CN107517246A - 基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于它包括远程用户单元、云服务器单元、子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元；用户可以通过访问云服务器单元对大型科研仪器的情况进行查询、选择、远程测试等；其优越性在于：1、提高了大型科研仪器利用率和共享水平，避免了部分大型科研仪器的重复建设和购置；2、大大减少了科研成本；3、提出大型科研仪器远程共享平台及在线智能测试，使用类脚本语言的仪器指令系统及指令翻译数据库技术，采用云服务器，实现了智慧共享。

Description

基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统

(一)技术领域：

本发明涉及仪器共享、在线智能化测试与物联网领域，尤其是一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统。

(二)背景技术：

国家的重大科研基础设施和大型科研仪器是学校教学科研的重要物资基础，是重点实验室和科研平台的核心。由于大型科研仪器价格昂贵，不是所有的科研平台都有大型科研仪器。虽然近年来科研设施和仪器规模不断增长，覆盖领域持续拓展，但是同时存在大型仪器设备利用率及共享水平不高的问题。因此，提高大型仪器设备利用率和共享水平意义重大。

国内各省市大型科学仪器共享工作在数量与质量均上取得了很大的发展。例如：四川提出三大措施旨在加强大型科学仪器共享服务平台建设；山西省建立了大型仪器共享平台，整合了全省80多家单位2000多台仪器；宁夏自治区不断加强科技创新体系建设，不断完善大型科学仪器共享管理系统功能，到2016年，已经组建了30家自治区级科技创新平台；天津市的著名高校天津大学和南开大学已经有了自己的网上大型仪器管理平台。

国内外的各大公司对大型仪器的共享做出了贡献与努力。国内领先的公司包括：天津基理科技有限公司所做的基理科技大型仪器管理系统，实现了公共仪器的共享、预约、授权等功能；上海万欣计算机科技有限公司在监控管理系统的研发方面十分出色，但其以机房系列为主，尚未涉及对大型仪器的管理；安徽科大奥瑞科技有限公司的大型仪器管理系统广泛应用于全国高校,并被列为教育部大型仪器优质资源共享示范工程。国外领先的公司包括：美国的NI公司，自80年代以来一直致力于开发基于计算机的测试测量与自动化平台，并取得显著成果；罗德与施瓦茨公司自进中国以来向中国市场提供了众多测试测量产品，为中国的科技发展做出了重大贡献；泰克科技有限公司是测试、测量和监测领域的全球领导者；作为全球电子测量、生命科学与化学分析的领导者的安捷伦科技有限公司，是世界最大的测试测量公司。

现有的大型仪器设备管理平台只能实现提前预约并不能在线远程测试。远程用户只能在网上提前查看所要使用的大型科研仪器的服务状态，提前预约，预约成功后还需要到现场进行操作，如果远程用户与大型科研仪器所在地相距很远，那么要使用该大型科研仪器实际上既费时又费力，事实上并没有实现真正意义上的大型科研仪器共享。

本发明提供一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，通过在线智能远程测试技术和设计云服务器中的请求队列排队及调度算法，实现大数据与智慧共享。该发明解决了大型科研仪器利用率和共享水平不高的问题，部分大型科研仪器不再需要重复建设和购置。其创新点包括：在线远程测试；采用云服务器，降低了开发成本与维护成本；在云服务器上保存测试摘要实现智慧共享。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，它可以克服现有大型科研仪器管理系统存在的不足，是一种结构简单合理，数据共享范围广，真正实现大型科研仪器的共享和在线远程智能测试的系统。

本发明的技术方案：一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于它包括远程用户单元、云服务器单元、子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元；其中，所述远程用户与服务器之间呈双向信号连接，实现云服务器单元与远程用户之间的数据交换；所述远程用户可以通过浏览器或者APP访问云服务器，查询全国各地已经入网的大型科研仪器；所述云服务记录远程用户使用大型科研仪器的测试摘要，方便作为其他人再次使用时的参考，实现智慧共享；所述云服务器单元与子服务器单元呈双向连接；所述子服务器单元包括不少于1个的子服务器；所述每个子服务器下均挂接有至少1个大型科研仪器和摄像头单元；所述大型科研仪器和摄像头单元与所在子服务器构成测试局域网单元。

