智慧远程在线实验室制造技术

本发明专利技术公开了一种智慧远程在线实验室，包括云服务器、实体电路柜和用户端；实体电路柜内设置有至少一种实体电路模块，每种实体电路模块都包括主控电路模块、实验电路模块和信息采集模块，用户端将虚拟控制触点和虚拟导线的连接生成控制触点指令并发送至云服务器中，云服务器通过MQTT服务器传输给主控电路模块，主控电路模块解析指令后给实验电路模块发送控制指令，实验电路模块控制对应的控制触点动作，信号采集模块将采集的信息传输主控电路模块，主控电路模块再通过MQTT服务器传输给云服务器，云服务器处理后回传至用户端上显示。云服务器具有强大的处理能力，能够对每个用户端的指令快速响应，能够同时负载多个使用者使用。用。

【技术实现步骤摘要】
智慧远程在线实验室


[0001]本专利技术属于智能教学
，具体涉及一种智慧远程在线实验室。

技术介绍

[0002]随着高等教育日常教学与管理变革的逐步推进，实验室的功能不再是单一的实验教学功能，更多的应该承担学生创新实践实训，课堂教学也不是纯理论讲授，通过虚拟仿真及远程在线实验，实现课堂教学实验设备相结合。
[0003]随着各大高校开设电子类专业，逐渐重视相关学生的实践动手能力，电工电子实验室应运而生。实验室作为实验教学的场所，配有相关的实验设备，可以满足学生实验要求，提升学生的专业能力。而目前，许多实验室依旧沿用早期购置的电工电子实验箱，采用导线连接的直插式电子元器件的方式，普遍存在分立元件过多导致电路构建紊乱，错误频现的情况，再考虑到实验场所数量不足的情况，难以满足学生日益增长的创新性实验需求，缺乏时间与空间上的灵活性，造成了实际利用率低的后果。
[0004]目前，各高校陆续出现了一些模拟教学设备，但是往往需要每人配置一台模拟设备，进行本地实验，从而导致需要购买的设备数量庞大，而且每个模拟设备仅能一对一，数据采集也很慢。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中描述的不足，本专利技术提供一种智慧远程在线实验室。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：一种智慧远程在线实验室，包括云服务器、实体电路柜和用户端；所述用户端，通过层层嵌套的操作界面进行在线实验，并生产请求指令发送给云服务器以及接收云服务器发送来的实验数据进行展示；所述的实体电路柜内设置有至少一种实体电路模块，每种实体电路模块都包括主控电路模块、实验电路模块和信息采集模块，主控电路模块用于接收云服务器的指令，并根据云服务器的指令给实验电路模块发送相应指令，接收信息采集模块采集的实验数据并传输给云服务器；实验电路模块，用于给主控制器提供检测的实验数据；操作者在用户端通过登录模块登录进入到首页操作界面，在首页操作界面选择对应的课程模块，进入课程模块的实验项目界面，选择所需的实验项目，进入到对应的实验界面，实验界面中显示出与实际电路一样的实验电子电路以及虚拟仪器仪表条目；选择所需虚拟仪器仪表，实验电子电路旁显示虚拟仪器仪表，并拖移到合适位置，设置虚拟仪器仪表参数，用户端将设置的参数生成配置指令发送给云服务器，云服务器根据优先级通过MQTT服务器传输给对应的主控电路模块，主控电路模块解析指令后对对应的仪器仪表进行调节；虚拟仪器仪表设置参数后与实验电子电路对应的虚拟控制触点连接，并将实验电子电路中存在的虚拟电路支点触点用虚拟导线连接，用户端将虚拟控制触点和虚拟导线的连接生成控制触点指令并发送至云服务器中，云服务器通过MQTT服务器传输给
主控电路模块，主控电路模块解析指令后给实验电路模块发送控制指令，实验电路模块控制对应的控制触点动作，信号采集模块将采集的信息传输主控电路模块，主控电路模块再通过MQTT服务器传输给云服务器，云服务器处理后回传至用户端上显示。
[0007]作为本专利技术的一种优选方案，所述主控电路模块，包括主控电路板，主控电路板上至少安装有主控制器、信号发生器、稳压电源、以太网接口、电源接口、串行接口、电源模块和/或数字电位器；外部电源通过电源接口电源模块供电，电源模块给主控制器、信号发生器、稳压电源的供电端连接；主控制器经以太网接口通过MQTT服务器与云服务器通讯连接；云服务器接收用户端的请求指令并通过MQTT服务器发送至给主控制器；主控制器将采集的实验数据通过MQTT服务器发送至云服务器；主控制器的输出端与信号发生器、稳压电源、数字电位器的控制端口连接，并根据云服务器发送来的指令调节信号发生器、稳压电源和数字电位器的参数；主控制器的输出端通过串行接口与实验电路模块的实验控制器的串行接口连通；主控制器根据云服务器发送来的指令给实验控制器发送触点指令；主控制器的输入端与信号采集模块连接，接收信号采集模块的采集信号；所述实验电路模块，包括实验电路板，实验电路板上至少安装有实验控制器和实验电路，实验电路中预设有若干由继电器常开触点充当的控制触点，信号源触点与信号发生器的信号输出端连接；当用户端界面上将虚拟信号发生器与信号源触点连接后，用户端给云服务器发送的请求指令中包含对应的继电器指令，主控制器接收到云服务器的请求指令后，通过串行接口给实验控