常教学的知识传授，还是实践训练的技能提升，亦或是竞赛创新的能力拓展，都能全方位满足，为培养高素质的电子信息领域专业人才提供有力支撑。、

课程资源

《嵌入式MCU开发高级-RT-Thread应用开发》

《嵌入式微控制器应用开发》

《嵌入式微控制器应用开发|项目实战》

《Python编程》

《OpenCV计算机视觉应用开发》

《机器学习与应用》

《深度学习框架开发》

《人工智能应用开发实践》

硬件参数

1. 核心控制单元

(1) Arduino核心控制单元

1) 核心处理器，主频≤16MHz；

2) 内存和存储：≥256KB Flash，≥8KB SRAM；

3) 板载资源及扩展接口：1路12V供电接口、1路电源管理模块、1路12V供电接口，1路电源管理模块接口，1路硬件复位按键，2个功能按键，2个LED灯，1路任务板接口，1路循迹板接口，1路通信显示板接口，1路电机驱动板接口，1路扩展板接口，1路USB转串口。

(2) STC8A核心控制单元

1) 处理器，主频≥24MHz；

2) 内存和存储：≥64KB Flash，≥8KB RAM；

3) 支持ISP编程，支持单芯片在线仿真；

4) 板载资源及扩展接口：1路12V供电接口、1路电源管理模块、1路12V供电接口，1路电源管理模块接口，1路硬件复位按键，2个功能按键，2个LED灯，1路任务板接口，1路循迹板接口，1路通信显示板接口，1路电机驱动板接口，1路扩展板接口，1路USB转串口。

(3) 核心控制单元

1) 核心处理器，主频≤168MHz；

2) 内存和存储：≥1MB Flash，≥192KB SRAM；

3) 板载资源及扩展接口：1路12V供电接口，1路硬件复位按键，1路电源管理模块接口，4个功能按键，4个LED灯，1路任务板接口，1路循迹板接口，1路通信显示板接口，1路扩展板接口， 5路CAN总线接口，1个SD卡插槽，1路3.5寸TFT显示屏接口，1路RS485通信接口，1路4Pin串口，1路DAC接口。

2. 通信显示单元

1) OLED显示屏；

2) 2路通信模块接口，两个通信模块同时工作；

3) 板载资源及扩展接口及接口：1路电源开关、1路以太网接口、1路14Pin核心控制单元接口、2个WiFi模块重置按键、1个WiFi模块供电开关、1个ZigBee模块程序下载接口；

4) 1路WIFI通信模块：支持IEEE802.11b/g 无线标准，频率范围2.412~2.484 GHz，波特率范围 1200~115200bps；

5)1路ZigBee通信模块：采用CC2530芯片，支持2.4~2.4853G主频通信，板载OLED屏。

3. 电机驱动单元

1) 电机接口控制电路：4个电机接口，1个电机驱动接口，2个码盘接口；

2) 电源管理电路：1个12V电源接口，1个电源开关，1个电源指示灯和1路5V转3.3V电路；

3) 电机驱动电路：2路双H桥电机驱动器，每个H桥高输出电流，支持单/双刷直流电机、步进电机驱动控制；PWM控制接口；支持4V~18V的宽电源供电电压。

4. 功能扩展单元

(1) 功能扩展板

1) ≥1路6P接口

2) ≥4路3P功能扩展接口

3) ≥1路4P串口

4) ≥1路4P IIC通信接口

5) ≥1路16P核心控制单元接口

(2) 传感器单元

1) 霍尔传感器单元：

2) 火焰传感器单元

3) 红外热释电人体检测传感器单元

4) 温湿度传感器单元

5) 光照度传感器单元

6) 空气污染检测传感器单元

7) 超声波传感器单元

8) 姿态传感器单元

9) 红外测温传感器单元

10) 气压海拔检测传感器单元

11) 压力传感器单元

12) 光敏电阻传感器单元

(3) 执行器单元

1) RGB LED灯单元

2) 继电器单元

3) 直流电机单元

4) 步进电机单元

(4) 自动识别单元

5. 通信应用单元

(1) WiFi无线通信单元

1) 射频芯片；

2) 工作频段：2.4~2.4835GHz；

3) 发射功率：≥20dBm（100mW）；

4) 工作电压：3.0~3.3V

5) 支持AT指令集、服务器AT指令集，支持串口通信，支持标准的IEEE 802.11b/g/n协议和完整的TCP/IP协议栈，支持STA/AP/STA+AP工作模式、支持SmartConfig、串口透传、I/O口控制、开机透传、PWM输出等功能。