所述远程用户使用大型科研仪器的测试摘要是大型科研仪器的实验使用过程的详细步骤。

所述云服务器采用租赁方式，可以租赁阿里云或腾讯云；所述云服务器是具有排队与调度功能的云服务器。

所述子服务器单元接收云服务器单元传送的数据并进行编译与整理，翻译为SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments——程控仪器标准命令集)指令。

所述大型科研仪器和摄像头单元中的摄像头用来实时观察大型科研仪器的运行情况。

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤：

①各个远程用户通过浏览器或APP远程访问云服务器单元，建立网络连接，查询全国各地已经入网的大型科研仪器；

②远程用户提交需要使用的大型科研仪器的查询及筛选条件；

③云服务器单元接收其数据信息后通过比较进行分流，将数据传送到远程用户要使用的大型科研仪器所在的子服务器；

④子服务器对数据进行数据处理，并将结果反馈给云服务器单元，最终在远程用户的浏览器或APP上显示符合远程用户要求的大型科研仪器信息、服务情况及联系方式；子服务器同时反馈远程用户的订单信息，并等待付款，付款方式通过第三方付款，引入第三方主要是为了解决仪器损坏的赔偿问题；

⑤若远程用户同意付款，则云服务器将远程用户选取的大型科研仪器的信息下发至子服务器；

⑥子服务器找到远程用户所选取的大型科研仪器，并访问该大型科研仪器，并实现在线远程测试；

⑦远程用户可以通过摄像头实时监控大型科研仪器的响应，若大型科研仪器的响应不符合远程用户要求则重复步骤⑥；

⑧若大型科研仪器的响应符合远程用户要求，则通知子服务器进行大型科研仪器的的测试操作。

所述步骤⑥中的在线远程测试有两种实现方式：

方式1：远程用户每次向云服务器单元发送一条操作指令；建立网络连接后，云服务器单元根据远程用户选用的大型科研仪器的型号，将该大型科研仪器的“SCPI指令翻译数据库”下发到它所属的子服务器上，远程用户每次向云服务器发送一条“类脚本语言仪器指”令，子服务器从云服务器单元接收到该条“类脚本语言仪器指令”后，按照该大型科研仪器“SCPI指令翻译数据库”将其翻译为一条与之对应的具体的SCPI指令，实现“类脚本语言仪器指令”与具体大型科研仪器指令的翻译过程，大型科研仪器按照该条SCPI指令响应；

方式2：远程用户通过浏览器或者APP访问云服务器时，远程用户将一套完整的智能测试程序发送到云服务器单元，云服务器单元根据远程用户选用的大型科研仪器，将智能测试程序下发到大型科研仪器所属的子服务器上，该智能测试程序可独立运行于子服务器上，实现子服务器与大型科研仪器间的自动化、智能化测试，从而实现整个在线远程测试。

所述步骤⑧由以下操作过程构成：

(1)若大型科研仪器的响应符合远程用户要求，则通知子服务器进行大型科研仪器的的测试操作；

(2)若步骤⑥中的在线远程测试选用方式1，则远程用户可以继续发送操作指令，进行下一步操作，直至完成整个在线远程测试，完成后远程用户需要填写测试摘要，并将测试摘要存放于云服务器上，方便其他人参考使用，实现智慧共享；

(3)若步骤⑥中的在线远程测试选用方式2，则远程用户只需结束操作并填写测试摘要即可，并将测试摘要存放于云服务器单元，从而实现智慧共享。

本发明的优越性在于：1、提高了大型科研仪器利用率和共享水平，避免了部分大型科研仪器的重复建设和购置；2、大大减少了科研成本；3、提出大型科研仪器远程共享平台及在线智能测试，使用类脚本语言的仪器指令系统及指令翻译数据库技术，采用云服务器，实现了智慧共享。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的结构框图。

图2为本发明所涉一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的程序流程图。

图3为本发明所涉第一种实施例中在线远程测试采用方式1的程序流程图。

图4为本发明所涉第二种实施例中在线远程测试采用方式2的程序流程图。

(五)具体实施方式：

实施例1：云南大学某学生租用天津大学的某型号示波器

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统(见图1)，其特征在于它包括远程用户，云服务器单元，子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元。其中，所述远程用户可以通过浏览器或者APP访问云服务器，查询全国各地已经入网的大型科研仪器。

