一种基于物联网技术的教学实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网技术的教学实验系统，包括控制器管理模块和控制器模块，所述控制管理模块的输出端与控制器模块相连接，所述控制器模块的输出端分别与虚拟器件库、电路故障诊断模块和可视化交互界面相连接，所述控制器模块包括嵌入式控制器和PLC控制器，所述嵌入式控制器通过SPI总线与PLC控制器相连接，所述控制管理模块包括Labview控制模块，所述Labview控制模块的数据端与数据采集卡相连接，所述控制管理模块的输出端通过局域网络与系统服务器相连接，该实验系统不仅能满足物联网技术教学的应用，也能满足学生的课程设计等课外实践活动的需要，有利于培养学生的自主学习能力和创新精神。

A teaching experiment system based on the technology of Internet of things

The invention discloses a teaching experiment system based on IOT technology, including controller management module and controller module, the output end of the control module and controller module is connected with the output end of the controller module are respectively connected with the virtual device library, circuit fault diagnosis module and visualization interface of the controller is. The module includes an embedded controller and PLC controller, the embedded controller is connected by SPI bus and PLC controller, the control module includes Labview control module, the control module of Labview data terminal and data acquisition card is connected with the output end of the control module through the local area network and system server connected to the the experimental system can not only meet the application of networking technology teaching, can also meet the students' course design and extracurricular activity The need of movement is conducive to the cultivation of students' self-learning ability and innovative spirit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网技术的教学实验系统
本专利技术涉及物联网应用
，具体为一种基于物联网技术的教学实验系统。
技术介绍
物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网有许多广泛的用途，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。在全国高等院校计算机科学与技术专业和电子信息类专业中，已普遍开设了教学实验系统的课程。《单片机技术》，《单片机原理与接口技术应用》等课程作为工科专业的必修专业基础课，对教学提出了较高的要求，尤其是实践教学环节。教学实验系统的教学必须要有一定课时和高质量的实验课程来配合理论课的教学，只有这样才能使学生更好的掌握单片机的开发，提高动手实践的能力，培养创新精神，但是目前，我国高等院校在基于物联网的教学过程中还是普遍存在着一些问题的，这也制约和限制了对单片机开发人才的培养速度。在教学工程中存在的问题主要集中在以下这几个方面：(1)教学实验课程以理论讲解为主。整个学期的大部分时间都是老师在讲授物联网以及操作的理论知识，学生虽然也能听懂，但是往往是一知半解，学完以后对物联网教学系统的概念还是很模糊，要求学生独立开发程序就更是不可能完成的任务；(2)学校实验室资源有限。因为基于物联网的教学实验系统的价格还是比较昂贵的，所以目前高校的教学实验室配置资源很有限，不能满足学生自主学习的要求；(3)在目前这样的情况下，构建一个低成本，源代码开放，并且具有完整电路原理图的教学实验系统是非常有必要的。首先这套系统可以严格的控制生产成本，使实验室的设备投资大幅下降，可以引进更多的实验设备，满足每个学生做实验时可以人手一套；其次也可以根据学校和学生的实际情况更灵活的安排教学的内容，使理论和实践的结合更加紧密；最终达到培养学生的自主学习能力和创新精神的目的，对物联网开发方面人才的培养和实践教学的革新具有重大意义。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种基于物联网技术的教学实验系统，由硬件和软件两部分组成，硬件部分根据学生的实际情况和生产成本的要求开发了相应的接口电路，同时也将控制器的全部管脚资源引出，利于学生自己开发扩展，软件部分设计了适合学生实践的源代码，该实验系统不仅能满足物联网激技术教学的应用，也能满足学生的课程设计等课外实践活动的需要，有利于培养学生的自主学习能力和创新精神，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网技术的教学实验系统，包括控制器管理模块和控制器模块，所述控制管理模块的输出端与控制器模块相连接，所述控制器模块的输出端分别与虚拟器件库、电路故障诊断模块和可视化交互界面相连接，所述控制器模块包括嵌入式控制器和PLC控制器，所述嵌入式控制器通过SPI总线与PLC控制器相连接，所述嵌入式控制器的输出端通过无线收发器与信息传播模块相连接，所述嵌入式控制器的输入端连接有UART接口和RS232接口，所述嵌入式控制器的双向端口通过控制线A/D转换器相连接，所述A/D转换器的输出通过差动变压器的与交流伺服电机相连接，所述交流伺服电机的输出端与显示幕布相连接，所述显示幕布的驱动端与驱动器相连接，所述驱动器的控制端与嵌入式控制器相连接，所述控制管理模块包括Labview控制模块，所述Labview控制模块的数据端与数据采集卡相连接，且在Labview控制模块的数据端还连接有数据处理模块，所述控制管理模块的输出端通过局域网络与系统服务器相连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述系统服务器的数据端通过局域网络与数据库相互交换，所述数据库采用交互式数据库结构模式。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述PLC控制器的信号端设置有通信接口和拓展接口，且PLC控制器的数据端与数据存储器相连接，所述PLC控制器的信号端还连接有输入单元和输出单元。