CN104991575B - 一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用方法，该系统包括流量/液位检测教学实验平台、数据中心和远程操作终端。用户由远程操作终端经互联网遥操作实验平台，进行多种流量、液位检测实验，实验过程中的状态量及结果保存在数据中心。实验平台由中央控制模块、管道流速调节系统、流量计、换向器、质量液位实验单元、网络摄像机、路由器等组成。数据中心由应用服务器、数据库服务器组成。远程操作终端可以是远程计算机终端、手持式终端等。本发明实现实验教学远程化，实验不受地域限制，时间安排灵活，实验过程全程监测、自动保护，安全性高。

Description

一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用 方法

技术领域

本发明公开的一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用方法，属于高校自动化、检测技术教学实践装备领域。

背景技术

在高校自动化，仪器科学，电气工程等专业教学中，检测技术是必不可少的学习内容，学生在学习相关基础理论和专业实践课程后，需要一个综合实验平台系统对所学习知识进行综合应用。目前市场上与检测技术相关教学设备只是对某些检测元件或检测方法做简单单元实验设计，实验设备多由简单的实验模块拼在一起，难以呈现一个完成的检测系统应用案例；同时，其不具备后台数据中心和远程客户端的支持，只能进行现场操作，难以满足在课堂等地远程操作和演示的需求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用方法，可实现多种方法对流量、液位进行检测，同时具备远程操作和远程监控的能力。

技术方案：一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统，包括通过网络依次连接的实验平台、数据中心以及远程操作终端；其中，所述实验平台包括中央控制模块以及实验单元；所述远程操作终端用于向所述数据中心输入实验控制命令/控制参数，或从所述数据中心读取实验数据/状态数据；所述数据中心用于接收并存储所述远程操作终端发出的实验控制命令/控制参数，或存储所述中央控制模块发出的实验数据/状态数据；所述中央控制模块用于从所述数据中心读取实验控制命令/控制参数后，输出控制信号到所述实验单元，所述实验单元用于根据所述控制信号完成实验动作并反馈实验数据/状态数据到所述中央控制模块。

进一步的，所述实验单元包括管路流速调节系统、流量计、换向器以及质量液位实验单元；其中，所述管路流速调节系统包括水池、变频水泵以及变频器，所述质量液位实验单元包括由电子秤、称量容器、液位计、排空阀；所述变频水泵的出水口通过管路连接流量计后连接到换向器的入水口，所述换向器的第一出水口位于所述称量容器上方，所述换向器的第二出水口连接到所述水池，所述称量容器置于电子秤上，所述液位计安装于称量容器的正上方，所述排空阀的入水口连接称量容器的底部，所述排空阀的出水口连接到水池；

所述中央控制模块包括微控制器、串行接口以及继电器组，所述串行接口用于将所述变频器、流量计、液位计、电子称连接到微控制器，所述继电器组的输入端连接微控制器的输出端，所述继电器组的输出端连接所述排空阀和换向器，所述微控制器连接所述数据中心。

进一步的，所述实验平台还包括连接至所述数据中心的网络摄像机，所述网络摄像机的镜头正对所述实验单元。

一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)，在所述远程操作终端输入实验控制命令/控制参数的步骤；

(2)，所述远程操作终端将所述实验控制命令/控制参数储存到所述数据中心的步骤；

(3)，所述中央控制模块从所述数据中心读取实验控制命令/控制参数后，输出控制信号到所述实验单元的步骤；

(4)，所述实验单元根据所述控制信号完成实验动作并反馈实验数据/状态数据到所述中央控制模块的步骤；

(5)，所述中央控制模块将实验数据/状态数据上传到所述数据中心的步骤；

(6)，所述远程操作终端读取并显示所述数据中心中实验数据/状态数据的步骤。

进一步的，还包括通过所述远程操作终端修改实验控制命令/控制参数的步骤。

进一步的，还包括所述数据中心对接收到的所述实验数据/状态数据的校验步骤。

有益效果：本发明的一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统及其使用方法，可实现多种方法对流量、液位进行检测，同时具备远程操作和远程监控的能力，具有传统教学实验装置不可比拟的信息化水平，很好满足新时期教学需要。其具体优点如下：