所述云服务器单元与远程用户进行数据交换，远程用户可通过浏览器或者APP访问云服务器进行大型科研仪器的查询。云服务器同时记录远程用户使用大型仪器的详细操作步骤，即远程用户填写测试摘要，方便其他人参考使用，实现智慧共享。云服务器租赁阿里云，云服务器同时具有排队与调度功能。

所述子服务器单元可接收云服务器单元传送的数据并进行编译与整理，翻译为SCPI指令。子服务器分散在全国各地，每个子服务器下均挂接有大型科研仪器，这些大型科研仪器与该子服务器构成测试局域网；

所述大型科研仪器和摄像头单元中的摄像头用来实时观察大型科研仪器的运行情况。

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤(见图2)：

①云南大学该远程用户通过浏览器或APP远程访问云服务器，建立网络连接，查询天津大学入网的大型科研仪器中的所有示波器；

②云南大学该远程用户提交需要使用的示波器的查询及筛选条件；

③云服务器接收其数据信息后通过比较进行分流，将数据传送到天津大学某个实验室的子服务器；

④子服务器进行数据处理，将结果反馈给云服务器，最终在远程浏览器或APP上显示符合云南大学该远程用户要求的示波器的信息、服务情况及联系方式，子服务器同时反馈云南大学该远程用户的订单信息，并等待付款，付款方式通过第三方付款，引入第三方主要是为了解决仪器损坏的赔偿问题；

⑤若云南大学该远程用户选取的示波器处于空闲状态并且云南大学该远程用户同意付款，则云服务器将云南大学该远程用户选取的示波器的信息下发至子服务器；

⑥子服务器找到云南大学该远程用户所选取的示波器，并访问该示波器(见图3)；云南大学该远程用户每次向云服务器发送一条操作指令。建立网络连接后，云服务器根据云南大学该远程用户选用的示波器的型号，将该示波器的“SCPI指令翻译数据库”下发到它所属的子服务器上，云南大学该远程用户每次向云服务器发送一条“类脚本语言仪器指”令，子服务器从云服务器接收到该条“类脚本语言仪器指令”后，按照该示波器的“SCPI指令翻译数据库”将其翻译为一条与之对应的具体的SCPI指令，实现“类脚本语言仪器指令”与该示波器指令的翻译过程，被云南大学远程用户选取示波器按照该条SCPI指令响应；

⑦云南大学该远程用户可以通过摄像头实时监控该示波器的响应，若该示波器的响应不符合云南大学该远程用户的要求，则重复步骤⑥；

⑧该示波器的响应符合云南大学该远程用户要求，则通知子服务器进行下一步操作，云南大学该远程用户可以继续发送操作指令，直至完成整在线远程测试。

⑨整个在线远程测试完成后，云南大学该远程用户需要填写测试摘要，并将测试摘要存放于云服务器上，方便其他人参考使用，实现智慧共享。

实施例2：学生A和学生B均要租用南开大学仅有的某同一型号的频谱仪

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统(见图1)，其特征在于它包括远程用户，云服务器单元，子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元。其中，所述远程用户可以通过浏览器或者APP访问云服务器，查询全国各地已经入网的大型科研仪器。

所述云服务器单元与远程用户进行数据交换，远程用户可通过浏览器或者APP访问云服务器进行大型科研仪器的查询。云服务器同时记录远程用户使用大型仪器的详细操作步骤，即远程用户填写测试摘要，方便其他人参考使用，实现智慧共享。云服务器租赁腾讯云，云服务器同时具有排队与调度功能。

所述子服务器单元可接收云服务器单元传送的数据并进行编译与整理，翻译为SCPI指令。子服务器分散在全国各地，每个子服务器下均挂接有大型科研仪器，这些大型科研仪器与该子服务器构成测试局域网；

所述大型科研仪器和摄像头单元中的摄像头用来实时观察大型科研仪器的运行情况。

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤(见图2)：

①远程用户学生A和B通过浏览器或APP远程访问云服务器，建立网络连接，查询南开大学的入网的大型科研仪器中的所有频谱仪；

②远程用户A和B提交需要使用的频谱仪的查询及筛选条件；

③云服务器接收其数据信息后通过比较进行分流，将数据传送到南开大学某个实验室的子服务器；

④子服务器进行数据处理，将结果反馈给云服务器，最终在远程浏览器或APP上显示符合远程用户A和B要求的频谱仪的信息、服务情况及联系方式，子服务器同时反馈远程用户A和B的订单信息，并等待付款，付款方式通过第三方付款，引入第三方主要是为了解决仪器损坏的赔偿问题；

