CN104269098A - 增强网络实验连线临场感的系统 - Google Patents

Abstract

一种模拟模型领域的增强网络实验连线临场感的系统，包括：远程客户端、现场服务器、现场计算机、视频监控装置、单片机控制模块、继电器模块、反馈模块和模拟连线模块，视频监控装置对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像，现场计算机通过现场服务器分别与远程客户端、视频监控装置和单片机控制模块相连，接收视频监控装置的实验现场视频图像和远程客户端的操作信息，对操作信息进行处理，并向远程客户端发送设置参数和控制指令，根据操作信息向单片机控制模块发送控制信号，单片机控制模块分别与继电器模块、反馈模块和模拟连线模块相连。本发明使用户在远端通过视频传输技术能够体会到现场实验连线的真实性与有效性。

Description

增强网络实验连线临场感的系统

技术领域

本发明涉及的是一种模拟模型领域的系统，具体是一种增强网络实验连线临场感的系统。

背景技术

近年来我国高校提出进一步加强大学生的工程实践教育，注重学生动手能力和分析、解决问题能力的培养，再次背景下，高等教育实验教学越来越得到重视，很多高校都在着力于实习基地和教学实验系统的建设，随着互联网和物联网技术的发展，基于远程操控的实体教学实验已经成为一个当前研究热点。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1804948，公开日2006-7-19，公开了一种基于网络的远程电子电路实验方法及系统，该技术包括：客户端程序装置：提供了远程操作仪器、组合实验电路的用户界面，实现远程操纵、控制测试仪器和电路，客户端程序装置有函数发生器部分程序装置，示波器部分程序装置，实验电路部分程序装置；函数发生器部分程序装置：模拟函数发生器部分的基本功能，并产生控制指令。示波器部分程序装置：模拟示波器的基本功能，并产生控制指令。实验电路部分程序装置：提供实验电路的操作界面，完成电路的选择和设置；服务器程序装置：接收客户端发送的登录及发送来的控制操作命令信息，并把它们存放在数据库中；执行数据库中存储的命令，并把执行结果存入到数据库；把数据库中的结果发送给用户。但该现有技术不涉及具体网络连线方法以及临场感技术。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种增强网络实验连线临场感的系统，以增强远程控制的网络实验的临场感，使得用户在远端通过视频传输技术能够体会到现场实验连线的真实性与有效性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：远程客户端、现场服务器、现场计算机、视频监控装置、单片机控制模块、继电器模块、反馈模块和模拟连线模块，其中：视频监控装置对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像，现场计算机通过现场服务器分别与远程客户端、视频监控装置和单片机控制模块相连，接收处理视频监控装置的实验现场视频图像和远程客户端的操作信息，向远程客户端发送设置参数和控制指令，根据操作信息向单片机控制模块发送控制信号，单片机控制模块分别与继电器模块、反馈模块和模拟连线模块相连，单片机控制模块根据接收的控制信号控制继电器模块的闭合，继电器模块闭合后通过反馈模块向单片机控制模块发送反馈信号，单片机控制模块根据反馈信号输出显示信号至模拟连线模块进行显示，该显示信号由反馈模块分别通过单片机控制模块、现场计算机和现场服务器传输至远程客户端。

所述的现场计算机向远程客户端发送的设置参数包括：选择连线按钮指令、删除连线按钮指令以及网络连线的属性。

所述的现场计算机向远程客户端发送的操作指令包括：选择实验类型、选择连线的起点、终点及两点之间的连接、删除和修改。

所述的操作信息的形式为：远程客户端中各连线端点的编码标识相对应的数据字符。

所述的现场计算机对操作信息进行处理过程是：将远程客户端选中连接线的起点、终点分别对应的数据分别作为字符串的前半段和后半段，如该字符串为有效字符串，则根据该字符串触发事件中断，在中断程序中，根据实验类型选择信息判断该有效字符串所对应的实验连线是否属于该实验类型中的连线：如果不属于该实验类型中的连线，则向远程客户端发送重新选择连接终点的指令；如果属于该实验类型中的连线，则向单片机控制模块发送控制信号。

