CN107369345B - 一种物联网教学平台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及嵌入式系统的技术领域，尤其涉及一种物联网教学平台及其控制方法，上位机模块通过嵌入式无线网关模块获取实验功能模块的分组方式，基于该分组方式配置实验平台的功能模块，从而实现实验平台的自动化灵活配置。从而克服了传统实验平台功能模块固定的配置组成方式带来的维护不便从而影响实验平台的使用效率。这种灵活的配置方式不局限于厂商交付的单机内部的功能模块的配置，实现了多机共享功能模块，且不必拆卸功能模块，是一种灵活、简便、高效的物联网教学平台，具有良好的市场前景。

Description

一种物联网教学平台及其控制方法

技术领域

本申请涉及嵌入式系统的技术领域，尤其涉及一种物联网教学平台及其控制方法。

背景技术

随着因特网的发展和后PC时代的到来，嵌入式系统已经成为计算机技术的一个重要组成部分，日益增长的应用也使得它成为计算机信息技术的一个新的研究热点，呈现出巨大的市场需求。目前，许多大专院校纷纷开设了嵌入式系统相关课程，因此如何合理选择系统教学的实验平台，为大专院校提供一个功能完备、价格低廉、技术流行、能满足教学和开发双重需求的嵌入式系统课程教学实验系统是有待研究和解决的重要课题。

目前，全国各大高等院校分别陆续开设物联网工程专业，在高校物联网建设过程中，除了需要大量高水平的师资还需要建设专业的物联网实验室。建设物联网实验室对实验设备的数量和质量上都有很大的需求。但是，目前现存的物联网实验设备大多采用模块分离设计，非常不利于本科生实验室的管理；大部分实验设备针对性较强，不适用于本科生的教学实验；对基础教学支持较弱，不能满足物联网基础课程的实践需求。

文献CN103165005A提出了一种物联网工程教学开放实验平台，其将各个实验节点集成在同一平台内，并针对本科生教学做了针对性设计，解决了从基础教学到专业教学再到教学研发等各个阶段的实验需求，增加了对基础实验环节的扩展，实现了对物联网工程专业教学实践环节的无缝支持。

然而，上述物联网工程教学开放实验平台虽然实现各个实验功能节点的统一集成管理，但该平台的集中管理由于模块众多，同样带来了实验功能节点管理不够灵活的问题，由此导致如果其中的某个实验功能节点的异常运行，则需要对其单独拆卸、维修、再复位，而在上述维护过程中，该实验平台则不能正常进行实验操作，由此导致实验平台利用率低下的问题。

综合以上分析，现有技术当中并未提出一种既能实现各个实验功能节点的统一集成管理、又能灵活管理各个实验功能节点的物联网工程教学开放实验平台。

发明内容

本发明提供一种物联网教学平台，所述平台包括如下模块：

上位机模块，嵌入式无线网关模块，实验功能模块；

所述上位机模块通过wifi与所述嵌入式无线网关模块建立通信连接，所述嵌入式无线网关模块通过有线或无线通信方式与所述实验功能模块建立通信连接；所述实验功能模块有多个；

所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信；

所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令。

作为一种优选的实施方式，所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信，具体为：

所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

完成所有所述实验功能模块的判断后，将选取的所述实验功能模块组成的实验功能模块集合作为实验功能方案；

将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信。

作为一种优选的实施方式，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块，具体为：

如果所述可用的实验功能模块存在同类实验功能模块，则获取所述实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的实验功能模块最为该类实验功能模块。

作为一种优选的实施方式，所述实验功能模块为以下多种的两种或者以上：

温湿度传感器、温度传感器、振动传感器、红外传感器、光敏模块、步进电机、ZigBee模块、FRID模块。

作为一种优选的实施方式，如果其中两个或多个所述实验功能模块为功能相关的实验功能模块，则将两个或多个所述功能相关的实验功能模块作为一个关联的同类实验功能模块；

如果所述可用的实验功能模块存在关联的同类实验功能模块，则获取所有所述关联的实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的关联的实验功能模块最为该类实验功能模块。

