虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件設(shè)計(jì)說明書

虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件設(shè)計(jì)說明書版本：V1.0虛擬實(shí)驗(yàn)室視軟件V1.0目^TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1．虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件概述 3\o"CurrentDocument"1.1虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件功能介紹 3\o"CurrentDocument"1.2虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo) 3\o"CurrentDocument"2．虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3\o"CurrentDocument"3．虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"3.1軟件概述 4\o"CurrentDocument"3.2軟件程序設(shè)計(jì) 53.3系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 53.4虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件通信協(xié)議 7\o"CurrentDocument"4．虛擬實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)計(jì) 84.1硬件主控器 91.1.虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件概述虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件功能介紹虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種電子類模擬仿真實(shí)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)使用電腦與WIFI相結(jié)合的方式，使用計(jì)算機(jī)的3D繪圖軟件來建立儀器模型，然后導(dǎo)入unity3當(dāng)中建立虛擬實(shí)驗(yàn)場景，通過電腦操作與單片機(jī)進(jìn)行無線通訊進(jìn)行全方位的模型展示。學(xué)生通過打開軟件進(jìn)入虛擬頁面，然后準(zhǔn)備好硬件，一切準(zhǔn)備就緒，就可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室計(jì)指標(biāo)序號類別描述1工作電壓5V2尺寸(mm)181*1083分辨率800x4804工作溫度-40°Cto80°C5通信方式esp8266串口通信協(xié)議6產(chǎn)品特性1、 有效查看軟件上虛擬物體的動作情況2、 觸摸屏操作，簡單方便3、 串口通信協(xié)議，傳輸穩(wěn)定可靠(1)利用Solidworks對教學(xué)儀器進(jìn)行建模，將建模的圖形導(dǎo)入3Dmax進(jìn)行圖像渲染，最后將渲染好的3D圖形導(dǎo)入Unity3D中然后在unity中進(jìn)行場景編程。(2)使用unity3d軟件與下位機(jī)進(jìn)行通訊，獲得接口的電平數(shù)據(jù)。將下位機(jī)的發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并控制虛擬的教儀模型進(jìn)行相關(guān)的控制。下位機(jī)使用STM32實(shí)現(xiàn)對接口電平的實(shí)時準(zhǔn)確的采集，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對電壓電流等模擬量的AD轉(zhuǎn)換并發(fā)送給上位機(jī)。2.虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)方案虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件以unity3D為基礎(chǔ)的開發(fā)的學(xué)習(xí)軟件，通過ARMCortex-3架構(gòu)的STM32F103C8T6為核心組成控制端主機(jī)單元，配置7寸液晶觸摸屏，用于進(jìn)行軟件與硬件的WIFI串口通訊。從而達(dá)到以下學(xué)習(xí)目的：幫助學(xué)習(xí)stm32單片機(jī)以及單片機(jī)串口通訊的目的。學(xué)會在以unity3d為開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上用C#來編寫虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件。學(xué)會用UG或者Solidworks或者3dmax繪圖軟件來進(jìn)行建立虛擬模型。3．虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)3.1軟件概述虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件主要針對unity3D為基礎(chǔ)用c#編寫程序，服務(wù)器數(shù)據(jù)交互主要使用Java語言進(jìn)行服務(wù)器的搭建，通過硬件端連接服務(wù)器使其可以通過無線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。串口通訊交互界面的設(shè)計(jì)，視軟件的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)共包括：進(jìn)入界面、一級操作界面以及二級操作界面。一級操作界面包括參數(shù)顯示、自動模式、手動模式、系統(tǒng)說明等幾個主要界面，其人機(jī)交互界面層次關(guān)系圖如圖3-1所示：圖3-1無線交互界面層次關(guān)系圖軟件程序設(shè)計(jì)軟件開發(fā)環(huán)境為unity3d(1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后首先完成處理器的初始化，對所用到的中斷、定時器、串口、I/O

進(jìn)行配置，完成系統(tǒng)本身對MCU的要求。（2） 串口屏用戶進(jìn)行登錄操作系統(tǒng)上電初始化之后，需要驗(yàn)證用戶才能進(jìn)行對虛擬實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)操作。（3） 連接服務(wù)器當(dāng)硬件端全部初始化完畢，需要串口屏發(fā)送指令連接服務(wù)器，待用戶驗(yàn)證成功且服務(wù)器連接成功后才可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（4）串口通信主控制器與觸摸屏之間進(jìn)行串口通信，數(shù)據(jù)將通過串口發(fā)送到WIFI模塊，通過WIFI模塊直連服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)的上傳與指令的下發(fā)。3.3系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)串口屏的設(shè)計(jì)按功能程序模塊主要包括開機(jī)畫面、主窗口控制臺、實(shí)驗(yàn)窗口。（1）開機(jī)畫面系統(tǒng)上電后，主程序首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入開機(jī)畫面，如圖3-2所示：詰正嗚輸入比二老和帝碼，否回?zé)o法背陸 幵左者圖3-2開機(jī)畫面詰正嗚輸入比二老和帝碼，否回?zé)o法背陸 幵左者圖3-2開機(jī)畫面（2）主窗口點(diǎn)擊開機(jī)畫面上的“登錄”按鈕，就可以進(jìn)入主窗口畫面，如圖3-3所示

姦和邃入膚抵克竝室終餾一一T'OTZ溫鑿提示：諳確空服務(wù)器連接成功再進(jìn)人揚(yáng)是，否則無效圖3-3主窗口畫面（3）各實(shí)驗(yàn)窗口虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)可包含許多，只列出三個模擬實(shí)驗(yàn)作為示例。車床實(shí)驗(yàn)，如圖3-4所示：圖3-4電動機(jī)實(shí)驗(yàn)窗口交通燈實(shí)驗(yàn)，如圖3-5所示：

圖3-5交通燈實(shí)驗(yàn)窗口電動機(jī)實(shí)驗(yàn)，如圖3-6所示：嵋濁正轉(zhuǎn) 快邊正輕近回主控制臺圖3-6電動機(jī)實(shí)驗(yàn)窗口3.4虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件通信協(xié)議命令1:數(shù)據(jù)上傳協(xié)議控制流向：主機(jī)－>>下位機(jī)單元協(xié)議格式：

登錄進(jìn)入實(shí)驗(yàn)控制0xfd0xfX/0xfX/0xfX0xXX命令2:環(huán)境參數(shù)設(shè)置命令控制流向：下位機(jī)單元－>>主機(jī)協(xié)議格式：服務(wù)器連接成功字符串：CONNECT4．虛擬實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)計(jì)（1）硬件主控制器：主控制器選用具有STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V?3.6V,工作溫度為-40°C?85°C。該處理器擁有MMU（內(nèi)存管理單元），3路UART，SD主機(jī)和MMC接口以及大量的通用I/O端口，其主控制器