⑤若远程用户A和B选取的南开大学仅有的这台频谱仪处于空闲状态，但是远程用户A比远程用户B先付款，则远程用户A先使用，远程用户B只能等到该台频谱仪空闲时再租用，云服务器将这台仅有的频谱仪的信息下发至子服务器；

⑥子服务器找到远程用户A所选取的频谱仪，并访问该频谱仪(见图4)。远程用户A每次向云服务器发送一条操作指令。建立网络连接后，云服务器根据远程用户A选用的频谱仪的型号，将该频谱仪的“SCPI指令翻译数据库”下发到它所属的子服务器上，远程用户A每次向云服务器发送一条“类脚本语言仪器指”令，子服务器从云服务器接收到该条“类脚本语言仪器指令”后，按照该频谱仪的“SCPI指令翻译数据库”将其翻译为一条与之对应的具体的SCPI指令，实现“类脚本语言仪器指令”与该频谱仪指令的翻译过程，该频谱仪按照该条SCPI指令响应；

⑦远程用户A可以通过摄像头实时监控该频谱仪的响应，若该频谱仪的响应不符合远程用户的要求，则重复步骤⑥；

⑧该频谱仪的响应符合远程用户A要求，则通知子服务器进行下一步操作，远程用户A可以继续发送操作指令，直至完成整在线远程测试；

⑨整个在线远程测试完成后，远程用户A需要填写测试摘要，并将测试摘要存放于云服务器上，方便其他人参考使用，实现智慧共享。

实施例3：学生A使用学生B曾保存过测试摘要的天津大学某型号示波器

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统(见图1)，其特征在于它包括远程用户，云服务器单元，子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元。其中，所述远程用户可以通过浏览器或者APP访问云服务器，查询全国各地已经入网的大型科研仪器。

所述云服务器单元与远程用户进行数据交换，远程用户可通过浏览器或者APP访问云服务器进行大型科研仪器的查询。云服务器同时记录远程用户使用大型仪器的详细操作步骤，即远程用户填写测试摘要，方便其他人参考使用，实现智慧共享。云服务器可采用租赁方式，比如租赁阿里云或腾讯云，云服务器同时具有排队与调度功能。

所述子服务器单元可接收云服务器单元传送的数据并进行编译与整理，翻译为SCPI指令。子服务器分散在全国各地，每个子服务器下均挂接有大型科研仪器，这些大型科研仪器与该子服务器构成测试局域网；

所述大型科研仪器和摄像头单元中的摄像头用来实时观察大型科研仪器的运行情况。

一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于，它包括以下步骤(见图2)：

①远程用户学生A通过浏览器或APP远程访问云服务器，建立网络连接，查询天津大学的入网的大型科研仪器中的所有示波器；

②远程用户学生A提交需要使用的示波器的查询及筛选条件；

③云服务器接收其数据信息后通过比较进行分流，将数据传送到天津大学某个实验室的子服务器；

④子服务器进行数据处理，将结果反馈给云服务器，最终在远程浏览器或APP上显示符合远程用户学生A要求的示波器的信息、服务情况及联系方式，子服务器同时反馈远程用户学生A的订单信息，并等待付款，付款方式通过第三方付款，引入第三方主要是为了解决仪器损坏的赔偿问题；

⑤通过反馈信息远程用户学生A发现，在云服务器上存储有学生B保存的测试摘要，并且选取的示波器处于空闲状态，远程用户学生A同意付款后将学生B共享在云服务器上的测试摘要下载下来，同时，云服务器将远程用户学生A选取的示波器的信息下发至子服务器；

⑥子服务器找到远程用户学生A所选取的示波器，并访问该示波器(见图3)，远程用户学生A只需要按照已经下载的测试摘要进行在线远程测试即可；

⑦远程用户学生A可以通过摄像头实时监控该示波器的响应，若该示波器的响应不符合远程用户学生A的要求，则重复步骤⑥；

⑧该示波器的响应符合远程用户学生A要求，则通知子服务器进行下一步操作，远程用户学生A可以继续按照下载的测试摘要进行测试，直至完成整在线远程测试；

⑨整个在线远程测试完成后，远程用户学生A也需要填写测试摘要，可以加上自己本次在线远程测试的体会，并将测试摘要与体会存放于云服务器上，方便其他人参考使用，实现智慧共享。