1.该实验平台系统改变了传统现场实验教学方式的时间地域局限性，以身临其境的网上实验方式可将实验延生到课堂等其他地方，实验者也可通过各种终端随时接入网上实验系统进行实验，从而提高了实验设备系统的利用率和教学效率。

2.该实验平台系统信息化水平高，实验过程的所有数据都保存在数据库服务器中方便随时查询使用，终端具有多种数据分析能力可对实验中的各种现象进行实时分析，分析结果以多种生动的方式进行呈现，整个实验过程可实现无纸化操作。

3.流量检测教学实验平台将变频调速、流量监测等实验整合到了一个平台上，实验者熟悉一个装置便可开展种实验，提高了教学效率；设备可以在远程控制下进行实验，便于课堂随堂演示，起到辅助课堂教学的作用；该平台硬件和软件平台具有一定开放性，可在现有基础上更换硬件器件、扩展软件；该设备可替代多个传统单一功能教学设备，从而降低相关学科教学设备的总体采购成本。

附图说明

图1为本发明实施例的系统整体构成示意图。

附图中的标号说明：101，实验平台；102，数据中心；120，数据库服务器；121，应用服务器；103，远程操作终端；104，管道流速调节系统；140，水池；141，变频水泵；142，变频器；105，中央控制模块；150，微控制器；151，串行接口；152，继电器组；153，显示模块；106，质量液位实验单元；160，称量容器；161，排空阀；162，电子秤；163，液位计；170，流量计；171，换向器；172，网络摄像机；173，路由器；175，管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统，包括通过网络依次连接的实验平台101、数据中心102以及远程操作终端103。其中，实验平台101为远程流量/液位检测教学实验平台，包括中央控制模块105以及实验单元。

实验单元包括管路流速调节系统104、流量计170、换向器171、路由器173、网络摄像机172以及质量液位实验单元106。其中，管路流速调节系统104包括水池140、变频水泵141以及变频器142，质量液位实验单元106包括由电子秤162、称量容器160、液位计163、排空阀161。变频水泵141的出水口通过管路连接流量计170后连接到换向器171的入水口，换向器171的第一出水口位于称量容器160上方，换向器171的第二出水口连接到水池140，称量容器160置于电子秤162上，液位计163安装于称量容器160的正上方，排空阀161的入水口连接称量容器160的底部，排空阀161的出水口连接到水池140。网络摄像机172具有云平台可以实现灵活的远程控制和视频存储，通路由器173连接至数据中心102，网络摄像机172的镜头正对实验单元。

中央控制模块105包括微控制器150、串行接口151、继电器组152以及显示模块153。串行接口151用于将变频器142、流量计170、液位计163、电子称162连接到微控制器150，继电器组152的输入端连接微控制器150的输出端，继电器组152的输出端连接排空阀161和换向器171，微控制器150经路由器173连接到数据中心102，显示模块153连接微控制器150。显示模块153用于设备调试和工作的及时信息显示。

基于上述系统，远程操作终端103用于向数据中心102输入实验控制命令/控制参数，或从数据中心102读取实验数据/状态数据。数据中心102用于接收并存储远程操作终端103发出的实验控制命令/控制参数，或存储中央控制模块105发出的实验数据/状态数据。中央控制模块105用于从数据中心102读取实验控制命令/控制参数后，输出控制信号到实验单元。实验单元用于根据控制信号完成实验动作并反馈实验数据/状态数据到中央控制模块105。其中，中央控制模块105中，串行接口151实现了RS232和RS485串行电路接口，变频器142通过RS485串行接口151连接微控制器150，微控制器150发送命令控制变频器142的输出频率、加速方式等，当变频器142输出频率改变时，变频水泵141的转速发送改变，从而调节管路175流量。质量液位实验单元106中，电子秤162通过RS232串行接口151连接至微控制器150，其接收微控制器150发送的字符命令实现清零、去皮、返回当前测量数据等动作。液位计163通过串行接口151上传称量容器160的液位数据带微控制器150。排空阀161的控制端通过继电器组152连接到微控制器150接受开关控制命令以实现测量结束时或初始化时的称量容器160排空功能。

流量计170通过RS485串行接口151连接到微控制器150，微控制器150发送不同的命令实现读取流量计170测量的瞬时流量、累计流量等数据。

换向器171通过继电器组152连接到微控制器150以接受开关命令，实现换向器171第一出水口或第二出水口与其入水口的开通切换，当第一出水口与入水口开通时流体流入称量容器160从而可以进行质量、液位、平均流量测量等实验，当第二出口与入水口开通时，管路175中流体回流到水池140中。

