CN104914764A - 远程实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程实验系统，以解决如何既可以进行复杂的实验，又可以不需要进入实验室进行实验的问题。该系统包括：用户客户端，用于输入实验信息、将实验信息发送至服务端和查看实验结果；服务端，与用户客户端通信连接，用于根据实验信息向接口芯片电路发送控制信息；接口芯片电路，与服务端通信连接，用于根据控制信息生成实验电路，并进行实验，实验完成后将实验结果传输至服务端，所述服务端将实验结果发送至用户客户端。由于采用用户客户端远程控制实验，所以用户可以不进入实验室就能进行实验。而且该系统采用接口芯片电路，由于接口芯片可以生成多种实验电路，所以能够进行较复杂的实验。

Description

远程实验系统

技术领域

本发明涉及一种远程实验系统，属于实验设备技术领域。

背景技术

微机接口技术是一种常用的工业控制技术，该技术以微型计算机为核心，利用对微型计算机的硬件扩展来实现对应用系统的操作和控制，是一种软硬件互相结合的基础应用技术，在工业、农业、国防及日常生活中具有相当广泛的应用。例如，自动称量包装系统、自动种子培育系统、自动火炮瞄准系统和智能电梯控制系统等。因此，对微机接口技术的培养非常重要，而进行微机接口技术的培养最重要的一个环节就是进行实验。

目前，主流的实验内容仍然以x86体系下的基本I/O设备为主，在DOS操作系统下完成对8255、8253等接口芯片的控制。目前，主要有两种实验方式：

(1)采用纯硬件的实验平台，通过设置连线来实现实验电路，并在微机的DOS操作系统中编写程序完成实验内容。该实验方式的优点是芯片丰富，接口众多，可以完成较复杂的实验，缺点是用户只能在实验室中完成实验，而且由于资源有限，而实验要花很长的时间调试，所以实验的效率很低。

(2)采用软件仿真实验平台，利用计算机强大的计算能力在软件仿真的环境下完成实验内容。该实验方式的优点是不需要建设实验室，即用户不需要在实验室进行实验，缺点是只能完成比较简单的设计，例如串口、并口等，无法进行较复杂的实验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何既可以进行复杂的实验，又可以不需要进入实验室进行实验。

为此解决上述技术问题，本发明提供一种远程实验系统。该系统包括用户客户端、服务端和接口芯片电路；

所述用户客户端，连接至所述服务端，用于输入实验信息，并将所述实验信息发送至所述服务端；

所述服务端，连接至所述接口芯片电路，用于根据所述实验信息生成控制信息，并将所述控制信息发送至所述接口芯片电路；

所述接口芯片电路，用于根据所述控制信息生成实验电路和进行实验，并将实验结果发送至服务端；所述服务端将接收到的实验结果发送至用户客户端。

进一步地，所述实验信息包括芯片连接信息，所述控制信息包括连接控制信息；

所述服务端包括：

处理器，用于对所述芯片连接信息进行处理，得到连接控制信息，所述连接控制信息用于控制所述接口芯片电路上接口芯片进行连接，生成所述实验电路。

进一步地，所述实验信息包括芯片运行信息，所述控制信息包括运行控制信息；

所述芯片运行信息运行在所述服务端的磁盘操作系统上，生成所述运行控制信息，所述运行控制信息用于控制所述实验电路进行实验。

进一步地，所述接口芯片电路包括逻辑控制电路和接口芯片，所述逻辑控制电路根据所述控制信息控制所述接口芯片进行连接，生成所述实验电路，并进行实验。

进一步地，所述接口芯片电路包括结果传送装置，所述结果传送装置用于将实验结果发送至服务端。

进一步地，所述结果传送装置包括：

实验结果显示电路，连接至所述接口芯片电路，用于显示所述实验结果；

图像采集器，连接在所述实验结果显示电路和所述服务端之间，用于采集所述实验结果显示电路上显示的实验结果，并将采集的实验结果发送至所述服务端。

进一步地，还包括第一测温装置和第二测温装置；

所述第一测温装置、所述第二测温装置分别采集所述接口芯片电路、所述实验结果显示电路的相应温度值，并将所述相应温度值发送至服务端，所述服务端将所述相应温度值发送至用户客户端。

