多粒度虚拟实验电路构建方法技术

本发明专利技术公开了一种多粒度虚拟实验电路构建方法，包括：构建电路的元件/器件的特征库，以及电路的数据模型中各电路接口之间的数学关系类型；搭建细粒度的元件，以及描述细粒度的元件的搭建关系；计算粗粒度的器件，采用等效算法，对线路进行等效运算，构建出对应该线路的电路单元；以及，每叠加一条线路，执行一次等效运算，进行电路单元间的叠加运算；存储和管理粗粒度的器件；以及叠加粗粒度的器件；在工作区域绘制所需计算的电路原型，以得到多粒度的电路；采用XML数据格式记录元件、器件的数据及其连线的信息以建立数字线路。该方法基于数学模型、开源硬件、虚拟仿真、实物实现的多粒度无感融合的实验线路构建技术，来构建多粒度虚拟实验电路。

Circuit Construction Method of Multi-granularity Virtual Experiment

The invention discloses a method for constructing a multi-granularity virtual experimental circuit, which includes: constructing a feature library of components/devices of a circuit, and the types of mathematical relationships among circuit interfaces in the data model of the circuit; building fine-grained components and describing the relationship between fine-grained components; calculating coarse-grained components, using equivalent algorithm, performing equivalent operation on the circuit, and constructing a fine-grained component. Build the circuit unit corresponding to the line; and, each superimposed line, perform an equivalent operation, superimpose the operation between the circuit units; store and manage the coarse-grained devices; and superimpose the coarse-grained devices; draw the circuit prototype needed to calculate in the working area to obtain the multi-grained circuits; record the data of the components and devices and their connections in the XML data format. Line information is used to build digital lines. This method is based on mathematical model, open source hardware, virtual simulation, physical realization of multi-granularity and inductance-free fusion experimental circuit construction technology, to build multi-granularity virtual experimental circuit.