本发明中，上位机模块通过嵌入式无线网关模块获取实验功能模块的分组方式，基于该分组方式配置实验平台的功能模块，达到了多个功能模块在不同试验台之间的共享，从而实现实验平台的自动化灵活配置。从而克服了传统实验平台功能模块固定的配置组成方式带来的维护不便从而影响实验平台的使用效率。这种灵活的配置方式不局限于厂商交付的单机内部的功能模块的配置，实现了多机共享功能模块，且不必拆卸功能模块，是一种灵活、简便、高效的物联网教学平台，具有良好的市场前景。

作为另外一种实施方式，本发明提供一种物联网教学平台的控制方法，所述方法包括如下步骤：

S1，所述上位机模块配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述分组方式具体为：所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

S2，将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信；

S3，所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令。

本发明中，上位机模块通过嵌入式无线网关模块获取实验功能模块的分组方式，基于该分组方式配置实验平台的功能模块，达到了多个功能模块在不同试验台之间的共享，从而实现实验平台的自动化灵活配置。从而克服了传统实验平台功能模块固定的配置组成方式带来的维护不便从而影响实验平台的使用效率。这种灵活的配置方式不局限于厂商交付的单机内部的功能模块的配置，实现了多机共享功能模块，且不必拆卸功能模块，是一种灵活、简便、高效的物联网教学平台，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明的一种物联网教学平台的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

实施例一：

本发明提供一种物联网教学平台，所述平台包括如下模块：

上位机模块，嵌入式无线网关模块，实验功能模块；

所述上位机模块通过wifi与所述嵌入式无线网关模块建立通信连接，所述嵌入式无线网关模块通过有线或无线通信方式与所述实验功能模块建立通信连接；所述实验功能模块有多个；

所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信；

所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令。

作为一种优选的实施方式，所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信，具体为：

所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

完成所有所述实验功能模块的判断后，将选取的所述实验功能模块组成的实验功能模块集合作为实验功能方案；

将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信。

例如，试验台1出厂配置的实验功能模块有湿度传感器101、温度传感器102、振动传感器103、红外传感器104、光敏模块105、步进电机106；试验台2出厂配置的实验功能模块有湿度传感器201、温度传感器202、红外传感器204、光敏模块205、步进电机206；试验台3出厂配置的实验功能模块有振动传感器303、红外传感器304、步进电机306、ZigBee模块307、FRID模块308。

目前，试验台2要做步进电机实验和温度传感器实验，经检测，本实验台的步进电机已经故障，温度传感器实验则可以正常操作。此时，试验台2的嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的步进电机模块和温度传感器模块，并将该可用的步进电机模块和温度传感器模块的编号102、202、106、306及其信号强度发送给试验台2的上位机模块；该上位机模块依次判断可用的实验功能模块102、202、106、306是否存在同类实验功能模块，由于实验功能模块102、202同类实验功能模块，则选取102、202中信号强度较强的温度传感器模块202作为温度传感器实验模块；基于同样的方式，选取106、306中信号强度较强的步进电机模块106作为步进电机实验模块。

完成上述两个实验功能模块的判断后，将选取的所述实验功能模块组成的实验功能模块集合（温度传感器模块202、步进电机模块106）作为实验功能方案；将该实验功能方案（温度传感器模块202、步进电机模块106）发送给试验台2的嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块温度传感器模块202、步进电机模块106的实验数据通信。

需要说明的是，上述实验功能模块与嵌入式无线网关模块的通信连接可以是有线形式的，也可以是无线形式的，在此不做限制。

作为一种优选的实施方式，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块，具体为：

如果所述可用的实验功能模块存在同类实验功能模块，则获取所述实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的实验功能模块最为该类实验功能模块。

作为一种优选的实施方式，所述实验功能模块为以下多种的两种或者以上：

温湿度传感器、温度传感器、振动传感器、红外传感器、光敏模块、步进电机、ZigBee模块、FRID模块。

作为一种优选的实施方式，如果其中两个或多个所述实验功能模块为功能相关的实验功能模块，则将两个或多个所述功能相关的实验功能模块作为一个关联的同类实验功能模块；

如果所述可用的实验功能模块存在关联的同类实验功能模块，则获取所有所述关联的实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的关联的实验功能模块最为该类实验功能模块。

上述关联的同类实验功能模块由于在实验过程中可能同时操作，互相调用获取信息，因此，存在实验功能模块之间通信距离影响信号质量的问题，尤其是作为无线通信方式的情况下。因此，将关联的实验功能模块作为一个组来进行关联实验，从而提高了实验的效率。