进一步地，所述服务端包括Web服务器，所述服务端通过所述Web服务器与所述用户客户端进行交互。

进一步地，所述服务端包括存储器，所述存储器用于存储所述用户客户端发送的所述实验信息。

进一步地，所述用户客户端包括用户管理模块、文件管理模块和实验操作及显示模块。

由于该实验系统采用用户客户端远程控制实验，所以用户可以不进入实验室就能进行实验。而且该实验系统采用的接口芯片电路，由于接口芯片电路可以有多种形式，也可以各种类型的各种芯片，可以生成各种实验电路，因此可以进行的实验范围大大扩展，能够进行较复杂的实验。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了一种远程实验系统的结构框图；

图2示出了另一种远程实验系统的结构框图；

图3示出了一种用户客户端的结构框图；

图4示出了图3中用户管理模块的结构框图；

图5示出了图3中文件管理模块的结构框图；

图6示出了图3中实验操作及显示模块的结构框图；

图7示出了服务端的一种结构框图；

图8示出了接口芯片电路与实验结果显示电路的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

实施例1

本实施例提供一种远程实验系统，如图1所示，该系统包括：用户客户端1、服务端2和接口芯片电路3；

所述用户客户端，连接至所述服务端，用于输入实验信息，并将所述实验信息发送至所述服务端；

所述服务端，连接至所述接口芯片电路，用于根据所述实验信息生成控制信息，并将所述控制信息发送至所述接口芯片电路；

所述接口芯片电路，用于根据所述控制信息生成实验电路和进行实验，并将实验结果发送至服务端；所述服务端将接收到的实验结果发送至用户客户端。

其中，用户客户端可以为个人计算机，也可以为手机、平板电脑等移动终端，具体形式不做限定。

服务端，可以为一个或多个服务器，服务器的具体类型可根据情况选择，例如，嵌入式服务器。

接口芯片电路将实验结果传输至服务端的方式不做限定，可以是通过无线传输装置将实验结果的数据传输至服务端上，也可以上采用有线方式传输到服务端上，当然还可以采用其他方式传输。发送至用户客户端的实验结果可以是实验数据的形式，也可以是静态图像或动态图像即视频的形式。

通过以上技术方案，可知远程实验的过程为：用户在用户客户端输入实验信息，用户客户端将实验信息发送至服务端。服务端对实验信息进行处理，生成控制信息，并将控制信息发送至接口芯片电路。接口芯片电路在控制信息的控制下生成实验电路，并进行实验。当实验完成后产生的实验结果通过服务端再返回到用户客户端上，方便用户查看实验结果，从而对实验进行调试等工作。

由于该实验系统采用用户客户端远程控制实验，所以用户可以不进入实验室就能进行实验。而且该实验系统采用的接口芯片电路，由于接口芯片电路可以有多种形式，也可以各种类型的各种芯片，因此可以生成各种实验电路，可以进行的实验范围大大扩展，能够进行较复杂的实验。

进一步地，如图3所示，所述用户客户端1包括用户管理模块11、文件管理模块12和实验操作及显示模块13。用户管理模块用于管理用户数据；文件管理模块用于管理用户上传或下载的文件，以及进行文件的查找和修改等操作。

其中，如图4所示，用户管理模块11，包括用户登录子模块111、更改密码子模块112及用户数据库管理子模块113。用户登录子模块用于通过密码来设定具有登录权限的用户，只有符合预设条件的用户才有权登录进去。更改密码子模块用于更改用户的密码，起初，用户的密码设定为默认密码，用户登录进去可以通过所述更改密码子模块更改自己的密码，便于保护私人的信息。用户数据管理子模块用于管理用户信息，用户信息保存在服务端的数据库。