【技术实现步骤摘要】
多粒度虚拟实验电路构建方法
本专利技术属于模拟仿真
，具体涉及一种多粒度虚拟实验电路构建方法。
技术介绍
近几十年来，科学技术呈现爆炸式的发展，改变了很多领域的工作方式，以往人们只能够在实验室里面做实验，但自从1989年美国某教授提出虚拟实验室的概念至今，虚拟实验室得到了极大的重视，也有了很大的发展，很多传统实验室的工作内容也逐渐地转移到了虚拟实验室中。所谓虚拟实验室，即利用现有的数学建模技术、计算机仿真技术、多媒体技术、虚拟现实技术等构建一个用软件来模拟硬件设备进行实验且在计算机上运行的实验室。虚拟实验电路构建是虚拟实验室的一部分构建内容，它是将大量的虚拟电子仪器进一步地整合在同一个虚拟的平台之中，并能够在该平台内自由切换。目前多使用Multisim、Protel、MATLAB等软件系统，以及工作平台EWB(ElectronicsWorkvench)来实施应用于电子技术的仿真。此类软件提供了如万用表、功率表等大量不同型号的虚拟仪器，以及电源、基本元器件等各类的电子元器件。但是，由于电路实验的复杂性，主要还面临着以下的几个问题：1)缺乏良好的操作界面，这导致实验系统存在“认知摩擦”；2)虚拟实验系统模型不统一，导致实现条件和时间上存在差异；3)缺乏基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准；4)缺乏共用性和复用性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种多粒度虚拟实验电路构建方法，该方法基于数学模型、开源硬件、虚拟仿真、实物实现的多粒度无感融合的实验线路构建技术，来构建多粒度虚拟实验电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种多粒度虚拟实验电路构建方法，所述方法包括：S10构建电路的元件/器件的特征库，以及电路的数据模型中各电路接口之间的数学关系类型；S20搭建细粒度的元件，以及描述细粒度的元件的搭建关系；S30计算粗粒度的器件，采用等效算法，对线路进行等效运算，构建出对应该线路的电路单元；以及，每叠加一条线路，执行一次等效运算，进行电路单元间的叠加运算；S40存储和管理粗粒度的器件；以及叠加粗粒度的器件；S50在工作区域绘制所需计算的电路原型，以得到多粒度的电路；S60采用XML数据格式记录元件、器件的数据及其连线的信息以建立数字线路。一优选实施例中，所述的存储和管理粗粒度的器件，包括：以输入和输出之间在不同频率下的计算关系作为依据，对粗粒度的器件进行等效运算。一优选实施例中，所述的叠加粗粒度的器件，包括：按照串并联的要求对多个粗粒度的器件进行叠加并等效化简为单元化的器件。一优选实施例中，所述方法还包括器件的绘制步骤，包括：按照器件的线路图放置元件并连接各元件；从开路段正方向处沿该线路图依次标记节点；采用XML数据格式记录节点坐标数据，以及记录该线路图数据。一优选实施例中，所述方法还包括器件的等效步骤，包括：遍历器件中所有节点，依照顶真的原则，按顺序每两个节点为一组循环一次串并联的判断，以XML数据格式记录等效运算结果。一优选实施例中，所述方法还包括器件的叠加步骤，包括：绘制多个器件并连接各器件，进行等效运算并以XML数据格式记录等效运算结果。一优选实施例中，封装绘制出的多个器件以得到新的器件。一优选实施例中，步骤S60包括：S61测量计算多粒度的电路，对电路类型进行判断，以及进行电路的遍历计算。一优选实施例中，步骤S60还包括：S62将同步数据导入数据库。采用本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术利用数据的点特性以及连线的线段特性使图纸区域功能灵活、操作方便，后台采用XML数据格式记录当前图纸区域进行的元件/器件摆放、导线绘制及电流流动方向，这不仅可以判断所选元件/器件的串并联关系，还可以判断电势关系，同时界面直观清晰，满足用户观感要求和功能需求。2、本专利技术利用数据的点特性和连线的线段特性，可以添加连接线，可以修改连接线，更可以删除连接线。这样为其实验台界面保持其灵活性提供了方便，既可以动态地勾勒线段，又可以在需要时修改线段的属性以让其与实验台界面的总体布局保持和谐。附图说明图1为本专利技术实施例一种多粒度虚拟实验电路构建方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，本专利技术公开了一种多粒度虚拟实验电路构建方法，该方法根据电路的特征，预先在服务器端构建电路元件/器件的特征库，按照电路的电阻、电容以及电感等特性，为虚拟实验电路搭建细粒度的构建单元；对构建的单元间所显示的电流与电压之间的关系进行统计分析，得出数学关系，继而构建多粒度虚拟实验电路。示例性地，本专利技术所述的多粒度虚拟实验电路构建方法包括下述内容，本专利技术申请中使用的步骤标记S10-S70等仅为示例性标记，不限制各步骤之间顺序的调整，以及不限制步骤所包含的内容范围。S10确定电路的数据模型，通过计算得出相应的数学模型并存储在数据文件中。其中电路接口之间的数学关系如下所示：(1)电阻数学特性电阻在直流条件下，电压与电流之间呈现的是线性关系，电压与电流之间的比例关系与电阻自身的电阻特性相关；在数据存储文件中，存储电阻的阻值特性，作为表征电阻的特性的标识符。(2)电感数学特性电感在直流和交流条件下呈现不同的数学特性：在直流条件下，电感呈现导通状态，阻性显示为0；在交流的特性下，电感呈现断路状态，阻性显示为无穷大状态。(3)电容数学特性电容在直流和交流条件下呈现不同的数学特性：在交流条件下，电容呈现导通状态，阻性显示为0；在直流的特性下，电容呈现断路状态，阻性显示为无穷大状态。S20细粒度元件的搭建细粒度的元件搭建过程中，对各个细粒度的元件搭建关系进行描述。S30粗粒度的器件的计算在电路单元的构建中，每叠加一个电路，需要采用等效算法，对电路进行等效计算，随之构建一个电路单元，进而进行电路单元间的叠加运算。具体步骤包括：(1)粗粒度的器件的存储和管理将粗粒度的器件进行等效运算，以输入和输出之间在不同频率下的计算关系作为依据，进行等效运算。(2)粗粒度的器件的叠加基于与判断器件的串并联相同的功能区域，整个图纸区域为设定坐标区域。以初始化图纸中已表明的接入电源处的位置及其正负方向，作为用户绘图的参考点。接入电源处下方设置有一按钮，该按钮控制器件的等效化简。另外，图纸区域右上角存在一个按钮，标识为“叠加”，该按钮可使图纸区域内的器件等效化简成一单元整体后供用户进行拖动，按照用户串并联的要求重新进行叠加并等效化简为一个新器件单元。S40器件的绘制：用户通过触发拖动事件按照需要判断的电路图将需要的元件放置在相应的图纸区域，再通过连线事件将接入电源处与各个电路元件依照电路图进行连接，连接结束后，用户需选择左侧选择栏中的节点标记工具，从开路端正方向处开始依次标记节点，以此完成器件的电路图绘制。同时，后台采用XML数据格式记录当前节点坐标数据，并存入一项二维数组中，该图纸区域中绘制的器件的电路图数据也将被记录。以及，器件的等效：遍历该器件中所有节点，依照顶真的原则，按顺序每两个节点为一组循环一次串并联的判断：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多粒度虚拟实验电路构建方法，其特征在于，所述方法包括：S10构建电路的元件/器件的特征库，以及电路的数据模型中各电路接口之间的数学关系类型；S20搭建细粒度的元件，以及描述细粒度的元件的搭建关系；S30计算粗粒度的器件，采用等效算法，对线路进行等效运算，构建出对应该线路的电路单元；以及，每叠加一条线路，执行一次等效运算，进行电路单元间的叠加运算；S40存储和管理粗粒度的器件；以及叠加粗粒度的器件；S50在工作区域绘制所需计算的电路原型，以得到多粒度的电路；S60采用XML数据格式记录元件、器件的数据及其连线的信息以建立数字线路。

【技术特征摘要】
1.一种多粒度虚拟实验电路构建方法，其特征在于，所述方法包括：S10构建电路的元件/器件的特征库，以及电路的数据模型中各电路接口之间的数学关系类型；S20搭建细粒度的元件，以及描述细粒度的元件的搭建关系；S30计算粗粒度的器件，采用等效算法，对线路进行等效运算，构建出对应该线路的电路单元；以及，每叠加一条线路，执行一次等效运算，进行电路单元间的叠加运算；S40存储和管理粗粒度的器件；以及叠加粗粒度的器件；S50在工作区域绘制所需计算的电路原型，以得到多粒度的电路；S60采用XML数据格式记录元件、器件的数据及其连线的信息以建立数字线路。2.如权利要求1所述的多粒度虚拟实验电路构建方法，其特征在于，所述的存储和管理粗粒度的器件，包括：以输入和输出之间在不同频率下的计算关系作为依据，对粗粒度的器件进行等效运算。3.如权利要求1或2所述的多粒度虚拟实验电路构建方法，其特征在于，所述的叠加粗粒度的器件，包括：按照串并联的要求对多个粗粒度的器件进行叠加并等效化简为单元化的器件。4.如权利要求1所述的多粒度虚拟实验电路构建方...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱津津，徐垚，李亮，孟昶含，刘蔚卫，李叶辉，
申请(专利权)人：浙江传媒学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33