一种实验万用仪系统技术方案

本发明专利技术提供一种实验万用仪系统，属于应用系统开发技术领域。它解决了实验教学仪器设备管理难度大、实验教学效率低的问题。本系统包括：数据采集平台、数据应用平台和云实验管理服务器，数据采集平台通过USB中断间隔发送数据给数据应用平台，数据采集平台包括：数据采样模块、数据处理模块、ID编码管理模块；ID编码管理模块，用于对ID编码与实验个人相关联。数据应用平台包括：函数信号发生器控制模块、示波器控制模块、数据校正控制模块和ID控制模块。ID控制模块，用于比对和管理ID编号和实验者个人信息的匹配。云实验管理服务器包括：实验项目管理模块、实验报告管理模块和实验者管理模块。本发明专利技术对实验设备、教学成绩和教学效率进行有效管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用系统开发
，涉及一种实验万用仪系统。
技术介绍
目前，国内的实验教学基本都还是由传统的实验设备实现。像示波器，函数信号发生器，万用表，电源等都是实验教学中常用的教学设备。由于这些设备在实验教学中的弊端：设备价格高，数量少，不能人手拥有一整套设备，而极容易造成不是每个人都能享受到实验资源的情况，从而导致教学质量和效率的低下。另外这些仪器在实验教学的管理，实验仪器的维护、使用等其他方面也存在诸多的不便。虚拟仪表技术是近年来迅速崛起发展的一种新型技术。它充分利用了各类仪表的硬件资源和计算机资源，将测量和控制技术结合在一起，以软代硬的思想来进行设计。用集成化硬件模块进行数据采集和输出，利用计算机对复杂数学运算的处理能力，在软件端实现具有和传统仪器测量系统一样的标准和功能，硬件模块和软件的数据交互则靠各种不同类型的总线进行实现。虚拟仪器使实验教学效率大大提高，方便了实验室的管理，此外还提高了学生们提高了自主学习及动手能力。且中国专利文献公开了申请号为200710099143.2的USB测试中的信号采集装置和USB信号测试方法，该虚拟示波器及方法对USB信号输出设备的待测信号进行采集并发送到主机上进行显示。该专利技术虽然能够对待测信号的采集和电气特性分析，可以使示波器的采样时刻更加精准。但USB虚拟示波器具有数据传输滞后从而使得显示的波形图为先前某段时间的图像，且单独一种实验仪器在实验过程和管理中难度大，不能有针对性的进行有效管理。
技术实现思路
本专利技术针对现有的技术存在上述问题，提出了一种实验万用仪系统，该系统解决了实验教学仪器设备管理难度大、实验教学效率低的问题。本专利技术通过下列技术方案来实现：一种实验万用仪系统，包括：数据采集平台，用于根据需求采集实验数据并执行控制指令；数据应用平台，用于对实验数据进行显示、分析及处理，数据采集平台通过USB中断间隔发送数据给数据应用平台，其特征在于，还包括与数据应用平台无线通信的云实验管理服务器，云实验管理服务器用于学生实验项目和实验数据管理，所述数据采集平台包括：数据采样模块，用于采集示波器、电压电流表、函数信号发生器等仪表数据；数据处理模块，用于实现对采集的仪表数据存储并通过双缓存模式间隔发送数据给数据应用平台；ID编码管理模块，用于对ID编码与实验个人相关联；所述数据应用平台包括：函数信号发生器控制模块，用控制函数信号发生器的产生及输出数据值的改变，并显示输出波形信息；示波器控制模块，用于控制示波器的采样频率、信号衰减、触发电平控制和显示；数据校正控制模块，用于把前一次断电存储的数据和用户标准仪器进行对比较正参数，并把修整好的数据重新发送给数据采集平台；ID控制模块，用于比对和管理ID编号和实验者个人信息的匹配；所述云实验管理服务器包括：实验项目管理模块、实验报告管理模块和实验者管理模块；所述实验项目管理模块设置有包含若干个不同实验项目的项目库，实验者点击进入对应的实验项目进行实验；所述实验报告管理模块采集实验过程监控数据进行实验报告的生成及管理；所述实验者管理模块包括实验者编号与ID码一一对应的数据库，调用数据库确定实验者的信息并进行管理。数据采集平台应用于万用仪控制器内，万用仪具有示波器、函数信
