智能电子创客创新设计和仿真平台

创客是一群坚守创新,持续实践,乐于分享并且追求美好生活的人。近年来,创客文化在高校兴起,也得益于学校的重视和顺应科技创新发展的潮流,投入大量的人力物力去建立创客空间和创客创新中心。
创客的核心是创新、实践和分享。追求创新,需要创意者,他们是创客中的精灵,他们善于发现问题,并找到改进的办法,将其整理归纳为创意和点子,从而不断创造出新的需求。
进行实践,需要设计者,他们是创客中的魔法师,他们可以将一切创意和点子转化为详细可执行的图纸或计划。
进行实践,还需要实施者,他们是创客中的剑客,没有他们强有力的行动,一切只是虚幻泡影,而他们高超的剑术,往往一击必中,达成目标。

Proteus软件是进行智能电子创客实践活动的最佳平台工具。

这是因为,Proteus软件既能是行创意设计、绘制图纸的理想平台,也是进行创意实践、快速建立原型的完美工具,它能仿真一个完整的智能电子系统,验证创意产品的功能。智能电子使用模块化的思维来设计产品,通过电路模块化,程序模块化来简化智能电子产品的设计过程,使用户更关注智能的实现,而不探究电路和程序的细节,能够快速低成本地完成智能产品的原型。

Proteus支持世界上最流行的两大智能电子开源平台的仿真,即Arduino和树莓派,并支持可视化设计编程技术和C/C++/Python编程技术,最大限度地降低创客实践的门槛。

Proteus VSM for Arduino™ AVR

它包含在Proteus VSM for AVR或Visual Designer for Arduino™模块当中;支持Arduino™ AVR 系列的ATMEGA168、ATMEGA328和ATMEGA2560处理器模型。

库文件包含几十种Arduino™扩展板电路,包括常用显示器、按钮、开关、传感器和电机,以及更强大的器件如TFT显示屏和SD卡。用户还可以根据设计的需求,自行绘制扩展板电路。

Proteus VSM环境,支持使用C/C++语言对Arduino™ AVR核心进行开发;提供源码级的调试功能;并将Arduino™工具链无缝集成到VSM Studio中。

Visual Designer for Arduino™

Visual Designer for Arduino™是Proteus 8.5推出的基于Arduino™ AVR处理器并集成了虚拟硬件库的流程图编程环境,中文名称是Arduino可视化设计。Arduino可视化设计将世界级的Proteus VSM仿真与易于操作的流程图编辑器集成在一起,为Arduino提供真正集成和直观的开发环境。

模型特点:

  • 包含上百款Arduino功能扩展板和Grove模块,以保证“乐高”化的设计方式。
  • 在图库窗口中选中模块,然后能自动放置在原理图上,并能自动将Grove模块分配给接口;
  • 驱动程序API提供抽象化的概念使初学者能够理解复杂的外设;
  • 进阶用户还可以自行创建新的板块。
  • 尽量减少编程过程中的打字输入,用户只需要了解流程图布局,确保其软件设计的逻辑呈现,即可进行程序设计。
  • 在仿真时以本地速率执行真正的AVR机器码;
  • 可部署在Uno、Mega和Leonardo板块上,并支持输入/输出、定时器和中断功能。

Visual Designer for Raspberry Pi

Visual Designer for Raspberry Pi是Proteus 8.8推出的世界上第一款树莓派系统设计、仿真和调试软件模块。Labcenter设计了大量的树莓派扩展板(虚拟硬件库)供用户直接用于原理图设计,并集成了简单易用的流程图可视化编程环境,支持使用Python高级语言直接控制硬件,让创客创新开发变得非常简单。

模型特点:

  • 支持大量的虚拟硬件外设,包括8款Hats扩展板、21款Grove扩展板和12款Breakout扩展板;
  • 支持流程图可视化编程,入门简单,也可切换为Python编程模式,实现更高级功能。
  • 使用Python编程,支持大量的Python函数库,包括smbus、pygame、wiringpi、GPIO、spidev等。
  • 支持系统仿真和调试,让创意设计在没有真实硬件的情况下也可动态展现。
  • 支持把目标程序一键配置到真实硬件,快速完成创意原型的设计。
  • 适用于树莓派作为嵌入式应用开发使用,但不支持Linux命令、文件系统等,不适合于人工智能等需要大量计算的应用。

智能小车仿真模型

在Proteus 8.6版本中,新加入了两个智能小车的仿真模型。Proteus的智能小车仿真模型是个用于教学和嵌入式控制的工具。它已集成在Proteus Visual Designer之中,这意味着学生能够以流程图或Arduino C++程序的方式创建智能小车固件,在这两种情况下都提供了一个函数库,协助控制智能小车。学生可以在Proteus 的仿真环境下运行智能小车模型,而且支持自定义地图,让智能小车进行寻迹或迷宫逃脱挑战。学生可以快速创建和部署简单的图形文件(PNG)包含地图、障碍或迷宫,并改变寻迹或迷宫挑战地图的难度。