本发明中，上位机模块通过嵌入式无线网关模块获取实验功能模块的分组方式，基于该分组方式配置实验平台的功能模块，达到了多个功能模块在不同试验台之间的共享，从而实现实验平台的自动化灵活配置。从而克服了传统实验平台功能模块固定的配置组成方式带来的维护不便从而影响实验平台的使用效率。这种灵活的配置方式不局限于厂商交付的单机内部的功能模块的配置，实现了多机共享功能模块，且不必拆卸功能模块，是一种灵活、简便、高效的物联网教学平台，具有良好的市场前景。

实施例二：

作为另外一种实施方式，本发明提供一种物联网教学平台的控制方法，所述方法包括如下步骤：

S1，所述上位机模块配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述分组方式具体为：所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

S2，将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信；

S3，所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令。

需要说明的是，上述方法可以包括上述平台中实现本发明所有功能的列举出的对应方法，因此，如实施例一所述，本发明的方法在此不做重复性描述。

本发明中，上位机模块通过嵌入式无线网关模块获取实验功能模块的分组方式，基于该分组方式配置实验平台的功能模块，达到了多个功能模块在不同试验台之间的共享，从而实现实验平台的自动化灵活配置。从而克服了传统实验平台功能模块固定的配置组成方式带来的维护不便从而影响实验平台的使用效率。这种灵活的配置方式不局限于厂商交付的单机内部的功能模块的配置，实现了多机共享功能模块，且不必拆卸功能模块，是一种灵活、简便、高效的物联网教学平台，具有良好的市场前景。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种物联网教学平台，其特征在于，所述平台包括如下模块：

上位机模块，嵌入式无线网关模块，实验功能模块；

所述上位机模块通过wifi与所述嵌入式无线网关模块建立通信连接，所述嵌入式无线网关模块通过有线或无线通信方式与所述实验功能模块建立通信连接；所述实验功能模块有多个；

所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信；

所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令；

所述上位机模块用于配置所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的分组方式，所述嵌入式无线网关模块根据所述上位机模块配置的所述分组方式建立与所述实验功能模块的通信，具体为：

所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

完成所有所述实验功能模块的判断后，将选取的所述实验功能模块组成的实验功能模块集合作为实验功能方案；

将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块，具体为：

如果所述可用的实验功能模块存在同类实验功能模块，则获取所述实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的实验功能模块最为该类实验功能模块。

3.根据权利要求1-2任一项所述的平台，其特征在于，所述实验功能模块为以下多种的两种或者以上：

温湿度传感器、温度传感器、振动传感器、红外传感器、光敏模块、步进电机、ZigBee模块、FRID模块。

4.根据权利要求3所述的平台，其特征在于，如果其中两个或多个所述实验功能模块为功能相关的实验功能模块，则将两个或多个所述功能相关的实验功能模块作为一个关联的同类实验功能模块；

如果所述可用的实验功能模块存在关联的同类实验功能模块，则获取所有所述关联的实验功能模块的信号强度，选取信号强度最强且未被其他所述嵌入式无线网关模块占用的关联的实验功能模块最为该类实验功能模块。

5.一种物联网教学平台的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1，上位机模块配置嵌入式无线网关模块与实验功能模块的分组方式，并监控所述嵌入式无线网关模块与所述实验功能模块的通信；

所述分组方式具体为：所述嵌入式无线网关模块检测有效通信距离内可用的所述实验功能模块，并将该可用的所述实验功能模块的编号及其信号强度发送给所述上位机模块，所述上位机模块依次判断所述可用的实验功能模块是否存在同类实验功能模块，如果存在，则选取信号强度最强的实验功能模块最为该类实验功能模块；如果不存在，则直接将所述实验功能模块确定为该类实验功能模块；

S2，将所述实验功能方案发送给所述所述嵌入式无线网关模块，所述嵌入式无线网关模块根据所述实验功能方案建立与所述实验功能模块的实验数据通信；

S3，所述实验功能模块接收所述嵌入式无线网关模块的通信数据，建立与所述嵌入式无线网关模块的通信，并根据所述通信数据完成对应的实验操作指令。