所述的继电器模块包括若干个继电器，各个继电器的两个触点对应于远程客户端的实验连线网络的两个端点，当需要连接某一条连线时，单片机控制模块对应控制某一个继电器闭合。

所述的反馈模块是采集继电器模块各个继电器闭合与断开的状态，同时将该反馈信号发送至单片机控制模块，反馈信号为继电器状态信号。

所述的模拟连线模块的显示由LED灯带点亮实现，该LED灯带的两端分别对应远程客户端的点选的起点信息和终点信息。

所述的显示信号为LED灯带点亮的状态信号。

所述的显示信号包括模拟连线LED实际效果显示以及客户端界面上连线图像显示，该客户端界面上的连线显示与实际实验平台上模拟连线的LED灯效果相对应以增强临场感。现场计算机根据单片机控制模块反馈信号，判断出相应继电器状态，如果对应的继电器闭合，在远程客户端将有与模拟连线模块相应的虚拟连线在界面上显示。与模拟连线模块中LED灯带效果相对应，体现了网络实验系统的逼真性，增强了网络实验连线的临场感。

本发明通过采用反馈的信号量，形成闭环控制，采用现场显示实验结果增强网络实验连线效果，该方法增加视频传输，使得远端学生用户能更加体会网络实验连线的真实性，即符合网络实验的基本要求，又更加突出该方法的实用性和可行性。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2为实施例1的光伏发电模型；

图3为实施例1的Buck-Boost电路模型；

图4为实施例1的操作示例流程示意图；

图5为A‐B连线槽结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：远程客户端1、现场服务器2、现场计算机3、视频监控装置4、单片机控制模块5、继电器模块6、反馈模块7和模拟连线模块8，其中：用户于远程客户端1进行实验操作，视频监控装置4对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像，现场计算机3通过现场服务器2分别与远程客户端1、视频监控装置4和单片机控制模块5相连，接收视频监控装置4的实验现场视频图像和远程客户端1的操作信息并向远程客户端1发送设置参数和控制指令，根据操作信息向单片机控制模块5发送控制信号，单片机控制模块5分别与继电器模块6、反馈模块7和模拟连线模块8相连，单片机控制模块5根据接收的控制信号控制继电器模块6的闭合，继电器模块6闭合后通过反馈模块7向单片机控制模块5发送反馈信号，单片机控制模块5根据反馈信号进行计算并控制模拟连线模块8进行显示，该显示信号由反馈模块7分别通过单片机控制模块5、现场计算机3和现场服务器2传输至远程客户端1。

所述的继电器模块6中的每个继电器的两个触点对应于网络实验连线的两个端点，每个端点有对应的编码标识，当需要连接某一条连线时，对应于某一个继电器闭合。

所述的远程客户端1是网络实验连线系统人机交互的最前端平台，其具有连线按钮、删除连线以及设置连线参数等功能。

所述的远程客户端1上位机界面所有网络实验连线的端点都采用统一编码标识，该编码在系统下位机中对应于一个数据字符，每两个数据字符组成一个字符串，对一个具体的实体网络实验系统而言，由于存在多个连线端点因此会形成多个数据字符串的组合，在系统下位机中，本系统设计中，根据网络实验连线要求进行编程，定义有效组合，从而可以实现防止远程操控中的误连或无效操作。

所述的远程客户端1进入网络实验系统连线环节后，其默认为连线状态。

在连线状态下，系统默认第一次选择为起点。此时，系统会提示用户选择起点，用户根据实验指导，点击选择一个连线起点，系统根据远程客户端1上位机界面上的编码标识，自动保持其相对应的数据字符作为字符串前半段。

在点击选择起点后，系统将提示用户点击选择终点，此时用户点击选择的上位机界面上的编码标识，系统根据其编码标识其相对应的数据字符，作为字符串后半段，从而实现一个完整的数据字符串，以此来作为终点判断。

所述的现场计算机3对单片机控制5模块发送控制指令和接收来自单片机控制模块5反馈信号，同时经现场服务器2通过Internet向远程客户端1的发送实验现场状态和接收远程客户端1的信号。

所述的远程客户端1上位机界面上完成一个完整的数据字符串后，将该数据字符串信号通过Internet经现场服务器2发送到现场计算机3。现场计算机3采用LabVIEW编程，下位机程序根据数据字符串进行如下处理：