模型特点:

  • 在虚拟环境中智能小车意味着学生可以独立工作,而不需要在教室中分享稀缺的硬件资源或空间。它还隔绝了来自真实世界的影响;例如,教室中充满使用超声波测距传感器的智能小车将造成混乱。
  • 学生可以通过将仪器(例如示波器)放置在原理图上并进行测量来深入了解所涉及的电子器件。
  • 由于Proteus仿真与真正的Arduino使用完全相同的HEX文件,因此,可将程序编译到物理智能小车上。这使他们能够测试程序是否考虑了机械力,如动量和惯性,并在现实中观察他们的算法。

教育进阶路线图:

设计过程中,软件能将流程设计转换为源代码命令,允许学生看到他们的流程图是如何在代码中表示的;让初学者自然地从流程图编辑向代码编程过渡。学生还可以继续在Proteus VSM工作环境下用“C++”或汇编语言对同一个硬件进行编程。

阶段一 VISUAL  DESIGNER

初学者可以在Visual Designer环境中创建,部署,编译,调试流程图。

阶段二 ARDUINO CPU + SHIELDS

Visual Designer使用标准的Arduino CPU,各种可作为编程控制的外设模块。中年级的学生可以将流程图转换为源代码, 看看他们的流程图如何在代码中表示的。

阶段三 PROTEUS VSM

高年级的学生可以在Proteus VSM Studio环境下用汇编语言、”C”或者”C++” 语言对8bit、16bit或32bit的处理器进行编程和外围电路的设计与控制。

物联网可视化设计 Proteus IoT Builder

Proteus IoT Builder是一款独创的物联网仿真产品,它可以仿真基于PlayKit UNO、Arduino™ Yun和树莓派 3B+搭建的物联网节点设备,通过移动设备(如手机),可以快速轻松地访问和控制远程节点。IoT Builder使用面板编辑器来快速创建远程控制界面,使用流程图来编写应用逻辑。

完整的物联网设计流程:

  • 使用PlayKit UNO、Arduino Yun和树莓派3B+来创建新的流程图工程;
  • 通过向原理图添加外围设备来设计电路原理图,搭建物联网应用节点;
  • 通过添加和配置IoT控件来创建您的远程控制界面;
  • 使用Visual Designer流程图编程、Arduino C或Python代码编写应用逻辑,链接控制界面和硬件;
  • 使用Proteus软件的IoT Builder仿真功能,调试整个物联网系统;
  • 一键部署到硬件并通过手机或平板电脑控制模拟或真实的硬件

丰富的前面板控件:

前面板是我们移动终端的控制界面,IoT Builder的前面板编辑器中预设了过百种不同主题风格的IoT控件。包括按钮、开关、显示屏、滑块、时钟和各种用于数据统计的图表,用户能够自由选取并编辑,来设计专属的前面板样式。例如,对于天气监测方面的项目,用户可以选用统计图表或风玫瑰控件,直观显示气象状态。

IoT Builder的前面板编辑器支持用户新建或进一步定制面板和控件,用户可以使用任何通用的SVG编辑器编辑面板文件,并添加到IoT Builder的前面板编辑器中。

灵活的编程方式:

IoT Builder能支持Visual Designer流程图编程的方式进行物联网应用开发,有利于初学者快速实现物联网项目。对于更高级的用户,IoT Builder也支持直接使用C/C++/Python进行编程,这使得该物联网系统具有更强的可编程性与可扩展性。

使用IoT Builder的意义:

在Proteus IoT Builder出现之前,物联网在课堂上的教与学需要很高的技巧,否则,有可能让物联网课程完全变成理论课,这是因为物联网课程的实践环节需要对节点、网关和网络连接设备进行非常复杂的重新配置,才能使整个物联网系统能够正常工作。而修改节点或网关程序,修改配置文件,需要大量的嵌入式编程和网络编程知识,这大大降低了可实践性。一旦某些节点或网关或网络连接设备程序修改出错或配置错误,则可能导致整个系统不工作,让授课老师非常头疼,这使得学生不敢做任何的实践操作,从而使得物联网课程变成理论课。

Proteus IoT Builder正是为解决此问题而生,它基于各种开源硬件(如Arduino,PlayKit UNO,树莓派等),使用端到端的流程来设计物联网应用,它不需要学生掌握HTML/JavaScript/Python和TCP/IP的知识就可以设计远程控制面板。它使用面板编辑器来绘制控制面板,使用流程图或C/Python调用来编写功能逻辑和用户接口。因此,Proteus IoT Builder非常适合于物联网应用原理的教学,也非常适合于物联网应用快速原型的设计开发。