Claims (7)

1.一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于它包括远程用户单元、云服务器单元、子服务器单元及大型科研仪器和摄像头单元；其中，所述远程用户与服务器之间呈双向信号连接；所述远程用户可以通过浏览器或者APP访问云服务器；所述云服务记录远程用户使用大型科研仪器的测试摘要，方便作为其他人再次使用时的参考，实现智慧共享；所述云服务器单元与子服务器单元呈双向连接；所述子服务器单元包括不少于1个的子服务器；所述每个子服务器下均挂接有至少1个大型科研仪器和摄像头单元；所述大型科研仪器和摄像头单元与所在子服务器构成测试局域网单元。

2.根据权利要求1所述一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于所述远程用户使用大型科研仪器的测试摘要是大型科研仪器的实验使用过程的详细步骤。

3.根据权利要求1所述一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于所述云服务器采用租赁方式，可以租赁阿里云或腾讯云；所述云服务器是具有排队与调度功能的云服务器。

4.根据权利要求1所述一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统，其特征在于所述大型科研仪器和摄像头单元中的摄像头用来实时观察大型科研仪器的运行情况。

5.一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①各个远程用户通过浏览器或APP远程访问云服务器单元，建立网络连接，查询全国各地已经入网的大型科研仪器；

②远程用户提交需要使用的大型科研仪器的查询及筛选条件；

③云服务器单元接收其数据信息后通过比较进行分流，将数据传送到远程用户要使用的大型科研仪器所在的子服务器；

④子服务器对数据进行数据处理，并将结果反馈给云服务器单元，最终在远程用户的浏览器或APP上显示符合远程用户要求的大型科研仪器信息、服务情况及联系方式；子服务器同时反馈远程用户的订单信息，并等待付款，付款方式通过第三方付款，引入第三方主要是为了解决仪器损坏的赔偿问题；

⑤若远程用户同意付款，则云服务器将远程用户选取的大型科研仪器的信息下发至子服务器；

⑥子服务器找到远程用户所选取的大型科研仪器，并访问该大型科研仪器，并实现在线远程测试；

⑦远程用户可以通过摄像头实时监控大型科研仪器的响应，若大型科研仪器的响应不符合远程用户要求则重复步骤⑥；

⑧若大型科研仪器的响应符合远程用户要求，则通知子服务器进行大型科研仪器的的测试操作。

6.根据权利要求5所述一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于所述步骤⑥中的在线远程测试有两种实现方式：

方式1：远程用户每次向云服务器单元发送一条操作指令；建立网络连接后，云服务器单元根据远程用户选用的大型科研仪器的型号，将该大型科研仪器的“SCPI指令翻译数据库”下发到它所属的子服务器上，远程用户每次向云服务器发送一条“类脚本语言仪器指”令，子服务器从云服务器单元接收到该条“类脚本语言仪器指令”后，按照该大型科研仪器“SCPI指令翻译数据库”将其翻译为一条与之对应的具体的SCPI指令，实现“类脚本语言仪器指令”与具体大型科研仪器指令的翻译过程，大型科研仪器按照该条SCPI指令响应；

方式2：远程用户通过浏览器或者APP访问云服务器时，远程用户将一套完整的智能测试程序发送到云服务器单元，云服务器单元根据远程用户选用的大型科研仪器，将智能测试程序下发到大型科研仪器所属的子服务器上，该智能测试程序可独立运行于子服务器上，实现子服务器与大型科研仪器间的自动化、智能化测试，从而实现整个在线远程测试。

7.根据权利要求5所述一种基于物联网的大型科研仪器共享及在线智能测试系统的工作方法，其特征在于所述步骤⑧由以下操作过程构成：

(1)若大型科研仪器的响应符合远程用户要求，则通知子服务器进行大型科研仪器的的测试操作；

(2)若步骤⑥中的在线远程测试选用方式1，则远程用户可以继续发送操作指令，进行下一步操作，直至完成整个在线远程测试，完成后远程用户需要填写测试摘要，并将测试摘要存放于云服务器上，方便其他人参考使用，实现智慧共享；

(3)若步骤⑥中的在线远程测试选用方式2，则远程用户只需结束操作并填写测试摘要即可，并将测试摘要存放于云服务器单元，从而实现智慧共享。