(2) 蓝牙无线通信单元:采用标准Bluetooth V4.1协议，配套上位机软件，支持AT指令配置，主从机切换，透传模式传输。

1) 主控：工作频段2379~2496MHz；

2) 工作电压：2.35~3.3V；

3) 通信接口：UART，波特率4800~256000bps。

(3) ZigBee无线通信单元:配套上位机软件，支持AT指令配置，协调器、路由器及终端设备切换，可实现单播、组播及广播模式组网，支持透传模式、半透明模式及协议模式通信。

1) 主控：≥256KB Flash，≥8KB RAM；

2) 信道：支持 11~26信道（2405~2480MHZ）；

3) 通信接口：要求提供≥1路UART接口，波特率2400~1000000bps。

6. 视觉感知单元

7. 智能控制单元

8.边缘智能处理终端

主要实验项目

1. Arduino核心板实验

(1) 轻触按键实验

(2) 流水灯实验

(3) ADC采集实验

(4) 串口通信实验

2. 核心板实验

(1) 流水灯实验

(2) 按键检测实验

(3) 定时器中断应用实验

(4) 串口通信数据收发实验

3. 核心控制单元实验

(1) 流水灯实验

(2) 按键检测实验

(3) 定时器中断应用实验

(4) PWM输出实验

(5) 外部中断应用实验

(6) 串口通信数据收发实验

(7) DMA数据传输实验

(8) 内部温度传感器实验

4. 扩展模块实验

(1) 霍尔磁场检测实验

(2) 火焰检测实验

(3) 红外热释电人体检测实验

(4) 温湿度测量实验

(5) 光照强度测量实验

(6) 空气污染检测实验

(7) 超声波测距实验

(8) 姿态检测实验

(9) 红外测温实验

(10) 大气压测量实验

(11) 压力测量实验

(12) 光强度测量实验

(13) RGB LED灯驱动实验

(14) 继电器驱动实验

(15) 直流电机驱动实验

(16) 步进电机驱动实验

(17) 13.56M RFID实验

(18) 语音识别交互控制实验

(19) 数码管驱动显示实验

(20) 点阵屏显示驱动实验

(21) WiFi无线通信数据交互实验

(22) 蓝牙无线通信数据交互实验

(23) ZigBee无线通信数据交互实验

5. 机器视觉应用实验

(1) 彩色图像采集实验

(2) 灰度图像处理实验

(3) 图像滤波实验

(4) 图像翻转实验

(5) ROI设置实验

(6) 画图画线实验

(7) 色块检测实验

(8) 阈值分割实验

(9) 标记跟踪实验

(10) 模板匹配实验

(11) 扫码识别实验

(12) 特征检测实训

(13) 人脸检测实训

(14) 人脸识别实训

2. 嵌入式系统综合应用创新实训开发装置

本装置集成了丰富的功能模块，包括数控云台摄像头、智能小车运动控制与转速自动校正单元、码盘测速单元、现场总线通信单元、RFID射频通信模块、信息显示单元、智能循迹模块、OLED显示模块、电量监测单元、WiFi通信单元、ZigBee通信单元、离线式语音识别单元、红外通信单元，以及超声波、光照强度等多种传感器单元。

装置配套提供以下开发资源包：

STM32F4开发资源包

离线式语音识别开发资源包

图像数据处理终端开发资源包

RFID开发资源包

Android应用开发资源包

图像识别与处理资源包

智能小车具备以下功能：

运动控制与转速自动校正

传感器数据采集

视频采集与处理

二维码、车牌、颜色识别

红外控制

WiFi传输

ZigBee通信

RFID射频识别

APP应用开发

装置预留了多种应用扩展接口，可实现与多种设备的互联互通，支持联网和组网控制，并兼容窄带物联网通信技术。它可作为多种教学平台使用，广泛适用于单片机、传感器、嵌入式系统、物联网、机器人、汽车电子、移动互联与智能控制等电子通信类相关专业的教学实践应用。