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述输入单元的信号端与多路模拟信号输入模块相连接，所述输出单元的信号端与多路模拟信号输出模块相连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述多路模拟信号输入模块包括控制单元和预处理电路，所述控制单元内部设置有地址译码电路，所述控制单元的输出端通过控制线与多路转换开关相连接，所述预处理电路的信号输出端与多路转换开关的控制端相连接，所述多路转换开关的输出端通过CRC校验算法与数据转换器相连接，所述数据转换器的输出端通过光电隔离器与数据驱动器相连接，所述数据驱动器的控制端与控制单元相连接，所述控制单元的信号端与嵌入式控制器相连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述数据驱动器的输出端与总线驱动模块相连接，所述总线驱动模块的输出端通过PLC总线与PLC控制器相连接，所述控制单元的输出端还通过中间寄存器与总线驱动模块相连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述Labview控制模块的输出端与可视化交互界面相连接，所述可视化交互界面的输出端通过开/闭环控制模块和光电传感器与运动控制器相连接，所述运动控制器的输出端与PLC控制器相连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述嵌入式控制器的信号端还连接有运动控制单元，所述运动控制单元包括伺服控制模块、步进控制模块、随动控制模块和电感式位置传感器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的系统硬件接口比较丰富，完全能够满足控制器模块实验教学的需求。本实验系统提供了大量的实验项目供教师选择，开展不同层次的实验教学，能使教师更好的开展实验教学，使学生能够更好的掌握基本的开发技术，而且本系统提供了相应的所有电路原理，使学生在学习时对硬件电路的分析更加清晰，能够全面提高电路设计的能力，并且所配套的实验都有相应的C语言和汇编语言的源代码，可以供学生参考修改程序；(2)本专利技术通过控制器模块控制虚拟器件库，用软件来模拟真实的物理器件，使之能在虚拟实验环境中替代真实的器件进行实验，利用个人计算机强大的数据处理能力，图形生成和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性能的虚拟控制面板，完成对虚拟器件的控制、处理结果分析与显示，实现完全由用户定义、适合不同应用环境的各种功能。整个虚拟器件完全由软件实现，开发者可以通过修改软件，方便的改变或增减虚拟器件的功能和规模，甚至改变器件的性质，供学生实现实践过程，能够根据虚拟软件将操作处理过程的数据或者编程进行仿真得以验证，提高了学生的实践能力，且器件的虚拟控制面板比实际物理器件的操作控制面板功能更强大，更能满足不同用户的不同需求或同一用户的不同需求。(3)本专利技术的操作系统主要先通过可视化界面对数据参数进行修改，再将控制器模块的控制系统进行编程控制，利用虚拟器件库内部的虚拟设备搭建硬件平台，并且使用外设接口对硬件平台进行仿真，通过无线收发器将仿真数据同步到服务器上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网技术的教学实验系统，其特征在于：包括控制器管理模块(1)和控制器模块(2)，所述控制管理模块(1)的输出端与控制器模块(2)相连接；所述控制器模块(2)的输出端分别与虚拟器件库(5)、电路故障诊断模块(6)和可视化交互界面(103)相连接，所述控制器模块(2)包括嵌入式控制器(200)和PLC控制器(201)，所述嵌入式控制器(200)通过SPI总线(202)与PLC控制器(201)相连接，所述嵌入式控制器(200)的输出端通过无线收发器(203)与信息传播模块(204)相连接，所述嵌入式控制器(200)的输入端连接有UART接口(205)和RS232接口(206)，所述嵌入式控制器(200)的双向端口通过控制线A/D转换器(207)相连接，所述A/D转换器(207)的输出通过差动变压器(208)的与交流伺服电机(209)相连接，所述交流伺服电机(209)的输出端与显示幕布(210)相连接，所述显示幕布(210)的驱动端与驱动器(211)相连接，所述驱动器(211)的控制端与嵌入式控制器(200)相连接；所述控制管理模块(1)包括Labview控制模块(100)，所述Labview控制模块(100)的数据端与数据采集卡(101)相连接，且在Labview控制模块(100)的数据端还连接有数据处理模块(102)，所述控制管理模块(1)的输出端通过局域网络与系统服务器(8)相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的教学实验系统，其特征在于：包括控制器管理模块(1)和控制器模块(2)，所述控制管理模块(1)的输出端与控制器模块(2)相连接；所述控制器模块(2)的输出端分别与虚拟器件库(5)、电路故障诊断模块(6)和可视化交互界面(103)相连接，所述控制器模块(2)包括嵌入式控制器(200)和PLC控制器(201)，所述嵌入式控制器(200)通过SPI总线(202)与PLC控制器(201)相连接，所述嵌入式控制器(200)的输出端通过无线收发器(203)与信息传播模块(204)相连接，所述嵌入式控制器(200)的输入端连接有UART接口(205)和RS232接口(206)，所述嵌入式控制器(200)的双向端口通过控制线A/D转换器(207)相连接，所述A/D转换器(207)的输出通过差动变压器(208)的与交流伺服电机(209)相连接，所述交流伺服电机(209)的输出端与显示幕布(210)相连接，所述显示幕布(210)的驱动端与驱动器(211)相连接，所述驱动器(211)的控制端与嵌入式控制器(200)相连接；所述控制管理模块(1)包括Labview控制模块(100)，所述Labview控制模块(100)的数据端与数据采集卡(101)相连接，且在Labview控制模块(100)的数据端还连接有数据处理模块(102)，所述控制管理模块(1)的输出端通过局域网络与系统服务器(8)相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的教学实验系统，其特征在于：所述系统服务器(8)的数据端通过局域网络与数据库(7)相互交换，所述数据库(7)采用交互式数据库结构模式。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的教学实验系统，其特征在于：所述PLC控制器(201)的信号端设置有通信接口(212)和拓展接口(213)，且PLC控制器(201)的数据端与数据存储器(214)相连接，所述PLC控制器(201)的信号端还连接有输入单元(3)和输出单元(4)。4.根据权利要求3所述的一种基于物联网技术的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞君，
申请(专利权)人：张瑞君，
类型：发明
国别省市：安徽,34