1)如果连线操作中，该端点数据字符串找不到对应的连线相匹配，说明它是无效字符串，系统会提示：“无效操作”。同时，计算机会根据实验类型判断起点或终点的有效性：如果起点或终点有一个为有效点，此时系统将该有效的点重新定义为起点，系统将显示“请重新选择终点”；如果起点与终点均无效点，那么系统将提示：“无效连线，请重新选择起点与终点”。

2)如果该数据字符串有相对应的实验连线，那么该数据字符串为有效数据字符串，即有效连线。系统根据该有效数据字符串触发事件中断，在中断程序中，系统将根据实验类型判断该有效连线是否属于该实验类型中的连线。如果不属于该实验类型中的连线，用户可根据实系统提示重新选择实验类型、起点、终点；如果属于该实验类型中的连线，现场计算机通过RS232串口，采用modbus协议将该字符串转换成相应的控制指令发送至控制模块5。

所述的单片机控制模块5根据收到的现场计算机3的控制指令，执行相关动作，控制继电器模块6中对应的继电器闭合。

所述的反馈模块7功能是将模块6的继电器状态信息反馈至单片机控制模块5，

所述的单片机控制模块5将反馈信号送给现场计算机3。

所述的现场计算机3根据单片机控制模块5反馈信号，判断出相应继电器状态，如果对应的继电器闭合，在计算机界面对应连接点上显示一条与实体实验系统相对应的模拟连线，加强网络实验系统的逼真性，增强了网络实验连线的临场感。

所述的现场计算机3在将模块6中继电器闭合状态显示在上位机界面上，同时控制模块5和模拟连线模块8的LED灯带。

所述的计算机控制模块5是网络实验连线系统的直接控制实验现场与信息处理模块，其包括飞思卡尔X128微处理器、电源部分、信号隔离以及RS232通信等。其采用的modbus协议中比特率为115200bit/s，单片机片内总线时钟频率达40MHZ，整个操作完成是毫秒级，实时性强，增强网络实验连线的临场感。

所述的远程客户端1的操作信息包括：用户的选择实验类型信息、正确的选择连接终点信息和错误的选择连接终点信息。

所述的现场计算机3向远程客户端1发送的设置参数包括：包括选择连线按钮指令、删除连线按钮指令以及网络连线的属性。比如网络连线属性设置，用户可以根据需要设置上位机界面上同步显示连线状态的连线颜色、大小等属性。

所述的现场计算机3向远程客户端1发送的控制指令包括：点选连接终点指令和重新选择连接终点指令，其中，重新选择连接终点指令于收到远程客户端1发送的错误的选择连接终点信息时发出。

所述的模拟连线模块8的显示由LED灯带点亮实现，该LED灯带的两端分别对应远程客户端1的正确的选择连接终点信息。

现场计算机4通过RS232与实验系统单片机控制模块5连接。

本实施例选择升降压实验，如图2和图3所示该实验用到光伏发电模型与Buck-Boost电路模型。

本实施例的操作示例如图4所示，此处选择P101，即A点，如果学生用户在上位机界面点击其他地方，即非有效连线点，那么界面上将弹出提示窗口，提示学生用户请选择有效连线点。实验者点击起点P101，即A点后，网络实验连线系统将会把P101，即A点作为连线起点存储起来，以便用于与终点形成一条有效连线。

同时，远程客户端1上位机界面会弹出提示窗口，提示用户请选择连线终点。

根据提示与实验指导，用户点击终点P201，即B点，若点击错误，为非有效点，那么网络实验连线系统将提示为非有效点，提示重新选择。

在成功点击终点P201，即B点后，网络实验连线系统将会把P102，即B点作为终点进行保存，与起点P101，即A点进行组合，系统程序处理成一个有效字符串，从而形成一条有效连线P101-P201，即A-B。

如果用户选择其他连线点，如图2中P103，那么系统程序根据组合原理，将处理成一个字符串P101-P103，根据基本电路原理在程序中进行判断，可以得出P101-P103属于非有效连线的结论，网络实验连线系统将弹出提示窗口，如：此为非有效连线。在此情况下，网络实验系统会提示选择重新连线或者选择重新点击终点。如果选择重新连线，那么就是从起点A重新开始选择连线；如果选择重新点击终点，那么就是从点击终点继续实验。