制器发送继电器指令程序，实验电路中对应的继电器动作，信号发生器给实验电路提供所需信号；信号采集触点与信号采集模块连接，信号采集模块采集实验电路的各待采集位置的电压信号并传输到主控制器中，信号采集模块采用电压采集电路，用户端使用虚拟示波器充当，当虚拟示波器与信号采集触点连接后，用户端给云服务器发送的请求指令中包含对应的继电器指令，主控制器接收到云服务器的请求指令后，通过串行接口给实验控制器发送继电器指令程序，实验电路中对应的继电器动作，使信号采集模块与实验电路接通，采集实验电路中待采集位置的电压信号传输至主控制器中；稳压电源触点与稳压电源的输出端连接，当用户端界面上将虚拟稳压电源与稳压电源触点连接后，用户端给云服务器发送的请求指令中包含对应的继电器指令，主控制器接收到云服务器的请求指令后，通过串行接口给实验控制器发送继电器指令程序，实验电路中对应的继电器动作，将稳压电源与实验电路接通，稳压电源给实验电路提供所需稳压电源；电路支点触点位于实验电路中根据教学设计的位置，当用户端界面上用虚拟导线将电路支点触点连接后，用户端给云服务器发送的请求指令中包含对应的继电器指令，主控制器接收到云服务器的请求指令后，通过串行接口给实验控制器发送继电器指令程序，实验电路中对应的继电器动作，使实验电路形成完整回路。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，主控制器与云服务器之间的实验数据的传输过程为：
主控制器每接收满一个线程的实时电压数据包传输至MQTT服务器，MQTT服务器将实时电压数据包发送至云服务器中；云服务器对接收到的实时电压数据包中每个实时电压数据都进行转化得到对应的实际电压数据值；各实际电压数据值集合在一个实际电压数据包中；云服务器循环将实际电压数据包封装在预先创建的集合A中，直至集合A集满；然后对集合A中的各实际电压数据包进行拆分重组得到集合S，集合S包含波形元素和地址元素；接着云服务器将集合S通过网络传输给对应的用户端；再者，用户端对接收到的数据进行插值、滤波和变换显示；在滤波过程中对集合S中各波形元素进行表征参数计算并存储在集合S
’
中，所述表征参数包括有效值、幅值、平均值、最大值、最小值和峰峰值；显示过程中既显示波形又显示数值。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，为了更全面的为客户提供服务，在用户端的操作界面还设置有实验测试功能模块和教学管理功能模块。
[0010]本专利技术采用实体电路作为实验数据的源头，并在用户端的操作界面显示与实验电路一样的实验电子电路，并通过虚拟的信号发生器、数字电位器、稳压电源和示波器对实验电子电路进行实验参数的调节和实验数据的采集；在操作界面进行参数设置和电路连接使得用户端生成参数调节指令和触点控制指令，并传输至云服务器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智慧远程在线实验室，其特征在于：包括云服务器、实体电路柜和用户端；所述用户端，通过层层嵌套的操作界面进行在线实验，并产生请求指令发送给云服务器以及接收云服务器发送来的实验数据进行展示；所述的实体电路柜内设置有至少一种实体电路模块，每种实体电路模块都包括主控电路模块、实验电路模块和信息采集模块，主控电路模块用于接收云服务器的指令，并根据云服务器的指令给实验电路模块发送相应指令，接收信息采集模块采集的实验数据并传输给云服务器；实验电路模块，用于给主控制器提供检测的实验数据；操作者在用户端通过登录模块登录进入到首页操作界面，在首页操作界面选择对应的课程模块，进入课程模块的实验项目界面，选择所需的实验项目，进入到对应的实验界面，实验界面中显示出与实际电路一样的实验电子电路以及虚拟仪器仪表条目；选择所需虚拟仪器仪表，实验电子电路旁显示虚拟仪器仪表，并拖移到合适位置，设置虚拟仪器仪表参数，用户端将设置的参数生成配置指令发送给云服务器，云服务器根据优先级通过MQTT服务器传输给对应的主控电路模块，主控电路模块解析指令后对对应的仪器仪表进行调节；虚拟仪器仪表设置参数后与实验电子电路对应的虚拟控制触点连接，并将实验电子电路中存在的虚拟电路支点触点用虚拟导线连接，用户端将虚拟控制触点和虚拟导线的连接生成控制触点指令并发送至云服务器中，云服务器通过MQTT服务器传输给主控电路模块，主控电路模块解析指令后给实验电路模块发送控制指令，实验电路模块控制对应的控制触点动作，信号采集模块将采集的信息传输主控电路模块，主控电路模块再通过MQTT服务器传输给云服务器，云服务器处理后回传至用户端上显示。2.根据权利要求1所述的智慧远程在线实验室，其特征在于：所述主控电路模块，包括主控电路板，主控电路板上至少安装有主控制器、信号发生器、稳压电源、以太网接口、电源接口、串行接口、电源模块和/或数字电位器；外部电源通过电源接口电源模块供电，电源模块给主控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂香，王鹏宇，田超，张佳丽，
申请(专利权)人：郑州铁路职业技术学院，
类型：发明
国别省市：