其中，如图5所示，文件管理模块包括文件上传子模块121、文件下载子模块122、文件修改子模块123和文件目录管理子模块124。文件上传子模块，用于上传用户的实验文件，上传的实验文件只能是.asm和.exe扩展名属性的文件。文件下载子模块用于从服务端下载实验文件，这样用户就可以将调试成功的实验文件下载下来，方便用户保存和书写实验报告。文件修改子模块，用于修改实验文件，实现对上传是实验文件的远程修改。这样，在文件上传成功后，用户可以直接开始实验，即可进行代码的编译、执行，如果上传代码编译有错，可以对上传的代码进行远程调试。文件目录管理子模块用于用户查看上传的所述实验文件的属性信息，所述属性信息包括文件名、修改时间和下载服务端相应代码；每个用户上传代码时、服务器端自动生成一个与用户学号一样的文件夹，用户上传的文件全部保存在这个文件夹下。

其中，实验操作及显示模块13包括实验操作子模块131和实验结果显示子模块132。用于在用户客户端的显示界面上输入有关接口芯片连接的实验信息，并将实验结果显示在显示界面上。上述输入有关接口芯片连接的实验信息的方式为：在用户客户端的显示界面上显示出接口芯片或其他器件，用户在显示界面上进行接口芯片或其他器件的连接，用户客户端便自动生成芯片连接信息。当然，用户不仅可以在显示界面上完成连线工作，还可以完成删线工作。还可以利用显示界面上的逻辑笔检测接口芯片各个管脚的高低电平，还可以采用显示界面上的脉冲开关作为触发源，开启实验。以这种方式输入实验信息，既直观，又方便。

实施例2

本实施例在上述实施例1的基础上，进一步限定：

所述实验信息包括芯片连接信息，所述控制信息包括连接控制信息；

如图1所示，所述服务端包括：

处理器21，用于对所述芯片连接信息进行处理，得到连接控制信息，所述连接控制信息用于控制所述接口芯片电路上接口芯片进行连接，生成所述实验电路。

在进行实验之前，必须生成实验电路，而本实施例提供了一种生成实验电路的方式。

根据上述技术方案，生成实验电路的过程为：在用户客户端输入的实验信息中包括了芯片连接信息，用户客户端将芯片连接信息发送至服务端。处理器对该芯片连接信息处理后得到连接控制信息，并将连接控制信息发给接口芯片电路，从而控制接口芯片电路上的接口芯片进行连接，最后生成实验电路。

进一步的，如图1所示，服务端还包括存储器22，连接至所述处理器21，用于存储所述用户客户端发来的实验信息。

实施例3

本实施例在上述实施例1的基础上，进一步限定：

所述实验信息包括芯片运行信息，所述控制信息包括运行控制信息；

所述芯片运行信息运行在所述服务端的磁盘操作系统上，生成运行控制信息，所述运行控制信息用于控制所述实验电路进行实验。

在生成实验电路后，要进行实验，实验的进行是通过芯片运行信息控制的。本实施例提供了一种控制实验进行的方式。

其中，所述磁盘操作系统可以但不限于采用在服务端上安装虚拟机24，并将磁盘操作系统241安装在虚拟机上的方式，如图7所示。当采用该方式时，为了实现虚拟机与接口芯片电路等实际外设之间的通信，在虚拟机中添加虚拟外部控制器接口卡即虚拟PCI接口卡，实现对实际外设读写。

其中，虚拟机可以采用qemu虚拟机，由于qemu虚拟机为开源虚拟机且磁盘操作系统即dos系统为开源操作系统，可以方便的在虚拟机中添加虚拟的I/O设备，实现与外围接口芯片的连接。

服务端一般采用linux系统，由于linux系统的稳定性，服务端可长期处于工作状态，可以分时复用，因此用户可以进行预约，分别在不同的时间段进行实验。

由于磁盘操作系统没有任何防护措施，因此对于每次实验，可以在实验过程中利用服务端复制一份磁盘操作系统镜像，每次实验都是在磁盘操作系统副本中完成的，即使因用户操作不当，造成磁盘操作系统崩溃，也可以即时重复实验。

实施例4

本实施例在上述实施例1的基础上，进一步限定：

如图8所示，所述接口芯片电路包括逻辑控制电路31和接口芯片32，所述逻辑控制电路根据所述控制信息控制所述接口芯片进行连接，生成所述实验电路，并进行实验。

本实施例提供了接口芯片电路的一种结构。

进一步地，服务端产生的控制信息通过现场可编程门阵列即FPGA控制接口芯片电路上的接口芯片生成实验电路，服务端的处理器通过PCI-e接口与FPGA连接，省去了硬件系统的连接线，避免了因连接线老化等原因造成难以发觉的错误，而且系统更新方便、成本低。在图8中，接口芯片可以包括8253芯片321和/或8255芯片322。

