虚拟实验室软件设计说明书

虚拟实验室软件设计说明书版本：V1.0虚拟实验室视软件V1.0目^TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1．虚拟实验室软件概述 3\o"CurrentDocument"1.1虚拟实验室软件功能介绍 3\o"CurrentDocument"1.2虚拟实验室系统设计指标 3\o"CurrentDocument"2．虚拟实验室系统设计方案 3\o"CurrentDocument"3．虚拟实验室软件设计 4\o"CurrentDocument"3.1软件概述 4\o"CurrentDocument"3.2软件程序设计 53.3系统程序结构 53.4虚拟实验室软件通信协议 7\o"CurrentDocument"4．虚拟实验室硬件设计 84.1硬件主控器 91.1.虚拟实验室软件概述虚拟实验室软件功能介绍虚拟实验室是一种电子类模拟仿真实验，本设计使用电脑与WIFI相结合的方式，使用计算机的3D绘图软件来建立仪器模型，然后导入unity3当中建立虚拟实验场景，通过电脑操作与单片机进行无线通讯进行全方位的模型展示。学生通过打开软件进入虚拟页面，然后准备好硬件，一切准备就绪，就可以进行仿真实验。虚拟实验室计指标序号类别描述1工作电压5V2尺寸(mm)181*1083分辨率800x4804工作温度-40°Cto80°C5通信方式esp8266串口通信协议6产品特性1、 有效查看软件上虚拟物体的动作情况2、 触摸屏操作，简单方便3、 串口通信协议，传输稳定可靠(1)利用Solidworks对教学仪器进行建模，将建模的图形导入3Dmax进行图像渲染，最后将渲染好的3D图形导入Unity3D中然后在unity中进行场景编程。(2)使用unity3d软件与下位机进行通讯，获得接口的电平数据。将下位机的发送的数据进行处理，并控制虚拟的教仪模型进行相关的控制。下位机使用STM32实现对接口电平的实时准确的采集，并且能够实现对电压电流等模拟量的AD转换并发送给上位机。2.虚拟实验室设计方案虚拟实验室软件以unity3D为基础的开发的学习软件，通过ARMCortex-3架构的STM32F103C8T6为核心组成控制端主机单元，配置7寸液晶触摸屏，用于进行软件与硬件的WIFI串口通讯。从而达到以下学习目的：帮助学习stm32单片机以及单片机串口通讯的目的。学会在以unity3d为开发平台的基础上用C#来编写虚拟实验室软件。学会用UG或者Solidworks或者3dmax绘图软件来进行建立虚拟模型。3．虚拟实验室设计3.1软件概述虚拟实验室软件主要针对unity3D为基础用c#编写程序，服务器数据交互主要使用Java语言进行服务器的搭建，通过硬件端连接服务器使其可以通过无线进行数据交互。串口通讯交互界面的设计，视软件的人机交互界面设计共包括：进入界面、一级操作界面以及二级操作界面。一级操作界面包括参数显示、自动模式、手动模式、系统说明等几个主要界面，其人机交互界面层次关系图如图3-1所示：图3-1无线交互界面层次关系图软件程序设计软件开发环境为unity3d(1)系统初始化系统上电后首先完成处理器的初始化，对所用到的中断、定时器、串口、I/O

进行配置，完成系统本身对MCU的要求。（2） 串口屏用户进行登录操作系统上电初始化之后，需要验证用户才能进行对虚拟实验室学习操作。（3） 连接服务器当硬件端全部初始化完毕，需要串口屏发送指令连接服务器，待用户验证成功且服务器连接成功后才可进行实验。（4）串口通信主控制器与触摸屏之间进行串口通信，数据将通过串口发送到WIFI模块，通过WIFI模块直连服务器，完成数据的上传与指令的下发。3.3系统程序结构串口屏的设计按功能程序模块主要包括开机画面、主窗口控制台、实验窗口。（1）开机画面系统上电后，主程序首先进行初始化，然后进入开机画面，如图3-2所示：诘正嗚输入比二老和帝码，否回无法背陆 幵左者图3-2开机画面诘正嗚输入比二老和帝码，否回无法背陆 幵左者图3-2开机画面（2）主窗口点击开机画面上的“登录”按钮，就可以进入主窗口画面，如图3-3所示

姦和邃入膚抵克竝室终餾一一T'OTZ温鑿提示：谙确空服务器连接成功再进人扬是，否则无效图3-3主窗口画面（3）各实验窗口虚拟实验室实验可包含许多，只列出三个模拟实验作为示例。车床实验，如图3-4所示：图3-4电动机实验窗口交通灯实验，如图3-5所示：

图3-5交通灯实验窗口电动机实验，如图3-6所示：嵋浊正转 快边正轻近回主控制台图3-6电动机实验窗口3.4虚拟实验室软件通信协议命令1:数据上传协议控制流向：主机－>>下位机单元协议格式：

登录进入实验控制0xfd0xfX/0xfX/0xfX0xXX命令2:环境参数设置命令控制流向：下位机单元－>>主机协议格式：服务器连接成功字符串：CONNECT4．虚拟实验室硬件设计（1）硬件主控制器：主控制器选用具有STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，需要电压2V〜3.6V,工作温度为-40°C〜85°C。该处理器拥有MMU（内存管理单元），3路UART，SD主机和MMC接口以及大量的通用I/O端口，其主控制器