此外，装置满足嵌入式技术应用开发技能大赛的日常技能训练与教学需求，严格符合嵌入式技能大赛的通信协议标准。

平台还支持多门在线学习课程，提供以下课程的在线学习服务平台：

《Android AI应用与开发|项目式教学》

《Android高级程序设计》

《移动机器人自动驾驶》

《嵌入式竞赛平台应用开发》

《嵌入式竞赛平台无线组网通信》

硬件参数

1. 智能小车

(1) 车体尺寸(长X宽X高)：≥300mm×220mm×220mm；

(2) 车身采用钢制车身，全面开槽；

(3) 车身重心可自由安装和调整；

(4) 平台为四轮驱动；

(5) 车身重量≥1.8kg (含电池组)。

2. 核心控制单元

(1) 内核架构：指令集≥32位，最大工作频率168MHZ，Flash大小≥1M，≥192kB RAM 支持浮点单元 (FPU) 单精度，工作电压1.8V-3.6V；

(2) 电源管理芯片：输入电压3.5-28V，输出电压0.8~25V，输出电流最大5A，开关频率≥570KHz；

(3) CAN总线收发器：支持最大数据速率不低于1Mb/s，输入电平与3.3V和5V设备兼容，可以连接110个节点，未通电的节点不会干扰总线线路，发送数据显性超时功能，对电池和接地具有短路保护；

3. 智能显示通信单元

4. 电机单元

5. 车载供电单元

6. 智能循迹

7. 功能任务扩展单元

(1) ≥1个超声波测距模块；

(2) ≥1个光强度传感器；

(3) ≥1个光敏电阻；

(4) ≥1个红外发射模块；

(5) ≥1个智能语音识别交互模块；

(6) ≥1个900M RFID标签；

(7) ≥1个13.56M RFID读写卡模块；

(8) ≥1个蜂鸣器单元；

(9) ≥2路左右双闪LED电路；

(10) 通过16Pin（DC3-16）排线与核心控制单元相连。

8. 电机控制单元

9. 摄像头模块单元

3.智能移动小车系统

本智能移动小车是一体化智能教育平台，集成以下核心模块：

智能感知系统：可调俯仰角智能视觉摄像头模块、超声波测距单元、光照传感器、高精度测速编码器

多模态通信系统：WiFi/ZigBee双模通信、语音识别交互、红外数据传输接口

控制中枢：动态运动控制单元、实时电量监测系统、OLED信息显示终端

平台配备完整开发套件，包含：

开源硬件扩展接口板

智能视觉算法资源包（支持颜色/形状/二维码识别）

Python嵌入式开发工具链

符合全国职业院校技能大赛标准的通信协议栈

核心功能实现：

■ 多传感器数据融合采集与处理

■ 机器视觉目标识别与追踪

■ 自主导航与避障控制

■ 多设备组网协同控制

■ 无线数据中继传输

扩展教学应用：

√ 嵌入式开发：提供STM32/树莓派双开发平台

√ 工业通信协议：支持Modbus/CAN总线扩展

√ 机器人控制：配套ROS系统开发接口

√ 物联网应用：支持MQTT/CoAP协议实践

移动互联特性：

支持Android/iOS终端远程监控，提供符合工业标准的HMI人机界面，可通过4G/WiFi实现云端数据交互。系统通信协议严格对接全国职业院校技能大赛技术标准，满足"嵌入式技术应用开发"赛项实训需求。