实施例5

本实施例在上述实施例1的基础上，进一步限定：

所述接口芯片电路包括结果传送装置，所述结果传送装置用于将实验结果发送至服务端。

结果传送装置可以为无线传输装置，也可以是数据线或网线等传输线路，当然还可以是其他装置，只要能够实现数据的传送即可，这里不做限定。

实施例6

本实施例在上述实施例5的基础上，进一步限定：

如图1所示，所述结果传送装置包括：

实验结果显示电路4，连接至所述接口芯片电路，用于显示所述实验结果；

图像采集器5，连接在所述实验结果显示电路和所述服务端之间，用于采集所述实验结果显示电路上显示的实验结果，并将采集的实验结果发送至所述服务端。

其中，实验结果显示电路是以数码管、LED灯和其他电路器件等构成的显示电路，将实验结果传输到实验结果显示电路上，通过其上的电路元件将实验结果以可视的方式展示出来。

其中，图像采集器可以采集实验结果显示电路上显示的实验结果，以静态图像或动态图像即视频的形式将实验结果发送至服务端。图像采集器可以但不限于摄像头。

本实施例提供了一种将接口芯片电路产生的实验结果传输给用户客户端的方式，即利用实验结果显示电路和图像采集器将实验结果以图像的形式传输至用户客户端，相对于直接发送实验数据的方式相比，该方式使用户更为直观的了解到实验结果。

实施例7

本实施例在实施例1的基础上，进一步限定：

如图2所示，该实验系统还包括第一测温装置，用于检测所述接口芯片电路的温度值，并将该温度值发送至用户客户端；该实验系统还包括第二测温装置，用于检测所述实验结果显示电路的温度值，并将该温度值发送用户客户端。

该第一测温装置可以包括分布在接口芯片电路上的多个温度传感器和温度处理模块，温度传感器采集接口芯片电路上多个位置点的温度，并利用温度处理模块对各个位置点的温度进行处理，得到最接近实际温度的温度值。

该第二测温装置可以包括分布在实验结果显示电路上的多个温度传感器和温度处理模块，温度传感器采集实验结果显示电路上多个位置点的温度，并利用温度处理模块对各个位置点的温度进行处理，得到最接近实际温度的温度值。

第一测温装置和第二测温装置的温度处理模块可以分别为不同的处理模块，也可以为同一个处理模块。通过温度处理模块得到的温度值可以先发送至服务端，服务端再将接收到的温度值发送给用户客户端。当然，温度处理模块也可以集成在服务端上，或利用服务端内的处理器对温度传感器检测到的各个温度进行处理，节省了系统资源。

其中，可以采用以下公式对温度传感器检测到的多个温度进行处理，得到温度值：

其中，T_x可通过以下公式得到：

T_x＝max{T_j},j∈{1,2,…,n}

其中，可通过以下公式得到：

$\stackrel{\‾}{T}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{M}_i{T}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{M}_i}$

上述公式中的M_i通过以下公式得到：

上式中，T表示所求的温度值，i,j均表示所述温度传感器的序号，n表示所述温度传感器的数量，m表示百分比值，T_i、T_j分别表示第i、j个温度传感器测得的温度，T_x表示温度传感器测得的温度信号的最大值，表示温度传感器测得的温度信号的平均值，M_i表示温度值T_i对应的判断值，α表示修正因子，β表示修正值。

实施例8

本实施例在上述实施例1-7中任一远程实验系统的基础上，进一步限定：

如图1所示，所述服务端包括Web服务器23，所述服务端通过所述Web服务器23与所述用户客户端进行交互。

本实施例提供了一种服务端与用户客户端交互信息的方式。例如：服务端可以通过Web服务器接收用户客户端发来实验信息；服务端也可以通过Web服务器将实验结果发送给用户客户端，该处的实验结果可以为实施例6中表示实验结果的图像；服务端也可以通过Web服务器将实施例7中的温度值发送给用户客户端。