号发生器、电压电流表、可调电源集合于一体功能，根据实验需求，只需要一个万用仪就能完成电子类课程教学实验中的多个基础实验。数据采样模块采集示波器、电压电流表、函数信号发生器等仪表数据，并通过数据处理模块存储并发送给数据应用平台。数据应用平台应用于计算机、手机、平板等。且万用仪中的数据采集平台采集控制器内的ID编码于实验者特征相关联，因每个万用仪内控制器不同则所在的ID编码具有唯一性，当ID编码于实验者特征相关联时，一个实验者对应一个万用仪，这个万用仪做的实验在数据应用平台输出时也会指定到对应的实验者的成绩中。在教学实验中一个学生一个万用仪，在任意一个相关的实验过程及结果直接对应了一个学生。因此减少了仪器设备的管理，同时也方便了实验教学成绩的管理及教学效率的提高。同时建立有云实验管理服务器，通过实验项目管理模块、实验报告管理模块和实验者管理模块进行实现，实验者通过实验项目管理模块选择自己要进行的实验项目开始实验，同时实验过程也受到对应项目要求的监视，方便了学生实验的管理；实验结束后的实验数据存储于云实验管理服务器内且由实验报告管理模块对本次的实验根据实验过程的监控数据和实验要求进行比对计算产生该次实验对应实验项目的实验报告，实验过程监控数据包括实验该项目对应的波形图像、数据、实验时间、操作点击的规范程度、实验衍生、扩展能力等进行评估实验成绩。教师通过分析实验报告指导实验问题和注意事项并管理实验者的实验成绩。且通过实验者管理模块在实验者进行实验室时通过ID码的唯一性，使得数据采集平台、数据应用平台及云实验管理服务器三者统一对应一个实验者，即学生证号确定为对应的实验者。通过云实验管理服务器实现学生实验项目，实验数据的统一管理。在上述的实验万用仪系统中，所述数据处理模块在针对示波器数据采集时采用双缓存模式进行存储并发送，所述双缓存模式为对示波器输出信号进行分段存储于两个缓存器上，两个缓存器发送信号和存储信息交替循环进行，即在运行过程中一个缓存器存储好一段波形信息后马上
发送出去，而另一个缓存器在存储另一段相邻的波形信息，存储后发送出去，两个缓存器进行循环存储和发送，保证一个缓存器在存储，另一缓存器在发送。USB虚拟示波器最大缺点主要是不连续采样，造成显示失真。这里通过双缓存模式减少数据读取和采样时间，增强实验数据结果的真实性，防止失真。在上述的实验万用仪系统中，所述数据校正控制模块包括示波器校正单元，示波器校正单元通过将函数信号发生器输出端接入外接示波器上，确认外部连线后进行校正。这里直接通过函数信号发生器实现示波器的全部校正，由万用仪内部数据相互之间实现校正。使得这些数据进行标准数据的调整，提高显示数据波形的真实性。在上述的实验万用仪系统中，所述示波器校正单元还通过观察外接示波器上的VPP和中心偏移量并填入对应框中，确认后对某个参数进行校正。示波器校正单元第二种校正方式是部分校正，通过VPP和中心偏移量手动有针对性的进行参数调整。精细数据校正步骤及细节提高数据校正能力。从而进一步提高显示数据波形的真实性。在上述的实验万用仪系统中，所述数据校正控制模块还包括函数信号发生器校正单元，所述函数信号发生器校正单元通过将示波器通道输入口连接到函数信号发生器接口，确认连接后进行校正。这里通过示波器通道的数据对函数信号发生器进行校正，由万用仪内部数据相互之间实现校正。使得这些数据进行标准数据的调整，提高显示数据波形的真实性。在上述的实验万用仪系统中，所述示波器控制模块包括示波器数据处理单元，所述示波器数据处理单元对采集的数据根据不同时基档位，在时间轴上做采样、内插处理，在幅度上做缩放处理，并用测量函数计算函数数据的特征值。这里保证示波器从数据采集平台到数据应用平台按照要求进行显示，且最终显示的示波器图形的显示段落波形更真实。在上述的实验万用仪系统中，所述示波器控制模块还包括图形显示单元、示波器控制面板，通过示波器控制面板控制图形显示单元显示波...