该平台已通过教育装备认证，适用于智能制造、人工智能、物联网工程等专业领域的项目化教学，可开展从基础传感器应用到复杂机器视觉系统的阶梯式实践教学。

硬件参数

1. 车体

(1) 尺寸(长X宽X高)：≥300mm×220mm×220mm；

(2) 车身采用钢制车身，全面开槽；

(3) 车身重心可自由安装和调整；

(4) 平台为四轮驱动；

(5) 车身重量：≥1.8kg (含电池组)。

2. 控制器单元一

3. 控制器单元二

4. 智能视觉摄像头单元

5. 智能视觉摄像头俯仰角度控制单元

6. 智能显示通信单元

7. 电机单元

8. 车载供电单元

9. 任务板单元

实训项目

配套智能移动小车动作控制，自动行驶，与沙盘标志物交互控制实训。

4.物联网工程应用实训系统

本系统是基于物联网三层架构设计的综合性教学平台，涵盖感知层、网络层和应用层完整技术体系，支持智能家居、智慧农业、智能交通、智慧安防等典型应用场景的实践教学。

系统架构与功能：

感知层：集成多类型传感器节点（温湿度、光照、气体等）、RFID读写设备、执行器控制模块

网络层：支持433MHz、ZigBee、LoRa、WiFi等多种无线通信协议

应用层：提供Android应用开发平台、物联网云服务平台、可视化控制界面

核心网关：基于ARM Cortex-M4处理器，支持多协议转换与数据融合

实训功能模块：

■ 智能家居：门禁安防、环境监测、设备联动控制

■ 智慧农业：环境参数监测、灌溉控制、生长环境优化

■ 智能交通：车辆识别、流量监测、智能调度

■ 智慧安防：视频监控、入侵检测、应急联动

产品特色：

（1）教学适配性

符合物联网工程专业人才培养标准

提供阶梯式实训项目：基础→验证→设计→创新

配套完整教学资源包（实验指导书、教学视频、案例代码）

（2）技术全面性

覆盖物联网核心技术：感知、传输、处理、应用

支持主流通信协议：ZigBee/LoRa/NB-IoT/4G

提供可视化开发工具链

（3）应用实践性

真实行业应用场景还原

模块化设计支持功能扩展

支持跨平台应用开发

核心技术优势：

（1）智能无线通信系统

支持可视化节点配置

动态IO功能切换（数字输入/输出、模拟输入、PWM输出）

即插即用，无需固件更新

（2）可视化开发平台

图形化界面设计器

丰富的UI组件库

实时设备绑定与调试

零代码应用开发

（3）智能联动控制

可视化规则配置

多设备协同控制

场景化动作编排

实时状态监控

（4）多功能物联网关

多协议融合接入

数据标准化处理

开放API接口

云端数据对接

教学价值：

√ 支持物联网全栈技术实践

√ 培养工程化开发能力

√ 降低学习门槛，提升教学效率

√ 支持创新项目开发

√ 符合1+X证书考核要求

5. 教学实训云平台

随着信息技术的飞速发展，开放式实验教学作为传统模式的革新力量，正逐步成为强化实践教学、提升教学质量的关键途径。其中，“虚实结合”的教学模式作为重要趋势，有效突破了传统实验教学的局限。

针对传统嵌入式系统教学实训面临的资源稀缺、体验欠佳、过程记录与量化评估困难等问题，我们创新性地设计并开发了嵌入式系统实验课程教学云平台。

该平台通过以下策略实现了显著改进：

l 场景化对象替代模拟控制：增强学生对实验的综合理解和感知。

l 虚拟现实技术构建三维场景：实现远程实时信息反馈，提升实验体验。

l 平台开放性设计：满足新生代学习需求，随时随地通过互联网进行实验。

l 实验过程实时记录：为量化评价与教学改进提供坚实的数据支撑。

该平台采用统一的B/S架构软件系统进行高效管理，涵盖用户管理、场景配置、界面定制、通信监控、硬件调度、文档归档及实验预约等核心功能模块。学生可通过电脑终端轻松访问，选择实验场景与项目，进行实时操作并获取硬件状态反馈，最终保存实验成果。整个实验流程均在软件系统的集中控制下有序进行。

平台硬件架构由用户电脑、软件系统、服务器、工控机、检测/控制/驱动模块、场景对象及摄像头组成，实现用户、资源与场景的集成管理。通过登录软件系统，师生可根据身份选择实验场景与任务。为优化资源配置，平台支持“分时复用”策略，教师灵活规划资源使用时间，学生则按预约进行实验，既保障了资源充足性，又提升了利用效率。

此外，平台具备高度可扩展性，可根据教学需求轻松增加场景对象类型与数量，灵活调整功能，确保平台的先进性、可操作性与实现可行性并重，全面满足教学需求。

四、嵌入式实训室空间设计