数据中心102包括数据库服务器120和应用服务器121。应用服务器121与实验平台11、数据库服务器120、远程操作终端103通过以太网连接。应用服务器121上运行的服务器程序将实验平台101上传的实验数据/状态数据校验处理后存入数据库服务器120，当远程操作终端103请求数据时将正确的实验数据/状态数据从数据库服务器120中取出派发，应用服务器121面向多个远程操作终端103或实验平台101提供服务，完成多人多设备通信的同步和逻辑管理。

远程操作终端103如计算机、手机和PAD等通过相应终端客户端程序和Internet与应用服务器121连接。远程操作终端103上相应终端客户端程序可以实时显示连接到的网络摄像机172所监视实验平台101的现场状态，相应终端客户端程序的上的教学实验平台组态图中的部件通过不同颜色显示各自运行状态，同时点击部件组件可以查看测量数据，在参数表中修改设备的运行参数。

一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)，在远程操作终端输入实验控制命令/控制参数的步骤；其中，实验控制命令实现试验单元动作的控制，控制参数实现相应试验单元动作相关的速度、流量参数的等控制；

(2)，远程操作终端将实验控制命令/控制参数储存到数据中心的步骤；

(3)，中央控制模块从数据中心读取实验控制命令/控制参数后，输出控制信号到实验单元的步骤；

(4)，实验单元根据控制信号完成实验动作并反馈实验数据/状态数据到所述中央控制模块的步骤；其中，实验数据包括质量、液位、平均流量测量等实验的结果数据，也包括个执行机构的数据，如流量计的瞬时流量、累计流量等数据；状态数据包括变频水泵、换向器即排空阀等动作后的状态数据；

(5)，中央控制模块将实验数据/状态数据上传到数据中心的步骤；中央控制模块将将流量、液位、质量数据采样，并通过中央控制模块中的通讯进程将数据依次传入到数据中心的MySq1数据库中存储；

(6)，数据中心对接收到的实验数据/状态数据的校验步骤；包括数据帧部首类型、数据范围、数据帧奇偶校验码校验；

(7)，远程操作终端读取并显示所述数据中心中实验数据/状态数据的步骤；

(8)，过所述远程操作终端修改实验控制命令/控制参数，重新执行步骤(2)-(6)的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统，其特征在于：包括通过网络依次连接的实验平台、数据中心以及远程操作终端；其中，所述实验平台包括中央控制模块以及实验单元；所述远程操作终端用于向所述数据中心输入实验控制命令/控制参数，或从所述数据中心读取实验数据/状态数据；所述数据中心用于接收并存储所述远程操作终端发出的实验控制命令/控制参数，或存储所述中央控制模块发出的实验数据/状态数据；所述中央控制模块用于从所述数据中心读取实验控制命令/控制参数后，输出控制信号到所述实验单元，所述实验单元用于根据所述控制信号完成实验动作并反馈实验数据/状态数据到所述中央控制模块；

所述实验单元包括管路流速调节系统、流量计、换向器以及质量液位实验单元；其中，所述管路流速调节系统包括水池、变频水泵以及变频器，所述质量液位实验单元包括由电子秤、称量容器、液位计、排空阀；所述变频水泵的出水口通过管路连接流量计后连接到换向器的入水口，所述换向器的第一出水口位于所述称量容器上方，所述换向器的第二出水口连接到所述水池，所述称量容器置于电子秤上，所述液位计安装于称量容器的正上方，所述排空阀的入水口连接称量容器的底部，所述排空阀的出水口连接到水池；

所述中央控制模块包括微控制器、串行接口以及继电器组，所述串行接口用于将所述变频器、流量计、液位计、电子称连接到微控制器，所述继电器组的输入端连接微控制器的输出端，所述继电器组的输出端连接所述排空阀和换向器，所述微控制器连接所述数据中心。

2.如权利要求1所述的一种可远程操作流量/液位检测教学实验平台系统，其特征在于：所述实验平台还包括连接至所述数据中心的网络摄像机，所述网络摄像机的镜头正对所述实验单元。