【技术保护点】
一种实验万用仪系统，包括：数据采集平台(1)，用于根据需求采集实验数据并执行控制指令；数据应用平台(3)，用于对实验数据进行显示、分析及处理，数据采集平台(1)通过USB中断(2)间隔发送数据给数据应用平台(3)，其特征在于，还包括与数据应用平台(3)无线通信的云实验管理服务器(5)，云实验管理服务器(5)用于学生实验项目和实验数据管理，所述数据采集平台(1)包括：数据采样模块(11)，用于采集示波器(41)、电压电流表(42)、函数信号发生器(43)等仪表数据；数据处理模块(12)，用于实现对采集的仪表数据存储并通过双缓存模式间隔发送数据给数据应用平台(3)；ID编码管理模块(13)，用于对ID编码与实验个人相关联；所述数据应用平台(3)包括：函数信号发生器控制模块(32)，用控制函数信号发生器(43)的产生及输出数据值的改变，并显示输出波形信息；示波器控制模块(31)，用于控制示波器(41)的采样频率、信号衰减、触发电平控制和显示；数据校正控制模块(33)，用于把前一次断电存储的数据和用户标准仪器进行对比较正参数，并把修整好的数据重新发送给数据采集平台(1)；ID控制模块(34)，用于比对和管理ID编号和实验者个人信息的匹配；所述云实验管理服务器(5)包括：实验项目管理模块(51)、实验报告管理模块(52)和实验者管理模块(53)；所述实验项目管理模块(51)设置有包含若干个不同实验项目的项目库，实验者点击进入对应的实验项目进行实验；所述实验报告管理模块(52)采集实验过程监控数据进行实验报告的生成及管理；所述实验者管理模块(53)包括实验者编号与ID码一一对应的数据库，调用数据库确定实验者的信息并进行管理。...

【技术特征摘要】
1.一种实验万用仪系统，包括：数据采集平台(1)，用于根据需求采集实验数据并执行控制指令；数据应用平台(3)，用于对实验数据进行显示、分析及处理，数据采集平台(1)通过USB中断(2)间隔发送数据给数据应用平台(3)，其特征在于，还包括与数据应用平台(3)无线通信的云实验管理服务器(5)，云实验管理服务器(5)用于学生实验项目和实验数据管理，所述数据采集平台(1)包括：数据采样模块(11)，用于采集示波器(41)、电压电流表(42)、函数信号发生器(43)等仪表数据；数据处理模块(12)，用于实现对采集的仪表数据存储并通过双缓存模式间隔发送数据给数据应用平台(3)；ID编码管理模块(13)，用于对ID编码与实验个人相关联；所述数据应用平台(3)包括：函数信号发生器控制模块(32)，用控制函数信号发生器(43)的产生及输出数据值的改变，并显示输出波形信息；示波器控制模块(31)，用于控制示波器(41)的采样频率、信号衰减、触发电平控制和显示；数据校正控制模块(33)，用于把前一次断电存储的数据和用户标准仪器进行对比较正参数，并把修整好的数据重新发送给数据采集平台(1)；ID控制模块(34)，用于比对和管理ID编号和实验者个人信息的匹配；所述云实验管理服务器(5)包括：实验项目管理模块(51)、实验报告管理模块(52)和实验者管理模块(53)；所述实验项目管理模块(51)设置有包含若干个不同实验项目的项目库，实验者点击进入对应的实验项目进行实验；所述实验报告管理模块(52)采集实验过程监控数据进行实验报告的生成及管理；所述实验者管理模块(53)包括实验者编号与ID码一一对应的数据库，调用数据库确定实验者的信息并进行管理。2.根据权利要求1所述的实验万用仪系统，其特征在于，所述数据处理模块(12)在针对示波器(41)数据采集时采用双缓存模式进行存储并发送，所述双缓存模式为对示波器(41)输出信号进行分段存储于两个缓存器上，两个缓存器发送信号和存储信息交替循环进行，即在运行过程中一个缓存器存储好一段波形信息后马上发送出去，而...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷必成，陈月芬，赖俊杰，刘涛，李军军，吴晨涛，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33