综上所述，本发明远程实验系统具有以下有优点：

(1)本发明采用用户客户端远程控制，服务端进行存储、处理、传输和控制等工作，所以用户可以不用进入实验室就能进行实验；又因为采用接口芯片生成实验电路，生成的实验电路多种多样，所以进行较复杂的实验；

(2)本发明将实验结果在实验结果显示电路上展示出来，并采用图像采集器将代表实验结果的图像或视频信息发送至用户客户端，用户可以更为直观的了解实验结果；

(3)本发明采用第一测温装置和第二测温装置分别测量接口芯片电路、实验结果显示电路的温度值，并将温度值发送至用户客户端，用户可以了解到相应电路的温度，在温度超过安全范围时，采取相关措施，以免造成电路因温度过高烧坏或芯片爆炸等不可挽回的损失；

(4)本发明的服务端通过FPGA控制接口芯片生成实验电路，省去了硬件系统的连接线，避免了因连接线老化等原因造成难以发觉的错误，而且系统更新方便、成本低

应当理解，本发明的上述各个实施例以及各实施例中的技术特征，在不冲突的前提下，可以任意组合，组合后的技术方案仍在本发明的保护范围之内。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种远程实验系统，其特征在于，包括用户客户端、服务端和接口芯片电路；

所述用户客户端，连接至所述服务端，用于输入实验信息，并将所述实验信息发送至所述服务端；

所述服务端，连接至所述接口芯片电路，用于根据所述实验信息生成控制信息，并将所述控制信息发送至所述接口芯片电路；

所述接口芯片电路，用于根据所述控制信息生成实验电路和启动实验，所述接口芯片电路还用于获取实验结果，并将所述实验结果发送至服务端；所述服务端将接收到的实验结果发送至用户客户端。

2.根据权利要求1所述的远程实验系统，其特征在于，所述实验信息包括芯片连接信息，所述控制信息包括连接控制信息；

所述服务端包括：

处理器，用于对所述芯片连接信息进行处理，得到连接控制信息，所述连接控制信息用于控制所述接口芯片电路上接口芯片进行连接，生成所述实验电路。

3.根据权利要求1所述的远程实验系统，其特征在于，所述实验信息包括芯片运行信息，所述控制信息包括运行控制信息；

所述芯片运行信息运行在所述服务端的磁盘操作系统上，生成所述运行控制信息，所述运行控制信息用于控制所述实验电路进行实验。

4.根据权利要求1所述的远程实验系统，其特征在于，所述接口芯片电路包括逻辑控制电路和接口芯片，所述逻辑控制电路根据所述控制信息控制所述接口芯片进行连接，生成所述实验电路，并进行实验。

5.根据权利要求1所述的远程实验系统，其特征在于，所述接口芯片电路包括实验结果获取装置，所述实验结果获取装置用于获取实验结果，并将所述实验结果发送至服务端。

6.根据权利要求5所述的远程实验系统，其特征在于，所述实验结果获取装置包括：

实验结果显示电路，连接至所述接口芯片电路，用于显示所述实验结果；

图像采集器，连接在所述实验结果显示电路和所述服务端之间，用于采集所述实验结果显示电路上显示的实验结果，并将采集的实验结果发送至所述服务端。

7.根据权利要求6所述的远程实验系统，其特征在于，还包括第一测温装置和第二测温装置；

所述第一测温装置用于采集所述接口芯片电路的第一温度值，并将该温度值发送至服务端；所述第二测温装置用于采集所述实验结果显示电路的温度值，并将该温度值发送至服务端；所述服务端将所述接口芯片电路的温度值和所述实验结果显示电路的温度值发送至用户客户端。

8.根据权利要求1-7任一所述的远程实验系统，其特征在于，所述服务端包括Web服务器，所述服务端通过所述Web服务器与所述用户客户端进行交互。

9.根据权利要求1-7任一所述的远程实验系统，其特征在于，所述服务端包括存储器，所述存储器用于存储所述用户客户端发送的所述实验信息。

10.根据权利要求1-7任一所述的远程实验系统，其特征在于，所述用户客户端包括用户管理模块、文件管理模块和实验操作及显示模块。