如图2和图3所示，假设用户在远程客户端1选择好了有效的连线P101-P201，即A-B，远程客户端通过Internet传输相应的信号到现场服务器3，现场服务器3对信号进行整合后，发送到现场计算机4，现场计算机4通过RS232将连线P101-P201，即A-B控制信号发送到单片机控制模块6。

单片机控制模块5根据现场计算机的控制信号，控制相应的I/O端口输出，使得连接在P102-P201，即A-B两端的继电器模块6闭合，从而实现P102-P201，即A-B连线电路导通。

在确保继电器模块6闭合后，继电器模块6与反馈模块7会发送反馈信号至单片机控制模块5，单片机控制模块5根据反馈信号，经过一系列运算处理确认后输出控制信号，使得实验系统平台5上的P102-P201，即A-B之间模拟连线模块8作用，LED灯带点亮。

反馈模块7会将LED灯带点亮信号反馈至单片机控制模块5，该信号经过单片机控制模块5、现场计算机4、现场服务器3传输到远程客户端1，远程客户端1可以观看到上位机界面实验面板上P102-P201，即A-B之间同样有一条红线将P102-P201，即A-B连接起来。

同时，整个实验过程将被视频监控模块2实时记录，并由服务器通过Internet传输到远程客户端，包括LED点亮模拟P102-P201，即A-B之间电路导通现场效果图信号。

Claims (6)

1.一种增强网络实验连线临场感的系统，其特征在于，包括：远程客户端、现场服务器、现场计算机、视频监控装置、单片机控制模块、继电器模块、反馈模块和模拟连线模块，其中：视频监控装置对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像，现场计算机通过现场服务器分别与远程客户端、视频监控装置和单片机控制模块相连，接收视频监控装置的实验现场视频图像和远程客户端的操作信息，对操作信息进行处理，并向远程客户端发送设置参数和控制指令，根据操作信息向单片机控制模块发送控制信号，单片机控制模块分别与继电器模块、反馈模块和模拟连线模块相连，单片机控制模块根据接收的控制信号控制继电器模块的闭合，继电器模块闭合后通过反馈模块向单片机控制模块发送反馈信号，单片机控制模块根据反馈信号输出显示信号至模拟连线模块进行显示，该显示信号由反馈模块分别通过单片机控制模块、现场计算机和现场服务器传输至远程客户端；

所述的现场计算机向远程客户端发送的设置参数包括：选择连线按钮指令、删除连线按钮指令以及网络连线的属性；

所述的现场计算机向远程客户端发送的控制指令包括：选择实验类型、选择起点、选择终点和重新选择连接终点；

所述的远程客户端的操作信息的类型包括：选择实验类型、选择连线的起点、终点及两点之间的连接、删除和修改；

所述的操作信息的形式为：与分别设置于远程客户端的实验连线网络各个端点的编码标识相对应的数据字符；

所述的现场计算机对操作信息进行处理具体是：将用户于远程客户端点选的起点信息和点选的终点信息所分别对应的数据字符作为字符串的前半段和后半段，如该字符串为有效字符串，则根据该有效字符串触发事件中断，在中断程序中，根据实验类型选择信息判断该有效字符串所对应的实验连线是否属于该实验类型中的连线，如果不属于该实验类型中的连线，则向远程客户端发送重新选择连接终点的指令；如果属于该实验类型中的连线，则向单片机控制模块发送控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的继电器模块包括若干个继电器，各个继电器的两个触点对应于远程客户端的实验连线网络的两个端点，当需要连接某一条连线时，单片机控制模块对应控制某一个继电器闭合。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的反馈模块是采集继电器模块各个继电器闭合与断开的状态，同时将该反馈信号发送至单片机控制模块，反馈信号为继电器状态信号。

4.根据权利要求1～3中任一所述的系统，其特征是，所述的模拟连线模块的显示由LED灯带点亮实现，该LED灯带的两端分别对应远程客户端的点选的起点信息和终点信息。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的显示信号为LED灯带点亮的状态信号。

6.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征是，所述的显示信号包括模拟连线LED实际效果显示以及客户端界面上连线图像显示，该客户端界面上的连线显示与实际实验平台上模拟连线的LED灯效果相对应以增强临场感。